在工廠設備中大多數運動是回轉運動。人們把繞固定軸回轉的構件稱為轉子。造成轉子不平衡的原因主要是轉子質量不均或制造安裝誤差等。轉子若有不平衡重,旋轉后會產生慣性離心力或慣性力偶矩,這樣對軸承產生動壓力,從而在軸承中引起附加摩擦力與附加內應力,致使軸承磨損加劇,并使零件的強度降低,壽命縮短;同時還會產生有害振動,導致機械的工作精度、可靠性、機械效率和使用壽命降低,甚至可能因共振而使機械損壞。為減小轉子的不平衡危害,對轉子要進行平衡,方法有計算法和試驗法。在對轉子進行結構設計時要用計算法進行平衡計算,轉子制造出來后還需用試驗法通過平衡試驗,這樣轉子才能具有一定的平衡精度。
根據轉子不平衡質量的分布情況,轉子的平衡可分為靜平衡和動平衡。靜平衡是對于長徑比L/D≤1/5的軸向寬度不大的轉子(如葉輪、沙輪、齒輪等),可以近似地認為質量都分布在同一回轉平面內,因其離心慣性力矩可忽略,故其不平衡僅由離心慣性力引起。轉子的質心不在其回轉軸線上,這樣的不平衡狀態,在轉子靜力狀態下即可顯示出來,如圖1所示。把轉子放在摩擦力很小的支承上,若轉子的質心S不在回轉軸線上,則在重力矩的作用下,轉子將會轉動,直到質心S轉到回轉軸線的鉛垂下方時方能靜止。這樣的不平衡稱為靜不平衡,使這樣的轉子得以平衡的措施稱為靜平衡。
動平衡是對于寬度較大的轉子(長徑比L/D>1/5),質量分布則不能近似認為在同一回轉面內,可看作在沿軸向互相平行的若干平面內,如圖2和圖3所示。在此情況下,即使回轉件質心在其軸線上,也會形成慣性力矩,這種轉子仍然是不平衡的,這種不平衡狀態,只有當轉子轉動時才能顯示出來,因而稱為動不平衡,使這樣的轉子得以平衡的措施稱為動平衡。
由理論分析和實驗得知,對于靜不平衡的轉子,只需要在偏重位置的反方向加一個適當的配重,即可達到平衡。當然,根據結構條件,也可以在偏重方向適當位置處去掉一部分質量m’b(圖4)。只要能保證mbrb=-m’br’b,同樣能使轉子達到平衡。但一般是做平衡試驗來確定不平衡方向。
轉子的不平衡是因其中心主慣性軸與旋轉軸線不重合而產生的。平衡就是改變轉子的質量分布,使其中心主慣性軸與旋轉軸線重合而達到平衡的目的。當測量出轉子不平衡的量值或相位后,有以下校正方法。
(1)去重法 即在重的一方用鉆孔、磨削、鏨削、銑削和激光穿孔等方法去除一部分金屬。
(2)加重法 即在輕的一方用螺釘連接、鉚接、焊接和噴鍍金屬等方法,加上一部分金屬。
(3)調整法 通過擰入或擰出螺釘以改變校正重量半徑,或在槽內調整兩個或兩個以上配重塊位置。
(4)熱補償法 通過對轉子局部加熱來調整工件裝配狀態。