刚性回转件的平衡【高教知识】

1、第十四章 刚性回转件的平衡,提要 介绍刚性回转件不平衡原因及其危害，静 平衡和动平衡原理及应用场合，静平衡和动平衡 的计算及试验方法,14.1平衡的目的和分类,14.2刚性转子的平衡计算,14.3回转件平衡试验法,1,全面分析,p,14.1平衡的目的和分类,1. 离心惯性力,离心惯性力为转子重力G=mg=109.8=98N的10倍,2,全面分析,2.离心惯性力的不良影响,1）在两端支承中引起除重力、外载荷以外的附加动压力，增大轴承的载荷，加速轴承的磨损。 （2）惯性力的大小和方向作周期性的变 化，引起机械振动，产生噪声,3,全面分析,3. 回转件（转子）的平衡,转子的平衡：调整转子的重量分布（

2、使e0）， 完全或部分消除惯性力的不良影响,刚性转子： 转子刚度大，离心力小，转子的变形可忽略。 如：电动机转子，机床主轴等等,柔性转子： 转子刚度小，离心力大，转子的变形不可忽略。 如：航空发动机、汽轮机和发电机中的转子,4,全面分析,4.机械在机座上的平衡,如果机构中包含有作往复运动或作平面运 动的构件，则此机构的平衡问题就不能用 对各个构件的平衡方法来解决，而必须对 整个机构进行平衡设计，使作用于机架上 的总惯性力和总惯性力矩得到平衡，这类 平衡称为机械在机座上的平衡,5,全面分析,曲柄滑块机构的动平衡三维动画.avi,6,全面分析,14.2 刚性转子的平衡计算,12.2.1静平衡计算,

3、1.静平衡： 转子宽度b与直径D之比b/D0.2，可认为重量 分布在同一回转平面内， 这类回转件的平衡 称为静平衡,如：砂轮、带轮、飞轮等均为静平衡,7,全面分析,2.静平衡条件,图14-1（a）所示：平面上有不平衡重量G1、G2、 G3，重心矢径为r1、r2、r3，当该构件以等角速 度回转时， 不平衡重量产生的惯性力为,P1、P2、P3构成平面汇交力系， 合力由多边形法则求得,8,全面分析,合力R0时转子不平衡。为平衡R，沿R作用线并 与R相反的方向，加一个平衡重量Gb，其重心矢径 为rb。则,9,全面分析,即,静平衡条件： 同一回转平面内的各质量的重径积的矢 量和等于零。或P=0,推广到有

4、n个不平衡重量的场合,14-1,Gi、ri分别为不平衡重量的大小和矢径 ， 称为重径积,对不平衡重量， 可在同一回转平面内加 一重径积Gbrb使之平衡,10,全面分析,3. 静平衡方法,1）图解法： 作重径积的封闭矢量多边形，解出Gbrb， 选定rb的大小，求出Gb（需安装的平衡重量,若在同一平面内安装平衡重量不便或不可能，则 可另选两个与轴线垂直的校正 平 面 T和T， 在这两个校正平面内增加平衡重量，使转子得到 平衡,11,全面分析,根据平行力合成原理,如图14-2所示单缸柴油机曲轴，则在两曲柄所在平 面增加平衡重量。（扇形配重,14-2,12,全面分析,2）根据重力矩为零，测出校正重径积

5、,重力对回转轴的静力矩之和为零，转子可 停在任意位置时测出配重的重径积,13,全面分析,14.2.2 动平衡计算,1. 动平衡,回转件A、B两处有 不平衡重量G1和G2 且满足 故回转件重心位于 回转轴线上。按静 平衡的观点，回转 件处于平衡状态,G2,G1,14,全面分析,转动时，离心惯性力P1、P2构成一对惯性力偶， 引起机械振动。这类零件的平衡与否静态无法 判断，称为动平衡,转子宽度b 与直径 D 之比b/D0.2， 重量分布在与轴线 垂直的不同平面内， 这类回转件的平衡 为动平衡,15,全面分析,多缸内燃机曲轴，机床主轴的等零部件的平衡 均为动平衡,动不平衡的一般情况是既有不平衡的惯性

6、力， 又有不平衡的力偶矩。动平衡的条件是,转子转动时各重量产生的惯性力的合力等于零， 合力矩等于零,即：P=0 和 M=0,2.动平衡的条件,16,全面分析,3.动平衡的计算,设：转子上有三个 不平衡重量G1、G2、 G3，其重心矢量分 别为r1、r2、r3。构 件回转时惯性力P1、 P2和P3不是平面汇 交力系， 所以不可 能在单个平面上安 装平衡重量使其达 到平衡,17,全面分析,1）选定两个垂直 于回转轴线的代替 平面T及 T安 装平衡重量,18,全面分析,2） 将不平衡的重量 向两代替平面T和T 分解,3）分别在T和T 平面内进行静平衡计 算,作重矢积矢量图，求出Gbrb和Gbrb，

