静平衡与动平衡理论与方法及区别

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动平衡理论与方法
3.1 刚性转子的平衡
检查和调整转子质量分布的工艺过程(或改善 转子质量分布的工艺方法),称为转子平衡。
3.1.1 刚性转子的平衡原理 一、转子不平衡类型
(一)静不平衡:如果不平衡质量矩存在于质心 所在的径向平面上,且无任何力偶矩存在时称为 静不平衡。它可在通过质心的径向平面加重(或
衡重会引起多大的振幅变化。若试加重量选得太小,振
幅变化不显著(不灵敏),选得太大,且加重角度不合
适,会造成启动紧张升速困难(机组振动振幅过大不安
全),因此正确选择试加重量的大小和加重方位至关重
要,它有利于减少机组平衡启停次数,缩短平衡时间。
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(一)根据经验公式求得试加重量大小
P 1.5 A0W
wn( w,w非n 共振情况)时,
y F0
而 精品课件
F0
G rw2 g
式中:G为不平衡重量,F0为不平衡离心力,因 此,对于一失衡转子,若阻尼一定,r,w一定, 则不平衡离心力F0与不平衡重量G成线性(比例) 关系,即该系统的振幅y与不平衡重量G成线性关
系。(3-7)式还表明,对于已知体系,阻尼和
。Hale Waihona Puke Baidu
ABFlm1lr LL
w2 g
这种由力偶矩引起的转子及
轴承的振动的不平衡叫做动不
平衡。
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(三)动静混合不平衡 实际转子往往都是动静混合不平 衡。转子诸截面上的不平衡离心力 形成的偏心距不相等,质心也不在 旋转轴线上。转动时离心力合成成 为一个合力(主向量)和一个力偶 (主力矩),即构成一静不平衡力 和一动不平衡力偶。(图3-4)。
相差很大(图3-17)。在A端加平衡质量(动.静)
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由图3-15—图3-17可以看出,当 A 0、 B 0
的振动幅值相差很大,不管之间的夹角如何,
都是一侧不平衡,只要在一侧加(或减)平衡
质量,就可减小或消除振动。
以上对不平衡振动振幅、相位的初步分析, 可以简化平衡工作,提高现场平衡效率。
6. 刚性转子平衡的线性条件
wn一定,当w不变时,扰动力与振幅之间的相位
差角也就一定了,即振动(振幅)滞后于干扰力 的角度不变(图3-18)。
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由上可见,转子偏心离心力Fo的方向与轴心
位移最大值A的方向不一致,Fo总顺转速方向超
前一个角度(即相位差角)。转速不变时,相位
差角基本不变。经验数据为,
刚性转子=15º~70º(多数为15º~45º)
刚性转子的任一不平衡离心力均可分解为任
选二平面上的一对对称力及一对反对称力.同理,
振动也可分解为一对对称分振动及一对反对称分
振动。
若在二支承转子两端测得A侧振动值为 A 0 、B侧振
动值为 B 0 。将二振动矢量移动交于一点0,再
将 A 0 、B 0 顶点连线的中点与0点相联,即得:
A0 As AD
去重),使转子获得平衡
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(二)动不平衡
假设有一个具有两个平
面的转子的重心位于同一转轴
平面的两侧,且m1r1=m2r2, 整个转子的质心Mc仍恰好位于
轴线上(图3-3),显然,此
时转子是静平衡的。但当转子
旋转时,二离心力大小相等、
方向相反,组成一对力偶,此
力偶矩将引起二端轴承产生周
期性变化的动反力,其数值为:
将Ⅰ、Ⅱ平面内的 A、B 力同时平移到某任一
个点 0上,由矢量三角形、可以看出:;
AAs AD
BBs BD
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由此可A见s ,Bs 已12将(A AB )、B
ADBD1 2(A B )
分解为大小相等,方向相同
的对称力 A s 、B s 及大小相等、方向相反的反 对称 力 A D 、B D 了。由于 A s ,B s 、A D 、B D 与 A 、B 等效,B即D 与不平衡离心力 F 1即、F2 等效。如果在
分 都解只到有该两选个定不的平衡Ⅰ合、力Ⅱ(平面A上、再B 合成),(最Ⅰ终、结Ⅱ果 平面上各一个)。到此校正转子不平衡的任务就 简单了,即仅分别在Ⅰ、Ⅱ平面不平衡合力A B、 的对侧(反方向)加重(或去重),使其产生的
附加离心力与上述不平衡合力相等,这样转子就
达到了平衡。
(3) 分解为对称及反对称不平衡力(图3-8)
轴线方向P个位置测取转子诸精品点课件 的原始振动(振幅、相
然后在l平衡平面内加试重P,再将转子启动升速
至平衡试验转速,同样测取诸测点处的振幅AiI、相位 aiI,其次将试重P依次移加到第Ⅱ、Ⅲ直到第(q—1)
平衡平面上,逐次将转子启动升速至平衡试验转速,每
次在P个测点处测取不平衡振动振幅Aij和相位角aij,对 于平衡平面j而言,它对各测点的影响系数为:
B0 Bs BD
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As Bs 12(A0B0)
As Bs 12(A0B0)
初步分析A s B s、 A及D B 0 、 的数值及相位,就能
判断引起振动的主要原因(是静不平衡还是动不平衡造
成)以及不平衡质量主要位于哪一侧。
(1) A 0 、B 0 之间相位差不大(<=45º)、振幅值也相
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置)
j 1,2,,q
在零刻度位置加一单位质量后对某轴承引起的振动
(振幅及相位)的变化称为幅相影响系数(记为 ij 或
Kij)。影响系数是一矢量,表示为

