动平衡基本理论

转动件的平衡、操作和装运数据及设备基础

一、转动件的动平衡与静平衡[118、119]

（一） 基本概念

具有一定转速的转动件（或称转子），由于材料组织不均、零件外形的误差（尤其具有非加工部分）、装配误差以及结构形状局部不对称（如键槽）等原因，使通过转子重心的主惯性轴与旋转轴线不相重合，因而旋转时，转子产生不平衡离心力，其值由下式计算： C=)()30

(22公斤n e g G ew g G π= （1-1） 式中：G-----转子的重量（公斤）；

e-----转子重心对旋转轴线的偏移，即偏心距（毫米）；

n-----转子的转速（转/分）；

w-----转子的角速度（弧度/秒）；

g-----重力加速度9800（毫米/秒2）。

由上式可知，当重型或高转速的转子，即使具有很小的偏心距，也会引起非常大的不平衡的离心力，成为轴或轴承的磨损、机器或基础振动的主要原因之一。所以，机器在装配时，转子必须进行平衡。 转子不平衡有两种情况：

1、静不平衡-----转子主惯性轴与旋转轴线不相重合，但相互平行，即转子重心不在旋转轴线上，如 图1a 所示。当转子旋转时，将产生不平衡的离心力。

2、动不平衡-----转子的主惯性轴与旋转轴线交错，且相交于转子的重心上，即转子的重心在旋转轴 线上，如图1b 所示。这时转子虽处于静平衡状态，但转子旋转时，将产生一不平衡力矩。

在大多数的情况下，转子既存在静不平衡，又存在动不平衡，这种情况称静动不平衡。此时，转子主惯性轴线与旋转轴线既不重合，又不平行，而相交于转子旋转轴线中非重心的任何一点，如图1c 所示。当转子旋转时，产生一个不平衡的离心力和一个力矩。

转子静不平衡只须在一个平面（即校正正面）安装一个平衡重量，就可以使转子达到平衡，故又称单面平衡。平衡重量的数值和位置，在转子静力状态下确定，即将转子的颈搁置在水平刀刃支撑上，加以观察，就可以看出其不平衡状态，较重部分会向下转动，这种方法叫静平衡。

静平衡主要应用于转子端面之间的距离比轴承之间的距离小许多的盘形转子，如齿轮、飞轮、皮带轮等。转子动不平衡及静动不平衡必须在垂直于旋转轴的二个平面（即校正平面）内各加一个平衡重量，使转子达到平衡。平衡重量的数值和位置，必须使转子在动力状态下，即转子在旋转的情况下确定，这种方法称动平衡。因需两个平面作平衡校正，故又称双面平衡。

主惯性轴

旋转轴线重心

重心主惯性轴

旋转轴线重心  

主惯性轴

旋转轴线 



♋♋♋♌♍

图1

动平衡主要应用于轴向长度较长的转子。校正平面应选择在间距尽可能最大的两个平面，为此，校正平面往往选择在转子的两个端面上。

必须指出，以上所述系指刚性转子的平衡问题。挠性转子必须选定两个以上的校正平面，以及采用专门方法才能达到平衡。挠性转子的平衡问题请参阅有关专门资料。

（二）静平衡和动平衡的选择

厚度与直径之比小于0.2的

盘状转子。一般只需进行静平

衡。

圆柱形转子或厚度与直径之比

大于0.2的盘状转子应根据转子

的工作转速来决定平衡方式。图

2表示平衡的应用范围，用转子尺寸比D

b （b----转子厚度、D 转子直径）和每分钟转速n 的关

系表达。下斜线以下的转子只需

进行静平衡，上斜线以上的转子

必须进行动平衡，两斜线间的转

子须根据转子的重量、制造工

艺、加工情况（部分加工还是全

部加工）及轴承的距离等因素，

来确定是否需要进行动平衡。

（三）平衡质量的确定

评价转子不平衡大小在图

纸上可以用许用不平衡力矩表

示，即转子重量与许用偏心距的

乘积，单位为克.毫米，亦可用

许用偏心距表示，单位为微米。

关于平衡质量的确定，1973年国

际标准化协会对于刚性转子相

应于不同平衡精度等级G 的许用

偏心距和各种具有代表性的旋转机械刚性转子应当具有的精

度等级分别表示在图3和表1。

♌

 

转速n（千转/分）

图2

图3

表1中的精度等级系指许用偏心距e 于转子角速度w 的乘积，单位+

为毫米/秒。按照ew 乘积的大小，共分11个精度等级，并用G 表示。

静平衡（单面平衡）的许用不平衡力矩为：

M=e.G （克.毫米） (1-2)

动平衡（双面平衡）校正平面的许用不平衡力矩为： M=G e .2

1 (1-3) 式中 e-----许用偏心距（毫米）

G-----转子重量（克）。

若转子用许用偏心距表示不平衡大小时，则静平衡的许用值可取图3中的全数值；而动平衡的校正平面许用值取图3中的数值一半。

例：已知离心分离机转鼓直径D=450毫米。长度b=800毫米，重量G=250公斤，转速n=3000转/分，试确定转鼓的平衡方式及许用不平衡力矩。

解：根据转鼓尺寸8.1450

800≈=D b 和转速查图2得知，转鼓须作动平衡试验。 查表1得知，离心分离机转鼓平衡精度等级为G6.3，并查图3得校正平面许用偏心距e=20微米。在图纸上若用许用不平衡力矩表示，按式1-3计算得： M=毫米克∙=⨯⨯⨯⨯=-25001025010202

12133eG 表1 各种具有代表性的刚性转子平衡精度等级 精度等级G

ew ①（毫米/秒） 转 子 类 型 的 举 例 G0.4

0.4 精密磨床主轴、磨轮及电枢；回转仪 G1.0

1 磨床驱动件，特殊要求的小型电枢，磁带录音机及留声机的驱动件 G2.5 2.5 汽轮机和燃气轮机的转子，发电机的刚性转子，离心式压缩机的转子，机床

驱动件，特殊要求的中型和大型的电机转子，小型电机转子，汽轮机驱动的

水泵转子

G6.3 6.3 船用主汽轮机齿轮，离心分离机的转鼓、通风机，装配的航空用燃气轮机转

子，飞轮，水泵叶轮，机床及一般机械的转动件，一般电机转子，特殊要求

的发动机个别转动件

G16 16 特殊要求的驱动轴（螺旋桨轴、万向联轴节的轴），破碎机械的转动件，农

业机械的转动件、汽车、卡车和机发动机（汽油机或柴油机）的个别转动件，

特殊要求的六缸和多缸发动机的曲轴驱动件

G40 40 汽车车轮、轮辋、整套车轮、驱动轴，弹性安装六缸和多缸高速四冲发动机

③（汽油机或柴油机）的曲轴驱动件，汽车、卡车和机车发动件的曲轴驱动

件

G100 100 六缸和多缸高速柴油发动机③的曲轴驱动件，汽车、卡车、机车发动件（汽

油机或柴油机）的整机转子④

G250 250 固定安装四缸高速柴油发动机③的曲轴驱动件

G630 630 固定安装大型四冲程发动机的曲轴驱动件，弹性安装船用柴油机的曲轴驱动

件

G1600 1600 固定安装大型二冲程发动机的曲轴驱动件

G4000 4000

固定安装单数汽缸低速船用柴油发动机③的曲轴驱动件② 注：①若n 用转/分，w 用弧度/秒测定，w=210/60/n n ≈∏

②指曲轴驱动件是一个组合体，包括曲轴、飞轮、离合器、皮带轮、减振器和连杆的转动部分等。