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刚性回转体动静平衡设计及实验

机械平衡可分为回转件的平衡和机构的平衡。回转件又可以分为刚性回转件（工作转速低于一阶临

界转速）和挠性回转件（工作转速接近或高于一阶临界转速）。由于一般机械中的回转件都是刚性回转

件，故本节主要讨论刚性回转件的平衡问题。

一、回转件的平衡计算

在转子的设计阶段，尤其是在对高速转子及精密转子进行结构设计时，必须对其进行平衡计算，以检

查其惯性力和惯性力矩是否平衡。若不平衡，则需要在结构上采取措施消除不平衡惯性力的影响，这一

过程称为转子的平衡设计。根据不平衡质量分布情况回转件的平衡可分为静平衡和动平衡。

1、静平衡

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对于径宽比/≥5的转子，如砂轮、飞轮、齿轮等构件，可近似地认为其不平衡质量分布在同一

回转平面内。在这种情况下，若转子的质心不在回转轴线上，当其转动时，其偏心质量就会产生离心

惯性力，从而在运动副中引起附加动压力，这种不平衡现象称为静不平衡。

静平衡设计：为了消除惯性力的不利影响，设计时需要首先根据转子结构定出偏心质量的大小和方

位,然后计算出为平衡偏心质量需添加的平衡质量的大小及方位，最后在转子设计图上加上该平衡质量，

以便使设计出来的转子在理论上达到平衡。这一过程称为转子的静平衡设计。

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图（a）所示为一盘形转子，已知分布于同一回转平面内的偏心质量为,和，从回转中心到各偏心

123

rrrF

质量中心的向径为，和。当转子以等角速度w转动时，各偏心质量所产生的离心惯性力分别为：，

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FF

，。

23

FFFm

为了平衡惯性力，，，就必须在此平面内增加一个平衡质量，从回转中心到这一平衡质量的

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rFFFFF

向径为，它所产生的离心惯性力为。要求平衡时，,,,所形成的合力F应为零，即

bbb123

FFFFF

=+++=0

123b

消去后可得

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式中，和分别为转子的总质量和总质心的向径；,为转子各个偏心质量及其质心的向径；,

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为所增加的平衡质量及其质心的向径。上式中，质量与向径的乘积称为质径积。它表示在同一转速下转

子上各离心惯性力的相对大小和方位。上式表明转子平衡后，其总质心将与回转轴线相重合，即=0。e

mr

在转子的设计阶段，由于式中的,均为已知，因此由式即可求出为了使转子静平衡所需增加的平衡

ii

mr

质量的质径积,的大小及方位。

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mr

图（b）所示为用图解法求，的大小及方位的过程。