回转件的平衡1

1、5 5 回转件的平衡回转件的平衡 内容内容 5-1 回转件平衡的目的回转件平衡的目的 5-2 回转件的静平衡回转件的静平衡 5-3 回转件的动回转件的动平衡平衡 5-4 回转件的回转件的平衡试验平衡试验5-1 5-1 回转件平衡的目的回转件平衡的目的n基本概念基本概念n回转件回转件( (转子转子) )：机械中绕固定轴线作回转运动的构件。机械中绕固定轴线作回转运动的构件。n回转件的离心力（惯性力）：回转件的离心力（惯性力）：从理论力学可知，一偏离从理论力学可知，一偏离回转中心距离为回转中心距离为r r的质量的质量m m，当以角速度，当以角速度转动时，产生转动时，产生的离心力的离心力为：为：=mr

2、=mr2 2 n不平衡离心力的产生：不平衡离心力的产生：若回转件结构不对称、制造不准若回转件结构不对称、制造不准确、材质不均匀，便会使整个回转件在转动时产生不平确、材质不均匀，便会使整个回转件在转动时产生不平衡的离心力系，衡的离心力系，使离心力系的合力和合力偶矩不等于零。使离心力系的合力和合力偶矩不等于零。4. 4. 不平衡离心力对机械的影响：不平衡离心力对机械的影响：不平衡离心力对机械正常运不平衡离心力对机械正常运转产生不利的影响，尤其对高速机械的影响更为重要：转产生不利的影响，尤其对高速机械的影响更为重要： u 使各运动副中产生附加的动反力，从而加大了运动副使各运动副中产生附加的动反力，从

3、而加大了运动副中摩擦力，使中摩擦力，使，导致，导致。u 使各构件的材料内部引起附加内应力，使各构件的材料内部引起附加内应力，机械及各机械及各构件的构件的。 离心力的大小和方向一般离心力的大小和方向一般呈周期性变化呈周期性变化，从而会导致，从而会导致机械及其基础（机架）产生强迫振动，从而机械及其基础（机架）产生强迫振动，从而，由此会带来，由此会带来更严重的后果。更严重的后果。5-1 5-1 回转件平衡的目的回转件平衡的目的5-1 5-1 回转件平衡的目的回转件平衡的目的n不平衡的利用：不平衡的利用：必须指出，生活中有的机械则是必须指出，生活中有的机械则是利用不平衡原理而工作的，如蛙式打夯机、振动

4、利用不平衡原理而工作的，如蛙式打夯机、振动打桩机、振动台等。打桩机、振动台等。三三. .平衡的目的：平衡的目的：对于高速回转件来说，必须使对于高速回转件来说，必须使其其离心力合力离心力合力及及合力偶为零合力偶为零，从而消除其带，从而消除其带来的不良影响。来的不良影响。四四. . 平衡的类型：平衡的类型：n静平衡：静平衡：只要求只要求平衡的平衡成为静平平衡的平衡成为静平衡。衡。1.1.动平衡：动平衡：同时要求同时要求和和平衡的平衡的平衡成为动平衡。平衡成为动平衡。5-1 5-1 回转件的平衡回转件的平衡5-2 5-2 回转件的静平衡回转件的静平衡一、适用对象：一、适用对象： 对于轴向宽度对于轴向

5、宽度B和直径和直径D之比之比1/51/5的回转件的回转件，由于轴向尺，由于轴向尺寸相对较小，可近似的认为其质量都集中在垂直于回转轴寸相对较小，可近似的认为其质量都集中在垂直于回转轴线的同一个平面上。线的同一个平面上。BD5-2 5-2 回转件的静平衡回转件的静平衡二、静平衡：二、静平衡： 当回转件做匀角速度转动时，其偏心质量产生的离当回转件做匀角速度转动时，其偏心质量产生的离心力构成同一平面内汇交于回转中心的心力构成同一平面内汇交于回转中心的平面汇交力系平面汇交力系。 如果该力系不平衡，则它们的合力如果该力系不平衡，则它们的合力F F 不等于不等于0 0u静平衡的条件：静平衡的条件：使离心力（

