剛性轉(zhuǎn)子平衡精度課件

第十四章機械平衡機械原理教研組機械與動力工程學院上海交通大學第十四章機械平衡內(nèi)容提要基本要求基本概念重點與難點本章教案概述剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗撓性轉(zhuǎn)子的動平衡簡介平面機構(gòu)的平衡多缸發(fā)動機慣性力的部分平衡簡介例題剖析與習題典型例題剖析思考題習題目錄內(nèi)容提要

機械平衡的基本概念；剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計與實驗；剛性轉(zhuǎn)子動平衡的設(shè)計與實驗，平衡精度及剩余不平衡量的計算；平面機構(gòu)平衡的基本概念，質(zhì)量代換方法，機構(gòu)慣性力的部分平衡方法以及完全平衡方法；撓性轉(zhuǎn)子平衡的基本知識和發(fā)動機平衡的基本方法?；疽髢?nèi)容提要機械的平衡剛性轉(zhuǎn)子的平衡靜平衡動平衡轉(zhuǎn)子的剩余不平衡量與平衡精度撓性轉(zhuǎn)子的平衡平面機構(gòu)的平衡平面機構(gòu)平衡的質(zhì)量代換法鉸鏈四桿機構(gòu)的力完全平衡曲柄滑塊機構(gòu)的慣性力部分平衡平面機構(gòu)平衡的復數(shù)矢量法基本概念內(nèi)容提要重點掌握剛性轉(zhuǎn)子靜平衡和動平衡的原理與方法。對平面四桿機構(gòu)在機座上的平衡原理與方法有所了解。動平衡實驗的必要性和實驗方法。難點剛性轉(zhuǎn)子動平衡概念的建立。平衡校正面選在不同位置時的質(zhì)徑積換算。平面機構(gòu)平衡的原理和計算?？键c靜平衡與動平衡的基本概念。轉(zhuǎn)子的靜平衡與動平衡以及剛性轉(zhuǎn)子與撓性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子的許用不平衡及平衡精度據(jù)平衡精度等級計算轉(zhuǎn)子的許用偏心距及兩校正平面上的許用質(zhì)徑積。平面機構(gòu)在機架上完全平衡的概念。通過質(zhì)量代換在運動構(gòu)件上加平衡重，使機構(gòu)的質(zhì)量重新分布，以實現(xiàn)機構(gòu)慣性力的完全平衡。重點與難點本章教案研究機械平衡的目的機械平衡的種類概述概述研究機械平衡的目的質(zhì)徑積(不平衡量)在平衡技術(shù)中，常把作定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件稱為轉(zhuǎn)子。消除或減少機械系統(tǒng)中的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力，提高機械的工作性能，是研究機械平衡的目的。組成機械的運動構(gòu)件，按運動方式可分為三種：作定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件

作往復移動的構(gòu)件

作平面運動的構(gòu)件F=mrω2概述機械平衡的種類圖示轉(zhuǎn)子直徑為d、寬度為b，左右兩面各有一個不平衡質(zhì)量m1，m2?；剞D(zhuǎn)軸線與中心主慣性軸線交于O點。當該轉(zhuǎn)子以等角速度ω旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子上各點所產(chǎn)生的慣性力可簡化為一個通過質(zhì)心C處的慣性力F和慣性力偶矩M：F=F1+F2

