動、靜平衡原理及平衡方法
動、靜平衡原理
轉動力學中,轉子因質量分布不均勻產生偏心,轉動時的離心力對軸承造成了負載,而產生了不可預期的振動,此種現象可稱為轉子不平衡。轉子不平衡所造成的振動,可區分為徑向振動、軸向振動。轉子不平衡產生的振動,經軸承傳遞至機械個部零件,造成機械或各項產品的負載加大、動力損耗、噪音、降低了品質及壽命。對於機械其振動的標準及危害可參考 ISO-2372 及ISO-10816 規範。
造成轉子質量分布不均勻(不平衡)型態,可分為三種:
- 靜不平衡(static unbalance):靜不平衡為重心軸與旋轉軸平行不重疊下產生,離心力運動的方向為垂直於旋轉軸平面,靜止狀態中就可進行的平衡,偏重的一邊受重力作用會垂到下方,進行單平面的平衡校正。
- 力偶不平衡(couple unbalance):力偶不平衡為旋轉軸通過重心軸中心並交錯下產生,離心力運動的方向為平行於旋轉軸的方向,其不平衡量為兩個大小相同、方向相反。此種不平衡無法於靜止狀態下進行平衡校正,需藉由儀器或平衡機,轉動後經由力學的原理量測出不平衡量大小及位置,進行兩個平面的平衡校正。
- 動不平衡(dynamic unbalance):動不平衡就是靜不平衡與偶不平衡的混和,其不平衡量為兩個大小不相同、無固定方向,此種不平衡無法於靜止狀態下進行平衡,需藉由儀器或平衡機,轉動後經由力學的原理量測出不平衡量大小及位置,進行兩個平面或三個平面的平衡校正。
平衡方法
要進行動平衡校正必須了解轉子不平衡的型態,不平衡型態可參考上述說明,一般動平衡校正的方式有:
- 單面平衡: 一般轉子高度較薄與旋轉軸垂直度幾近90度,偶不平衡很小時,選用單面動平衡不平衡型態為靜不平衡,使用單面動平衡校正。
- 雙面平衡:一般轉子高度較長,轉速較高時;不平衡型態為偶不平衡或動不平衡時,使用雙面動平衡校正。
- 三面動平衡:一般用來分析轉子靜不平衡與偶不平衡的問題(轉子與旋轉軸之間同心度、垂直度),而第三面動不平衡直接影響轉子靜不平衡(振動影響徑向振動),無法解決偶不平衡問題(無法解決軸向振動)。
離線平衡及線上平衡
轉子做動平衡的時機,一般分為離線平衡及線上平衡: