旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)問(wèn)題一直是機(jī)械行業(yè)的重要課題，特別是現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不斷提高，直接影響旋轉(zhuǎn)機(jī)械工作效率和可靠性的振動(dòng)問(wèn)題就更為突出。解決這一問(wèn)題的有效方法就是對(duì)其旋轉(zhuǎn)部分（ 即轉(zhuǎn)子） 進(jìn)行高精度的動(dòng)靜平衡，其平衡理論的宗旨就是通過(guò)改變轉(zhuǎn)子本身的質(zhì)量分布來(lái)達(dá)到其主慣性軸與旋轉(zhuǎn)軸相重合，從而降低旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)。 [1] 

工作原理、平衡特點(diǎn)編輯 語(yǔ)音

自動(dòng)定心型轉(zhuǎn)子自動(dòng)平衡裝置根據(jù)所采用的自由移動(dòng)補(bǔ)償質(zhì)量的形式分為滾球式、擺錘式和充液式等幾類。它們都是根據(jù)柔性轉(zhuǎn)子和彈性支承的特性而設(shè)計(jì)的，不需要外部專門(mén)提供能量，利用系統(tǒng)響應(yīng)所形成的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)平衡質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到減振的效果。

1、滾球式自動(dòng)平衡裝置

（1）滾球式自動(dòng)平衡裝置的工作原理

滾球式自動(dòng)平衡裝置是根據(jù)柔性轉(zhuǎn)子和彈性支承的特性設(shè)計(jì)的，利用系統(tǒng)響應(yīng)所形成的能量來(lái)驅(qū)動(dòng)滾球的移動(dòng)和分布，滾球的移動(dòng)和分布也會(huì)影響不平衡轉(zhuǎn)子的振動(dòng)情況。內(nèi)裝滾球轉(zhuǎn)子的平衡裝置結(jié)構(gòu)模型如圖1所示，轉(zhuǎn)子是一個(gè)帶有滾道的圓盤(pán)，圓盤(pán)中心開(kāi)有孔，與轉(zhuǎn)軸固聯(lián)。圓盤(pán)中心位于點(diǎn)O。在點(diǎn)G處存在一個(gè)偏心質(zhì)量 m1，偏心距為e。滾球放入圓盤(pán)周向的滾道內(nèi)，滾道內(nèi)有潤(rùn)滑液，滾球僅能沿滾道做周向運(yùn)動(dòng)，球的數(shù)量一般在2個(gè)或2個(gè)以上。

圖1

圖1

通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和理論分析，以及 MATLAB數(shù)值仿真分析表明，球式自動(dòng)平衡裝置的轉(zhuǎn)子在亞臨界加速階段，由于切向慣性力的存在，在共振區(qū)附近時(shí)，振動(dòng)幅值達(dá)到峰值，中間疊加著自激振動(dòng)，自激振動(dòng)發(fā)生在略大于固有角頻率的某一頻率范圍內(nèi)； 在過(guò)臨界轉(zhuǎn)速以后滾球遠(yuǎn)離偏心質(zhì)量，迅速接近平衡位置，起到自動(dòng)平衡的作用。因此對(duì)于運(yùn)行在過(guò)臨界轉(zhuǎn)速下的旋轉(zhuǎn)機(jī)械有較好的減振效益，尤其是當(dāng)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角速度大于其共振角速度時(shí)，滾球式自動(dòng)平衡裝置能夠*起到自動(dòng)平衡的作用。但是制約這一平衡器自同期效果的就是當(dāng)轉(zhuǎn)子處于亞臨界轉(zhuǎn)速時(shí)反而會(huì)使振幅增大。所以在以后的科研工作中，如何解決在一階臨界以下頻段減小或少不增大轉(zhuǎn)子初始不平衡的問(wèn)題，將成為此類自動(dòng)平衡器自同期現(xiàn)象的技術(shù)關(guān)鍵。已有研究將滾球式自動(dòng)平衡裝置應(yīng)用于磨床磨頭、光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器以及手持式動(dòng)力工具中。

（2）滾球式自動(dòng)平衡裝置的特點(diǎn)