M=F1l1+F2l2靜平衡(單面平衡)是慣性力的平衡轉(zhuǎn)子平衡-剛性動平衡(雙面平衡)是慣性力和慣性力偶矩的平衡配重法汽輪機、航空發(fā)動機的轉(zhuǎn)子：長徑比較大、重量大、轉(zhuǎn)速高動撓度、撓性轉(zhuǎn)子：在運轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子本身會發(fā)生明顯的彎曲變形，產(chǎn)生動撓度，稱這類發(fā)生彈性變形的轉(zhuǎn)子為撓性轉(zhuǎn)子。發(fā)生撓性條件：轉(zhuǎn)速n接近第一階臨界轉(zhuǎn)速。分類條件：一般情況下，當n＞0.7

nc1時，可把在這種狀態(tài)下工作的轉(zhuǎn)子視為撓性轉(zhuǎn)子。若n<0.7

nc1時，可視為剛性轉(zhuǎn)子。概述機械平衡的種類轉(zhuǎn)子平衡-撓性概述機械平衡的種類機構(gòu)平衡作往復移動或平面運動的構(gòu)件：不能用配重法。機構(gòu)平衡（機座平衡）：就整個機構(gòu)加以考慮，設(shè)法減少機構(gòu)的總慣性力和慣性力偶矩，并使其作用在機架上，稱之為機構(gòu)的平衡或機構(gòu)在機座上的平衡。本章教案剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計剛性轉(zhuǎn)子的動平衡設(shè)計剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的動平衡實驗平衡精度和剩余不平衡量剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗不平衡的廣泛性：設(shè)計、加工、安裝中的誤差平衡設(shè)計：利用在轉(zhuǎn)子上加減配重的方法，使轉(zhuǎn)子上的慣性力和慣性力偶矩的和為零，即滿足目的：使其回轉(zhuǎn)軸線與中心主慣性軸線重合。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗的圓盤狀轉(zhuǎn)子可進行靜平衡設(shè)計（單面平衡）。不平衡質(zhì)量：集中在一個平衡面內(nèi)。關(guān)鍵問題：找出轉(zhuǎn)子在該平面上應(yīng)加或應(yīng)減重的大小和方位。平衡原理：離心慣性力的合力為零。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計增配重減配重剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計解設(shè)在r＝80mm處應(yīng)加的配重質(zhì)量為m，方位角為θ。例在圖示轉(zhuǎn)子中，各不平衡質(zhì)量的大小與方位分別為：m1=3kg，r1=80mm，θ1=60o；m2=2kg，r2＝80mm，θ2＝150o；

m3=2kg，r3=60mm，θ3=225o

。求在r＝80mm處應(yīng)加的配重和方位。剛性轉(zhuǎn)子的動平衡設(shè)計的長圓柱狀轉(zhuǎn)子要進行動平衡設(shè)計。由于不能忽略轉(zhuǎn)子的寬度，轉(zhuǎn)子上的不平衡質(zhì)量不能視為集中在一個平面內(nèi)，而是分布在轉(zhuǎn)子的多個平面內(nèi)。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的動平衡設(shè)計慣性力的分解替代剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的動平衡設(shè)計按單面平衡原理，可分別對兩面進行平衡計算。兩個單面平衡剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的動平衡設(shè)計結(jié)論：任何具有不平衡質(zhì)量的剛性轉(zhuǎn)子，無論在多少個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)具有偏心質(zhì)量，都可以在任選的兩個平衡基面分別加、減一個適當?shù)呐渲兀罐D(zhuǎn)子得到完全的平衡。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的動平衡設(shè)計例圖示長圓柱形轉(zhuǎn)子，直徑d=150mm，寬度b=800mm，兩端面距兩軸承中心的距離各為100mm。轉(zhuǎn)子上存在的不平衡質(zhì)量的大小與方位分別為：m1=3kg，r1=80mm，θ1=60o，

l1=200mm

；m2=2kg，r2=80mm，θ2=150o，

l2=500mm

；m3=2kg，r3=60mm，θ3=225o

，l3=700mm

。求加在II平衡面的平衡質(zhì)量和方位。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的動平衡設(shè)計解選定兩個端面I、II為平衡基面，把不平衡質(zhì)量m1、m2、m3所產(chǎn)生的離心慣性力分別分解到平面I、II上。分別加配重(mI,rI,θI