7、选定rb 和rb后，求出Gb Gb,19,全面分析,动平衡和静平衡比较,1）静平衡只须在一个平面内进行平衡； 动平衡必须在两个平面内进行平衡,2）满足动平衡的转子，一定满足静平衡； 但满足静平衡的转子则不一定满足动平衡,20,全面分析,14.3 回转件平衡试验法,经平衡计算安装了平衡重量的转子，理论 上已达到平衡，但由于计算、制造、安装 误差和转子的材质不均匀等原因，实际上 仍会有些不平衡。平衡试验的目的是测量 出转子不平衡重径积的大小和相位，以安 装平衡重量，使构件平衡,21,全面分析,14.3.1静平衡试验,1. 原理：转子平衡时，重力矩为零,2. 试验方法,1）将待平衡的转子放在导轨上。

8、（图14-5,若转子重心S和轴心O不重合，转子在重力矩的作 用下沿导轨滚动，直至重心S在轴心O的铅垂线下 方停止,2）配重：用橡皮泥（或磁铁）在轴心沿铅垂线 上方加一重量， 重复上述试验步骤， 直至转子在 任意位置都能保持静止不转为止,22,全面分析,3）平衡 根据所加橡皮泥重量和位置便可确定重径积的大 小和相位。在该位置用螺钉、 铆接、喷镀金属等 方法加上校正重量，或在相反的相位用钻孔、 磨 削等方法减去校正量，使转子达到平衡,23,全面分析,静平衡试验,a)水平支承方式,24,全面分析,静平衡试验,b)托辊支承方式,25,全面分析,静平衡试验录像.avi,26,全面分析,14.3.2动平衡

9、试验法,动平衡试验在动平衡试验机上进行,目的： 测定回转件不平衡重径积的大小和方位。 测量原理和方法各有不同,机械式动平衡机目前在生产中已很少采用， 电子式动平衡机随着电子技术的发展而出 现，现代动平衡技术还发展了激光去重的 动平衡机,27,全面分析,14.3.3 回转件的平衡精度,1.许用不平衡量及其表示方法,由于误差存在（试验设备和人为因素），回转件经 平衡后总会残存不平衡量,生产中根据工作要求对不同的回转构件规定出最大 的残余不平衡量，称为许用不平衡量,1）许用不平衡量,平衡时，只要使回转件残余不平衡量不超过相应的 许用不平衡量即为合格,28,全面分析,2）许用不平衡量的表示方法,许用不

10、平衡重径积：规定许用的残余不平衡重径 积Gr的最大值,单位为Ncm,EQ6100汽车发动机曲轴允许不平衡量1Ncm。 北京213吉普车发动机飞轮允许不平衡量0.18Ncm,使用Gr表示对平衡程度的要求比较直观，便于进 行平衡试验操作,对于重量不同的回转件，仅仅通过其许用不平衡重 径积还不能比较出其不平衡程度的差别,29,全面分析,例：转子重量为5106N, 转子重量为5104N, 若许用不平衡重径积均为Gr=1Ncm, 转子的不 平衡程度要比转子差得多,许用偏距：单位重量的许用不平衡重径积,因单位重量的许用不平衡重径积，可理解为整个转 子重心偏离轴心的距离，故称为许用偏距,许用偏距e的单位为微

11、米（m,30,全面分析,2.平衡精度,转子平衡状态的优良程度，称为平衡精度,实践表明，惯性力的不良影响与偏心距e和回转角 速度的乘积有关。规定,平衡精度,为回转角速度（rad/s,A值愈大平衡精度愈低,31,全面分析,小结,14.1平衡的目的和分类,2.离心惯性力的不良影响,1）产生附加动压力，增大轴承的载荷加速轴承损,1.回转件不平衡的原因：结构不对称、制造不准确 或材质不均匀、使用中的变形,2）引起机械振动，产生噪声,32,全面分析,3. 转子的平衡的目的： 调整转子的重量分布（使e0），完全或部分消 除惯性力的不良影响,4.平衡的分类,1）转子的平衡：刚性转子、柔性转子,刚性转子的平衡：

12、转子静平衡、转子动平衡,2）机械在机座上的平衡,33,全面分析,14.2 刚性转子的平衡计算,12.2.1静平衡计算,1.静平衡 转子宽度b与直径D之比b/D0.2，可认为重量分布 在同一回转平面内， 这类回转件的平衡称为静平衡,2.静平衡条件,同一回转平面内的各质量的重径积的矢量和等于零。 或P=0,34,全面分析,3. 静平衡方法,1）图解法：作重径积的封闭矢量多边形， 解出Gbrb，选定rb的大小，求出Gb,2）试验法：根据重力矩为零，测出校正重径积,14.2.2 动平衡计算,1.动平衡：转子宽度b 与直径D 之比b/D0.2，重 量分布在与轴线垂直的不同平面内，这类回转件 的平衡为动平衡,35,全面分析,2.动平衡的条件,转子转动时各重量产生的惯性力的合力等于零， 合力矩等于零。P=0 和 M=0,3.动平衡的计算,1）选定两个垂直于回转轴线的代替 平面T及T 安装平衡重量,2）将不平衡的重量向两代替平面T和T分解,3）分别在T和T平面内进行静平衡计算,36,全面分析,4. 动平衡和静平衡比较,1）静平衡只须在一个平面内进行平衡；动平衡必 须在两个平面内进行平衡。动平衡也称为双面平衡,2）满足动平衡的转子，一定满足静平