2. 影响系数计算
• 单平面加重
设A轴承的原始振动为A0a0 在Ⅰ平面加试P 重P
后应为,M :A轴 承M 的m 振 A 动0为 1A 0 A01a01
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三、高速动平衡 低速平衡校正后的转子,高速时,可能平衡
状态不佳,故还需进 行高速动平衡。
(一) 相对相位法 利用相对相位变化
找平衡的方法称为相对 相位法。利用闪光灯或 光电头等均可达到测相 找平衡的目的。
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(二) 幅相影响系数法
对于转子——轴承系统,在确定的转速下,
转子的不平衡振动Ai与其不平衡量Uj之间可用一
因试重引起的振动变化
由定义得知:
AI
Mm Pp
Mmp
P 10
M1m1 1 0
式中:M 1
M P
—加一公斤试重引起的振幅值;
m1mp —在零刻度精处品课件加重引起的振动相对相位角
有了幅相影响系数,很容易求任意加重后 轴 重承Q 振Q 动q的变,化根。据如线果性在条Ⅰ件平,面Q由任意角引度起处A轴加承 振动变化为;
差不大(图3-12)。由 As AD Bs BD


,说明振动主要由静
不平衡引起、加减(或减)对称(同相)平衡质量即可
消除或减小振动。
A0 B0
(2)
、 之间夹角很大(≈180º),且振幅值相接
(3近) A(0 图、3-B 10 3)之。间应夹加角(接或近减9)0º,反振对幅称值平相衡差质不量大。 精品课件
挠性转子=100º~130º(≤160º)
在临界转速时=90º
式(3-5)与式(3-7)称为线性条件,它们 是刚性转子平衡校正工作的基础和依据。但由于
实际机组振动系统的复杂性(如轴承刚度、油膜
刚度、中心不正等),带来平衡重量及相位计算
误差。但总的说来,对刚性转子的平衡,这两个 线性条件还是比较符合精品的课件 。
R
n
2
3000
上式对n=3000r/min机组较为合适,
式中
A0—原始振幅(μm); R—加重半径(mm);
W—转子重量m (Kg)
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(二) 试加重量位置(方位)选择的原则
到目前为止,试加重量的方位选择主要依 靠经验
• 一般其不平衡重量超前测振点130~150º。
•刚性转子可以盘动几次,以静止位置来试加重 量。
将不平衡离心力 、 分别对任选
(径向)二平面Ⅰ、Ⅱ进行分解。将 分
解为Ⅰ、Ⅱ平面上的平行力 、

F21
同、F2理2 ,将F,2
分解为Ⅰ、Ⅱ平面上的平行
迭加F11 F12、 A 为
;F迭12 加F22


两B力与显不而平易衡见离,心作力用在F1Ⅰ、、FⅡ2 平等面效上。的A B、
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如果转子上有多个不平衡离心力存在,亦可同样
由单自由度强迫振动可知,在干扰力的作
用下,系统振动的振幅(位移)和相位有如下
表达式:
y F0 c
1
1
mc精w品2课件2
w2
c
将 c mwn2 代入后
y F0 mwn2
1
1w wn22
2
m
2
wwn2
w
tg 1
m
w
2 n
w 2
1
wn
由(3-5)式可知,当阻尼,转速w一定时,若w远离
二、刚性转子的平衡原理
1.不平衡离心力的分解
图3-4三种不平衡
(1)分解为一个合力及一个力偶
矩,以两平面转子为例。由理论力学可