6、惯性力）矢量和为零，使离心力（惯性力）矢量和为零， 即即 F F=F Fb+F Fi=0。 F-F-回转件总离心力；回转件总离心力； F Fb b -所加的平衡质量的离心力；所加的平衡质量的离心力； F Fi i -回转件原有各偏心质量离心力的合力。回转件原有各偏心质量离心力的合力。怎么办？2. 平衡计算：平衡计算：离心力是惯性力，所以上式可写成离心力是惯性力，所以上式可写成 me e2=mbr rb2+mir ri2=0在同一个转子上，转速在同一个转子上，转速相同，相同，消去公因子消去公因子2 ，可得，可得 me e=mbr rb+mir ri=0 （8-2）式中式中m、e e 为回转件的为

7、回转件的总质量总质量和和总质心的向径总质心的向径，mb、r rb为为平衡质量平衡质量及其及其质心的向径质心的向径，mi、r ri为为原有各偏心质量原有各偏心质量及及其其质心的向径质心的向径。上式中上式中质量与向径的乘积质量与向径的乘积mr称为称为质径积质径积，它是，它是矢量，表示各相应质量所产生的离心力的大小和方向矢量，表示各相应质量所产生的离心力的大小和方向。 5-2 5-2 回转件的静平衡回转件的静平衡由公式：由公式：me e=mbr rb+mir ri=0知，回转件平衡后知，回转件平衡后 e=0。即增加（或减去）一平衡质量后，即增加（或减去）一平衡质量后，。此时，回转件的总质量对回转中此

8、时，回转件的总质量对回转中心的静力矩等于心的静力矩等于0。该回转件在任意位置保持该回转件在任意位置保持静止，不会自动转动。静止，不会自动转动。-静平衡静平衡静平衡的条件是：分布在该回转件上各质量的静平衡的条件是：分布在该回转件上各质量的离心力（或质径积）的向量和为零。即离心力（或质径积）的向量和为零。即 质心与质心与回转中心重合。回转中心重合。5-2 5-2 回转件的静平衡回转件的静平衡3. 静平衡的方法静平衡的方法工程中可以借助：配重法或去重法来实现工程中可以借助：配重法或去重法来实现静平衡。静平衡。5-2 5-2 回转件的静平衡回转件的静平衡一、适用情况：一、适用情况： 对于对于B/D1/

9、5B/D1/5的回转件，因的回转件，因轴向尺寸较大，其质量的分布不轴向尺寸较大，其质量的分布不能近似地认为是位于同一回转面内，而应看作分布于垂直于轴能近似地认为是位于同一回转面内，而应看作分布于垂直于轴线的线的许多互相平行的回转面内许多互相平行的回转面内。二、动平衡二、动平衡 当回转件做匀角速度转动时，回转件转动时各不平衡质量当回转件做匀角速度转动时，回转件转动时各不平衡质量产生的离心力不在是平面汇交力系，而产生的离心力不在是平面汇交力系，而是一个空间的平行力系是一个空间的平行力系。要使这个力系平衡，必须满足离心力的合力和合力矩均为零。要使这个力系平衡，必须满足离心力的合力和合力矩均为零。1

10、1、动平衡的条件：、动平衡的条件： 离心力合力为零，同时合力矩也为零，即：离心力合力为零，同时合力矩也为零，即：F F= =F Fb b+F Fi i=0=0M M= =M Mb b+M Mi i=0=05-3 5-3 回转件的动平衡回转件的动平衡2、动平衡计算：、动平衡计算： 由于各偏心质量不在同一平面内，回转件转动时，离由于各偏心质量不在同一平面内，回转件转动时，离心力所形成的心力所形成的力偶力偶不为零。在离心力偶矩的作用下，回转不为零。在离心力偶矩的作用下，回转件产生周期性的扭振，即存在动不平衡。件产生周期性的扭振，即存在动不平衡。5-3 5-3 回转件的动平衡回转件的动平衡因为动平衡计

