剛性回轉(zhuǎn)件的平衡【高教知識】

1、第十四章 剛性回轉(zhuǎn)件的平衡,提要 介紹剛性回轉(zhuǎn)件不平衡原因及其危害，靜 平衡和動平衡原理及應(yīng)用場合，靜平衡和動平衡 的計算及試驗方法,14.1平衡的目的和分類,14.2剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算,14.3回轉(zhuǎn)件平衡試驗法,1,全面分析,p,14.1平衡的目的和分類,1. 離心慣性力,離心慣性力為轉(zhuǎn)子重力G=mg=109.8=98N的10倍,2,全面分析,2.離心慣性力的不良影響,1）在兩端支承中引起除重力、外載荷以外的附加動壓力，增大軸承的載荷，加速軸承的磨損。 （2）慣性力的大小和方向作周期性的變 化，引起機械振動，產(chǎn)生噪聲,3,全面分析,3. 回轉(zhuǎn)件（轉(zhuǎn)子）的平衡,轉(zhuǎn)子的平衡：調(diào)整轉(zhuǎn)子的重量分布（

2、使e0）， 完全或部分消除慣性力的不良影響,剛性轉(zhuǎn)子： 轉(zhuǎn)子剛度大，離心力小，轉(zhuǎn)子的變形可忽略。 如：電動機轉(zhuǎn)子，機床主軸等等,柔性轉(zhuǎn)子： 轉(zhuǎn)子剛度小，離心力大，轉(zhuǎn)子的變形不可忽略。 如：航空發(fā)動機、汽輪機和發(fā)電機中的轉(zhuǎn)子,4,全面分析,4.機械在機座上的平衡,如果機構(gòu)中包含有作往復(fù)運動或作平面運 動的構(gòu)件，則此機構(gòu)的平衡問題就不能用 對各個構(gòu)件的平衡方法來解決，而必須對 整個機構(gòu)進行平衡設(shè)計，使作用于機架上 的總慣性力和總慣性力矩得到平衡，這類 平衡稱為機械在機座上的平衡,5,全面分析,曲柄滑塊機構(gòu)的動平衡三維動畫.avi,6,全面分析,14.2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算,12.2.1靜平衡計算,

3、1.靜平衡： 轉(zhuǎn)子寬度b與直徑D之比b/D0.2，可認(rèn)為重量 分布在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)， 這類回轉(zhuǎn)件的平衡 稱為靜平衡,如：砂輪、帶輪、飛輪等均為靜平衡,7,全面分析,2.靜平衡條件,圖14-1（a）所示：平面上有不平衡重量G1、G2、 G3，重心矢徑為r1、r2、r3，當(dāng)該構(gòu)件以等角速 度回轉(zhuǎn)時， 不平衡重量產(chǎn)生的慣性力為,P1、P2、P3構(gòu)成平面匯交力系， 合力由多邊形法則求得,8,全面分析,合力R0時轉(zhuǎn)子不平衡。為平衡R，沿R作用線并 與R相反的方向，加一個平衡重量Gb，其重心矢徑 為rb。則,9,全面分析,即,靜平衡條件： 同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的各質(zhì)量的重徑積的矢 量和等于零?；騊=0,推廣到有

4、n個不平衡重量的場合,14-1,Gi、ri分別為不平衡重量的大小和矢徑 ， 稱為重徑積,對不平衡重量， 可在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)加 一重徑積Gbrb使之平衡,10,全面分析,3. 靜平衡方法,1）圖解法： 作重徑積的封閉矢量多邊形，解出Gbrb， 選定rb的大小，求出Gb（需安裝的平衡重量,若在同一平面內(nèi)安裝平衡重量不便或不可能，則 可另選兩個與軸線垂直的校正 平 面 T和T， 在這兩個校正平面內(nèi)增加平衡重量，使轉(zhuǎn)子得到 平衡,11,全面分析,根據(jù)平行力合成原理,如圖14-2所示單缸柴油機曲軸，則在兩曲柄所在平 面增加平衡重量。（扇形配重,14-2,12,全面分析,2）根據(jù)重力矩為零，測出校正重徑積