1） 滾球式自動(dòng)平衡裝置在高速狀態(tài)下能很好地起到平衡作用，不管偏心量大小，也不需要使用者調(diào)試和控制，平衡作用是自動(dòng)發(fā)揮的，而且在一定條件下能*平衡。

2） 滾球的滾動(dòng)摩擦因數(shù)μ將影響球的安定位置，進(jìn)而成為影響殘余振幅的決定性參數(shù)?？蛇x用光滑、質(zhì)硬的材料制造滾道和球，以便減小μ，但μ過(guò)小則使球不易穩(wěn)定。

3） 滾球的黏性阻力系數(shù)會(huì)影響大振幅和自激振動(dòng)的程度，但與殘余振幅無(wú)關(guān)，因此可取較大的黏性阻力系數(shù)來(lái)減少大振幅和自激振動(dòng)。

4） 滾球式自動(dòng)平衡裝置不能使用于低速和共振狀態(tài)。

2、擺錘式自動(dòng)平衡裝置

（1）擺錘式自動(dòng)平衡裝置的工作原理

擺錘式自動(dòng)平衡裝置利用了轉(zhuǎn)子的自動(dòng)定心原理。擺錘式自動(dòng)平衡裝置力學(xué)原理如圖2所示，圖2所示為具有兩個(gè)擺錘的轉(zhuǎn)子平衡裝置，每個(gè)擺錘均可繞其各自的鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖2

圖2

在理想的無(wú)偏心情況下，點(diǎn)O1為回轉(zhuǎn)中心（ 與質(zhì)心點(diǎn)C重合） ，擺錘在離心慣性力的作用下將沿徑向排列，如圖2中虛線位置。此時(shí)擺錘不起平衡或偏心的作用。而在有偏心距的情況下，點(diǎn)O成為回轉(zhuǎn)中心，擺錘將沿點(diǎn)O的射線方向排列，如圖2中實(shí)線位置。從圓盤(pán)中心點(diǎn)O1來(lái)看，根據(jù)轉(zhuǎn)子振動(dòng)中的自動(dòng)定心原理可知，在過(guò)臨界轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)擺錘所處的位置遠(yuǎn)離質(zhì)心C，起到了減少原始偏心距的作用，從而實(shí)現(xiàn)了平衡減振； 而在亞臨界轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，質(zhì)心的位置是在圖2中的點(diǎn)C1位置，擺錘所處的位置偏向質(zhì)心C1，加劇了偏心的程度，使振子系統(tǒng)的振幅增加，這對(duì)于系統(tǒng)是不利的。如何解決轉(zhuǎn)子在亞臨界轉(zhuǎn)速下的自動(dòng)平衡將是研究的關(guān)鍵點(diǎn)。錘式破碎機(jī)是擺錘式自動(dòng)平衡裝置實(shí)現(xiàn)減振的典型機(jī)構(gòu)。

（2）擺錘式自動(dòng)平衡裝置的特點(diǎn)

1） 擺錘式自動(dòng)平衡裝置在高速狀態(tài)下能很好地起到平衡作用，平衡作用是自動(dòng)發(fā)揮的。

2） 擺錘的摩擦因數(shù)將影響擺錘的位置，進(jìn)而成為影響殘余振幅的決定性參數(shù)。可選用光滑、質(zhì)硬的材料制造銷軸和擺錘。

3） 擺錘式自動(dòng)平衡裝置不能使用于低速和共振狀態(tài)。

3、充液式自動(dòng)平衡裝置

（1）充液式自動(dòng)平衡裝置工作原理

內(nèi)裝部分液體的轉(zhuǎn)子是自動(dòng)平衡裝置的另一種形式，被廣泛應(yīng)用于洗衣機(jī)和液力偶合器中，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡和減振的作用。內(nèi)腔充液轉(zhuǎn)子模型如圖3所示，m1為偏心質(zhì)量，e為偏心距，m2為轉(zhuǎn)子質(zhì)量，m3為液體質(zhì)量，ρ為液體密度，H為液體平衡器的厚度，G為轉(zhuǎn)子質(zhì)心。