)、(mII,rII,θII

)，產(chǎn)生的慣性力為FI

、FII

，則有不過，理論上中心主慣性軸線與回轉(zhuǎn)軸線重合的剛性轉(zhuǎn)子，由于材料密度分布不均勻以及制造和裝配誤差的影響，仍然存在著不平衡現(xiàn)象。這些不平衡現(xiàn)象是不能通過計算解決的，只能用實驗的方法來確定不平衡質(zhì)量的大小與方位。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡實驗帶有兩根平行導軌的靜平衡架。導軌的端口形狀常作成刀口狀和圓弧狀。圖14-7b為刀口式靜平衡支架，圖c為圓弧狀靜平衡支架。靜平衡實驗的原理是重心居下的道理。導軌式靜平衡架優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，平衡精度較高缺點：不適用于兩端直徑不同的轉(zhuǎn)子剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡實驗圓盤式靜平衡架優(yōu)點：使用方便，可平衡兩端直徑不同的轉(zhuǎn)子缺點：摩擦阻力較大，平衡精度較低剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的動平衡實驗動平衡機工作原理：測量轉(zhuǎn)子支承處的振動強度和相位軟支承動平衡機和硬支承動平衡機

軟支承動平衡機：兩片彈簧懸掛，擺架，剛度較小。一般情況下，轉(zhuǎn)子在ω>2ωn的情況下工作。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的動平衡實驗

硬支承動平衡機：沒有擺架結(jié)構(gòu)。一般情況下，轉(zhuǎn)子在ω<0.3ωn的情況下工作。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的動平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗平衡精度和剩余不平衡量剩余不平衡量：絕對的平衡難以作到，也沒有必要。許用不平衡量：質(zhì)徑積表示法和偏心距表示法

mr<=[me]質(zhì)徑積表示法很直觀，但不能反映轉(zhuǎn)子和平衡機的平衡精度。例如，一個質(zhì)量為10kg的轉(zhuǎn)子和一個質(zhì)量為50kg的轉(zhuǎn)子，許用不平衡量均為8kgmm，如果兩者的剩余不平衡量均為5kgmm，很明顯質(zhì)量大的轉(zhuǎn)子平衡精度高。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗平衡精度和剩余不平衡量在靜平衡實驗中，由于轉(zhuǎn)子的不平衡重與配重均在同一個平面內(nèi)，許用偏心距即為轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與回轉(zhuǎn)中心的距離。許用質(zhì)徑積是m[e]

。許用質(zhì)徑積m[e]

許用偏心距ω為轉(zhuǎn)子的工作角速度，A為平衡精度。

mr<=m[e]為了反映轉(zhuǎn)子和平衡機的平衡精度，一般采用偏心距表示法。I平面的許用質(zhì)徑積為II平面的許用質(zhì)徑積為剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗平衡精度和剩余不平衡量在動平衡實驗中，1.求出質(zhì)心平面的許用偏心距[e]后，

2.再求許用質(zhì)徑積為m[e]，

3.還要求出兩個平衡基面內(nèi)的許用質(zhì)徑積。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗平衡精度和剩余不平衡量表為國際標準化組織(ISO)制定的“剛性轉(zhuǎn)子平衡精度”標準中給出的各種典型轉(zhuǎn)子的平衡精度與對應(yīng)的許用不平衡量剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計和平衡實驗平衡精度和剩余不平衡量例圖示轉(zhuǎn)子，質(zhì)量m=100kg，工作轉(zhuǎn)速n=3000r/min