11、算所得平衡质量块满足静平衡条件，故因为动平衡计算所得平衡质量块满足静平衡条件，故也是静平衡的。也是静平衡的。 注意：注意：动平衡的不平衡动平衡的不平衡质量质量与所选两个校正平面的与所选两个校正平面的相对位置相对位置有关；有关；动平衡包含了静平衡的条件，故经动平衡的回转件一动平衡包含了静平衡的条件，故经动平衡的回转件一定也是静平衡的。但是，静平衡的回转件却不一定是定也是静平衡的。但是，静平衡的回转件却不一定是动平衡的。动平衡的。5-3 5-3 回转件的动平衡回转件的动平衡5-4 5-4 回转件的平衡试验回转件的平衡试验 结构上不对称不对称于回转轴线的回转件，可以根据质量分布情况计算出所需的平衡质

12、量，使它满足平衡条件。这样，它就和对称于回转轴线的回转件一样在理论上达到完全平衡。 对于结构对称结构对称的回转件，由于制造和装配误差以及材质不均匀等原因，也会引起不平衡，而这种不平衡是无法计算出来的，只能在平衡机上通过实验的方法加以平衡。很据质量分布的特点，平衡试验法也分为两种。一、静平衡试验法一、静平衡试验法静平衡试验的基本原理是基于这样一个普静平衡试验的基本原理是基于这样一个普遍现象：任何物体在遍现象：任何物体在地球引力地球引力的作用下，的作用下，其重心（也即质心）总是处于最低位置。其重心（也即质心）总是处于最低位置。 如图所示的盘型凸轮，其质心如图所示的盘型凸轮，其质心s若在转轴若在转轴

13、O的上方，它是的上方，它是无法静止的，必然会产生往复摆动，直至晃动到质心无法静止的，必然会产生往复摆动，直至晃动到质心s位位于最低位置时才静止不动。于最低位置时才静止不动。 由于回转构件质心偏离转轴，不能使构件在任意位置保由于回转构件质心偏离转轴，不能使构件在任意位置保持静止不动（即静平衡），这种现象称为持静止不动（即静平衡），这种现象称为静不平衡静不平衡。加。加平衡质量实质上就是平衡质量实质上就是调整回转构件的质心位置，使其位调整回转构件的质心位置，使其位于转轴上。于转轴上。5-4 5-4 回转件的平衡试验回转件的平衡试验 静不平衡的回转件，其质心偏离回转轴，产生静力矩。静不平衡的回转件，其

14、质心偏离回转轴，产生静力矩。利用静平衡架，找出不平衡质径积的大小和方向，并由利用静平衡架，找出不平衡质径积的大小和方向，并由此确定平衡质量的大小和位置，使质心移到回转轴线上此确定平衡质量的大小和位置，使质心移到回转轴线上以达到静平衡。这种方法称为以达到静平衡。这种方法称为静平衡试验法静平衡试验法。u右图所示为右图所示为导轨式静平衡架导轨式静平衡架。其其主要部分是安装在同一水平面内主要部分是安装在同一水平面内的两个互相平行的刀口形导轨的两个互相平行的刀口形导轨（也有棱柱形或圆柱形的）。（也有棱柱形或圆柱形的）。 u试验时将回转构件的轴颈支承在两导轨上。若构件是静不试验时将回转构件的轴颈支承在两导

15、轨上。若构件是静不平衡的，则在偏心重力的作用下，将在刀口上滚动。当滚平衡的，则在偏心重力的作用下，将在刀口上滚动。当滚动停止后，构件的质心动停止后，构件的质心s在理论上应位于转轴的铅垂下方，在理论上应位于转轴的铅垂下方，如下图所示。如下图所示。5-4 5-4 回转件的平衡试验回转件的平衡试验在判定了回转构件质心相对转轴的偏离方向后，在相反方向在判定了回转构件质心相对转轴的偏离方向后，在相反方向( (即正上方即正上方) )的的某个适当位置，取适量的胶泥暂时代替平衡质量某个适当位置，取适量的胶泥暂时代替平衡质量粘贴粘贴在构件上，重复上在构件上，重复上述过程。述过程。并逐步调整其大小或径向位置，直到

16、该回转件在任意位置都能并逐步调整其大小或径向位置，直到该回转件在任意位置都能保持静止。这时所加的平衡质量与其向径的乘积即为该回转件达到静平保持静止。这时所加的平衡质量与其向径的乘积即为该回转件达到静平衡需加的质径积。衡需加的质径积。最后根据回转构件的具体结构，按最后根据回转构件的具体结构，按质径积质径积的大小确定的平衡质量固定到的大小确定的平衡质量固定到构件的相应位置（或在相反方向上构件的相应位置（或在相反方向上去除去除构件上相应的质量），就能使回构件上相应的质量），就能使回转构件达到静平衡。转构件达到静平衡。u导轨式静平衡架简单导轨式静平衡架简单可靠，其精度也能满可靠，其精度也能满足一般主产

17、需要。其足一般主产需要。其缺点是它不能用于平缺点是它不能用于平衡两端轴径不等的回衡两端轴径不等的回转件。转件。5-4 5-4 回转件的平衡试验回转件的平衡试验 右图所示为右图所示为圆盘式静平衡架圆盘式静平衡架。平。平衡时将回转构件的轴颈支承在两衡时将回转构件的轴颈支承在两对圆盘上，每个圆盘均可绕自身对圆盘上，每个圆盘均可绕自身轴线转动，而且一端的支承高度轴线转动，而且一端的支承高度可以调整，以适应两端轴颈的直可以调整，以适应两端轴颈的直径不相等的回转构件。径不相等的回转构件。 它的试验程序与上述相同。此种它的试验程序与上述相同。此种平衡架的安装和调整都很简便，平衡架的安装和调整都很简便，但圆盘

18、中心的滚动轴承易于弄脏，但圆盘中心的滚动轴承易于弄脏，致使摩擦阻力矩增大，故精度略致使摩擦阻力矩增大，故精度略低于导轨式静平衡架。低于导轨式静平衡架。8-3 8-3 回转件的平衡试验回转件的平衡试验二、动平衡试验法二、动平衡试验法 由动平衡原理可知，轴向尺寸较大的回转件，必须由动平衡原理可知，轴向尺寸较大的回转件，必须分别在任意两个校正平面内各加一个适当的质量，分别在任意两个校正平面内各加一个适当的质量，才能使回转件达到平衡。令回转件在才能使回转件达到平衡。令回转件在动平衡试验机动平衡试验机上运转，然后在两个选定的平面内分别找出所需平上运转，然后在两个选定的平面内分别找出所需平衡衡质径积的大小

19、和方位质径积的大小和方位，从而使回转件达到动平衡，从而使回转件达到动平衡的方法称为动平衡试验法。的方法称为动平衡试验法。5-4 5-4 回转件的平衡试验回转件的平衡试验下图所示为一种机械式动平衡机的工作原理图。待平衡的回转下图所示为一种机械式动平衡机的工作原理图。待平衡的回转件件1 1安装在摆架安装在摆架2 2的两个轴承的两个轴承B B上。摆架的一端用水平轴线的上。摆架的一端用水平轴线的转动副转动副O O与机架与机架3 3相联接；另一端用弹簧相联接；另一端用弹簧4 4与机架与机架3 3相联。调整相联。调整弹簧使回转件的轴线处于水平位置。当摆架绕弹簧使回转件的轴线处于水平位置。当摆架绕O O轴摆

20、动时，轴摆动时，其振幅大小可由指针其振幅大小可由指针5 5读出。由此可测出校正平面读出。由此可测出校正平面TT和和T T内的不平衡质径积内的不平衡质径积m mb brrb b 和和 m mb br rb b 。 5-4 5-4 回转件的平衡试验回转件的平衡试验2345BOBTOZ 在进行动平衡时，调整回转件在进行动平衡时，调整回转件的轴向位置，使校正面的轴向位置，使校正面T通过通过摆动轴线摆动轴线O-O。这样，当待平。这样，当待平衡回转件转动时，衡回转件转动时，T面内面内mr 所产生的离心力将不会影响所产生的离心力将不会影响摆架的摆动。也就是说，摆架摆架的摆动。也就是说，摆架的振动完全是由的振动完全是由T