那么,我们需要明确电机转子平衡的两种状态:静不平衡和偶不平衡、刚性转子和柔性转子。前者解释了电机不平衡的原理,而后者则说明了如何避免电机不平衡。
静不平衡:当主惯性轴与旋转轴心平行时,质心矩不为零,也就是说重心没有位于中心点上。简单来说,静不平衡意味着转子的重量分布不均匀,导致转子在旋转时产生不平衡力。
偶不平衡:当主惯性轴与旋转轴线在质心处相交并形成一个夹角α时,质心位于中心点上。然而,当转子旋转时,离心力不会作用在同一点上,就好像有人在两侧分别拉动轴一样。简单来说,偶不平衡意味着转子的质量分布在对称轴两侧不均匀,导致转子旋转时产生不平衡力。
在大多数情况下,静不平衡的离心合力矢量与动不平衡的离心合力偶矢量不是垂直的。这导致力系最终被简化为力螺旋形式,其中转子旋转轴线既不平行于任何一个中心惯性主轴,也不与其相交。实际上,大多数转子的不平衡分布正是这种情况。
转子可以分为刚性转子和柔性转子两种类型。当工作转速低于一阶临界转速时,不平衡离心力较小,因此引起的挠曲变形可以忽略不计,这种转子被称为刚性转子。
相反,当工作转速高于一阶临界转速时,挠曲变形无法忽略,转子就被称为柔性转子。需要指出的是,由于转子的复杂性,一阶临界转速通常需要通过计算和仿真来确定。
汽轮机和发电机转子通常属于柔性转子类型,而电厂的辅助设备,如风机、水泵和电动机,则多数属于刚性转子。
在制造部门中,刚性转子通常只需要在低速平衡机上进行平衡,而柔性转子需要在高速平衡机上进行平衡。
那么,刚性转子的平衡过程是如何进行的呢?
在进行动平衡之前,需要进行静平衡,而静平衡的方法非常简单。将转子放置在水平的两条平行导轨或滚轮架上,让其自由滚动,质心总是趋向于支点的下方。通过反复进行加重或减重的尝试,转子的不平衡量会逐渐减小到可接受的程度。此时,转子在导轨上近似地达到了静平衡状态。平衡的精度取决于转子与导轨或滚轮之间的滚动摩擦情况。
刚性转子的任何不平衡都可以通过在选择的两个校正平面内添加校正质量来进行平衡。经过平衡后,转子在一定精度范围内,其离心惯性力系成为一个平衡力系,其中某个中心惯性主轴与旋转轴重合。
然而,实际上我们无法实现完美的平衡,离心力对转子通常会产生弯曲力矩。幸运的是,转子是'刚性'的,弯曲力矩引起的挠曲变形可以忽略不计。因此,转子的不平衡分布不会因转速的变化而改变。
由此可以得出一个结论:一旦刚性转子在某个转速下进行平衡,那么在任何符合刚性转子条件的转速下,它都能保持平衡,无论转速如何变化。
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