，a=200mm，b=300mm，平衡精度為A6.3。求加在兩個平衡面上的許用質(zhì)徑積。解質(zhì)心平面的許用偏心距為許用質(zhì)徑積為I平面的許用質(zhì)徑積為II平面的許用質(zhì)徑積為本章教案撓性轉(zhuǎn)子與其變形撓性轉(zhuǎn)子的平衡方法簡介撓性轉(zhuǎn)子的動平衡簡介撓性轉(zhuǎn)子的動平衡簡介撓性轉(zhuǎn)子與其變形撓性轉(zhuǎn)子與其振型函數(shù)逐階平衡！撓性轉(zhuǎn)子的動平衡簡介撓性轉(zhuǎn)子的平衡方法簡介撓性轉(zhuǎn)子與其振型函數(shù)振型平衡法影響系數(shù)法首先根據(jù)計算或?qū)崪y求得轉(zhuǎn)子的振型。然后選擇平衡面的數(shù)目和位置，對轉(zhuǎn)子進行逐階平衡。根據(jù)選擇的平衡面的數(shù)目多少，振型平衡法又分為N平面法和N+2平面法。撓性轉(zhuǎn)子的動平衡簡介N平面法N＋2平面法撓性轉(zhuǎn)子的平衡方法簡介本章教案機構(gòu)平衡的概述機構(gòu)慣性力的完全平衡機構(gòu)慣性力的部分平衡平面機構(gòu)的平衡平面機構(gòu)的平衡機構(gòu)平衡的概述機構(gòu)慣性力的平衡條件：總質(zhì)心靜止不動慣性力的完全平衡、部分平衡平面機構(gòu)的平衡機構(gòu)慣性力的完全平衡設(shè)置兩次鏡像機構(gòu)，平衡慣性力Redistributingthemass(addingcounterweights)[TepperandLowen,1972],Duplicatingthemechanism[Kochev,1990],Usingbalancingidlerloops[Bagci,1982],Addinggearedcounter-inertias[EsatandBahai,1999],Addingasupplementarylink[ArakelianandSmith,1999],etc.

平面機構(gòu)的平衡機構(gòu)慣性力的完全平衡平面機構(gòu)的平衡機構(gòu)慣性力的完全平衡加配重代換前后質(zhì)量不變代換前后的構(gòu)件質(zhì)心位置不變代換前后構(gòu)件對質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動慣量不變動代換靜代換平面機構(gòu)的平衡機構(gòu)慣性力的完全平衡加配重平面機構(gòu)的平衡機構(gòu)慣性力的部分平衡設(shè)置一次鏡像機構(gòu)或平衡機構(gòu)，平衡慣性力平面機構(gòu)的平衡機構(gòu)慣性力的部分平衡平面機構(gòu)的平衡機構(gòu)慣性力的部分平衡加配重代換前后質(zhì)量不變代換前后的構(gòu)件質(zhì)心位置不變加平衡機構(gòu)平面機構(gòu)的平衡機構(gòu)慣性力的部分平衡本章教案震動力的平衡震動力矩的平衡多缸發(fā)動機慣性力的部分平衡簡介DelticV8多缸發(fā)動機慣性力的部分平衡例題與習題14-1何謂機械不平衡?機械不平衡有哪些類型?造成機械不平衡的原因可能有哪些?機械不平衡有什么危害?14-2何謂剛性轉(zhuǎn)子與撓性轉(zhuǎn)子?剛性轉(zhuǎn)子的動平衡與撓性轉(zhuǎn)子動平衡有何區(qū)別?何謂低速平衡與高速平衡?14-3何謂靜不平衡?何謂動不平衡?哪些轉(zhuǎn)子適用靜平衡方法校正?哪樣的轉(zhuǎn)子必須進行動平衡校正?14-4剛性轉(zhuǎn)子的不平衡量如何表示?單位是什么？14-5剛性轉(zhuǎn)子平衡的條件是什么?14-6僅經(jīng)過靜平衡校正的轉(zhuǎn)子是否能滿足動平衡的要求?經(jīng)過動平衡的轉(zhuǎn)子是否能滿足靜平衡的要求?為什么?14-7為什么對剛性轉(zhuǎn)子進行動平衡時，校正平面不能少于兩個？為什么剛性轉(zhuǎn)子動平衡又叫兩平面的平衡?1