图3-4三种不平
知,不平衡力(任意力系)可以分解为一个径向力和一个
力偶。
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如图3-6所示二平面转子,不平衡离心力 F1 、F2 , 分 别等置 、于方面Ⅰ相、反Ⅱ的平力面上F2。、若 F在2 Ⅰ,平则面F1 0点F上2 、加F2一、对F2大、小相 四个力组成的力系与原、力系完全等价。
•对怀疑存在弯曲的转子,可根据晃度的测量结 果来判断试加重量的位置。
•利用平衡槽加重时,若该侧轴承振动相位为X, 试加重量角度可取为X-240º。 •利用对轮加重时,若该侧轴承振动相位为X,试 加重量角度可取X-210º精品。课件
二、低速动平衡 对于刚性转子,一般只进行低速动平衡就能
满足机组平稳运转的要求。对于挠性转子有时也 要先进行低速动平衡。 现场广泛使用动平衡台来进行转子低速的平 衡。它利用机械共振放大来确定不平衡重量的数 值和位置。
由以上讨论可知,与在二个平面
内加二个平衡重量的结果相同,亦可在二
个任意(垂直于轴线)平面上的相应位置
加二个对称的共面平衡重量平衡静不平衡
量,在另一相应位置加上二个反对称的共
面平衡重量平衡动不平衡量,这样转子亦
可获得平衡。
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5. 不平衡振动的初步分析
平衡转子前对振动(振幅和相位)进行初步
分析十分必要。
AijAi0
P
1 1 ij p q
影响系数是各个平衡平面上单位试重对各测点的振动 影响.有了这些影响系数数据,则可计算出各平面加平衡 重量后各轴承振动的变化值。幅相影响系数法平衡的原理 就是根据平衡重对轴承所产生的振动应与轴承原始振动互 相抵消的条件,列出矢量方程式求解而得出各加重平面的
系数 ij 相联系起来:
A iijU j
式中 i1,2, ,P ; j1,2, ,q ij , 反映了转子在i处的 不平衡振动和j处不平衡量之间的内在联系,称为线性影
响系数,
1. 定义 ij 加试重j平 后面 的上 振 原 加 动始 的 矢振 试 量动 重
式中:下标 i1,2,,P (轴承号即测取振动讯号位
3.1.2 刚性转子的平衡方法
凡工作转速高于第一阶临界转速(no>ncr1),且
挠曲不严重的转子均可视为刚性转子,(对于较短较粗
的转子,如风机、电动机、励磁转子均为刚性转子)可
以按刚性转子的平衡方法进行现场平衡。
一、试加重量的选择
利用试加重量,使机组振动振幅发生变化,以求
得不平衡质量与振幅之间的对应关系,即知晓单位不平
振动初步分析
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(4) A 0 、B 0 之间夹角不大,但振幅相差很大 (图3-15)。在A端加平衡质量(动.静)
(5) A 0 、B 0 之间夹角很大(≈180º),振幅相 差也很大( A0 B0 )图3-16)A端加(动.静)
(6) A 0
、B 0
之间夹角接近90º, A 0 、B 0 的振幅值 A0
As Bs
: 的相反方向加一对同方向的对称平衡
重量(在Ⅰ、Ⅱ平面内),在A D 、B D 的相反方 向加一对反方向的对称平衡重量(亦在Ⅰ、Ⅱ平面
内),就可使整个转子达到平衡。
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显然,同方向对称力 A s 、B s 可以认为 是由于静不平衡分量产生的,反方向对称 力 A D 、B D ,可以认为是由动不平衡分 量产生的。所以,对刚性转子而言,可用 同方向平衡重量平衡静不平衡分量,用反 方向平衡重量平衡动不平衡分量。
图3-6二平面转子受力分析
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在0点求 F1 、F2 的合力F1,2
,Ⅰ平面中剩 F下2 的
与Ⅱ平F面2 中
的 正好组成力偶。经这样分解,得到了一般的不平衡状况,即
将动静混合不平衡问题归结为一个F1,2合力 和一个力偶矩F2·l的作
用。前者是静不平衡,后者为动不平衡。
F11

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(2)向任意二平面进行分解(图3-7)
MmA01A0 AIQ M P pmQqM PQ(mp)q
时,只要上计式算表矢明量,乘在积加重-A径I Q向平即面为Q内任意引处起加的重Q 振 动变化。显然式 A中I (在一定转速下)已作常数 看待了。对于同一台机组影响系数是常数,对于同 一型号的机组可以通用(近似认为是一常数)。
•多平面加重
将转子启动升速至平衡试验转速,并让其稳定运转,沿
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