5、,重力對回轉(zhuǎn)軸的靜力矩之和為零，轉(zhuǎn)子可 停在任意位置時測出配重的重徑積,13,全面分析,14.2.2 動平衡計算,1. 動平衡,回轉(zhuǎn)件A、B兩處有 不平衡重量G1和G2 且滿足 故回轉(zhuǎn)件重心位于 回轉(zhuǎn)軸線上。按靜 平衡的觀點，回轉(zhuǎn) 件處于平衡狀態(tài),G2,G1,14,全面分析,轉(zhuǎn)動時，離心慣性力P1、P2構(gòu)成一對慣性力偶， 引起機械振動。這類零件的平衡與否靜態(tài)無法 判斷，稱為動平衡,轉(zhuǎn)子寬度b 與直徑 D 之比b/D0.2， 重量分布在與軸線 垂直的不同平面內(nèi)， 這類回轉(zhuǎn)件的平衡 為動平衡,15,全面分析,多缸內(nèi)燃機曲軸，機床主軸的等零部件的平衡 均為動平衡,動不平衡的一般情況是既有不平衡的慣性

6、力， 又有不平衡的力偶矩。動平衡的條件是,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時各重量產(chǎn)生的慣性力的合力等于零， 合力矩等于零,即：P=0 和 M=0,2.動平衡的條件,16,全面分析,3.動平衡的計算,設(shè)：轉(zhuǎn)子上有三個 不平衡重量G1、G2、 G3，其重心矢量分 別為r1、r2、r3。構(gòu) 件回轉(zhuǎn)時慣性力P1、 P2和P3不是平面匯 交力系， 所以不可 能在單個平面上安 裝平衡重量使其達(dá) 到平衡,17,全面分析,1）選定兩個垂直 于回轉(zhuǎn)軸線的代替 平面T及 T安 裝平衡重量,18,全面分析,2） 將不平衡的重量 向兩代替平面T和T 分解,3）分別在T和T 平面內(nèi)進行靜平衡計 算,作重矢積矢量圖，求出Gbrb和Gbrb，

7、選定rb 和rb后，求出Gb Gb,19,全面分析,動平衡和靜平衡比較,1）靜平衡只須在一個平面內(nèi)進行平衡； 動平衡必須在兩個平面內(nèi)進行平衡,2）滿足動平衡的轉(zhuǎn)子，一定滿足靜平衡； 但滿足靜平衡的轉(zhuǎn)子則不一定滿足動平衡,20,全面分析,14.3 回轉(zhuǎn)件平衡試驗法,經(jīng)平衡計算安裝了平衡重量的轉(zhuǎn)子，理論 上已達(dá)到平衡，但由于計算、制造、安裝 誤差和轉(zhuǎn)子的材質(zhì)不均勻等原因，實際上 仍會有些不平衡。平衡試驗的目的是測量 出轉(zhuǎn)子不平衡重徑積的大小和相位，以安 裝平衡重量，使構(gòu)件平衡,21,全面分析,14.3.1靜平衡試驗,1. 原理：轉(zhuǎn)子平衡時，重力矩為零,2. 試驗方法,1）將待平衡的轉(zhuǎn)子放在導(dǎo)軌上。

8、（圖14-5,若轉(zhuǎn)子重心S和軸心O不重合，轉(zhuǎn)子在重力矩的作 用下沿導(dǎo)軌滾動，直至重心S在軸心O的鉛垂線下 方停止,2）配重：用橡皮泥（或磁鐵）在軸心沿鉛垂線 上方加一重量， 重復(fù)上述試驗步驟， 直至轉(zhuǎn)子在 任意位置都能保持靜止不轉(zhuǎn)為止,22,全面分析,3）平衡 根據(jù)所加橡皮泥重量和位置便可確定重徑積的大 小和相位。在該位置用螺釘、 鉚接、噴鍍金屬等 方法加上校正重量，或在相反的相位用鉆孔、 磨 削等方法減去校正量，使轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡,23,全面分析,靜平衡試驗,a)水平支承方式,24,全面分析,靜平衡試驗,b)托輥支承方式,25,全面分析,靜平衡試驗錄像.avi,26,全面分析,14.3.2動平衡

9、試驗法,動平衡試驗在動平衡試驗機上進行,目的： 測定回轉(zhuǎn)件不平衡重徑積的大小和方位。 測量原理和方法各有不同,機械式動平衡機目前在生產(chǎn)中已很少采用， 電子式動平衡機隨著電子技術(shù)的發(fā)展而出 現(xiàn)，現(xiàn)代動平衡技術(shù)還發(fā)展了激光去重的 動平衡機,27,全面分析,14.3.3 回轉(zhuǎn)件的平衡精度,1.許用不平衡量及其表示方法,由于誤差存在（試驗設(shè)備和人為因素），回轉(zhuǎn)件經(jīng) 平衡后總會殘存不平衡量,生產(chǎn)中根據(jù)工作要求對不同的回轉(zhuǎn)構(gòu)件規(guī)定出最大 的殘余不平衡量，稱為許用不平衡量,1）許用不平衡量,平衡時，只要使回轉(zhuǎn)件殘余不平衡量不超過相應(yīng)的 許用不平衡量即為合格,28,全面分析,2）許用不平衡量的表示方法,許用不

10、平衡重徑積：規(guī)定許用的殘余不平衡重徑 積Gr的最大值,單位為Ncm,EQ6100汽車發(fā)動機曲軸允許不平衡量1Ncm。 北京213吉普車發(fā)動機飛輪允許不平衡量0.18Ncm,使用Gr表示對平衡程度的要求比較直觀，便于進 行平衡試驗操作,對于重量不同的回轉(zhuǎn)件，僅僅通過其許用不平衡重 徑積還不能比較出其不平衡程度的差別,29,全面分析,例：轉(zhuǎn)子重量為5106N, 轉(zhuǎn)子重量為5104N, 若許用不平衡重徑積均為Gr=1Ncm, 轉(zhuǎn)子的不 平衡程度要比轉(zhuǎn)子差得多,許用偏距：單位重量的許用不平衡重徑積,因單位重量的許用不平衡重徑積，可理解為整個轉(zhuǎn) 子重心偏離軸心的距離，故稱為許用偏距,許用偏距e的單位為微

11、米（m,30,全面分析,2.平衡精度,轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的優(yōu)良程度，稱為平衡精度,實踐表明，慣性力的不良影響與偏心距e和回轉(zhuǎn)角 速度的乘積有關(guān)。規(guī)定,平衡精度,為回轉(zhuǎn)角速度（rad/s,A值愈大平衡精度愈低,31,全面分析,小結(jié),14.1平衡的目的和分類,2.離心慣性力的不良影響,1）產(chǎn)生附加動壓力，增大軸承的載荷加速軸承損,1.回轉(zhuǎn)件不平衡的原因：結(jié)構(gòu)不對稱、制造不準(zhǔn)確 或材質(zhì)不均勻、使用中的變形,2）引起機械振動，產(chǎn)生噪聲,32,全面分析,3. 轉(zhuǎn)子的平衡的目的： 調(diào)整轉(zhuǎn)子的重量分布（使e0），完全或部分消 除慣性力的不良影響,4.平衡的分類,1）轉(zhuǎn)子的平衡：剛性轉(zhuǎn)子、柔性轉(zhuǎn)子,剛性轉(zhuǎn)子的平衡：

12、轉(zhuǎn)子靜平衡、轉(zhuǎn)子動平衡,2）機械在機座上的平衡,33,全面分析,14.2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算,12.2.1靜平衡計算,1.靜平衡 轉(zhuǎn)子寬度b與直徑D之比b/D0.2，可認(rèn)為重量分布 在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)， 這類回轉(zhuǎn)件的平衡稱為靜平衡,2.靜平衡條件,同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的各質(zhì)量的重徑積的矢量和等于零。 或P=0,34,全面分析,3. 靜平衡方法,1）圖解法：作重徑積的封閉矢量多邊形， 解出Gbrb，選定rb的大小，求出Gb,2）試驗法：根據(jù)重力矩為零，測出校正重徑積,14.2.2 動平衡計算,1.動平衡：轉(zhuǎn)子寬度b 與直徑D 之比b/D0.2，重 量分布在與軸線垂直的不同平面內(nèi)，這類回轉(zhuǎn)件 的平衡為動平衡,35,全面分析,2.動平衡的條件,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時各重量產(chǎn)生的慣性力的合力等于零， 合力矩等于零。P=0 和 M=0,3.動平衡的計算,1）選定兩個垂直于回轉(zhuǎn)軸線的代替 平面T及T 安裝平衡重量,2）將不平衡的重量向兩代替平面T和T分解,3）分別在T和T平面內(nèi)進行靜平衡計算,36,全面分析,4. 動平衡和靜平衡比較,1）靜平衡只須在一個平面內(nèi)進行平衡；動平衡必 須在兩個平面內(nèi)進行平衡。動平衡也稱為雙面平衡,2）滿足動平衡的轉(zhuǎn)子，一定滿足靜平