《回转件的平衡 》PPT课件

第8章 回转件的平衡81 回转件平衡的目的82 回转件的平衡计算83 回转件的平衡试验 回 转 件 （ 或 转 子 ） - 绕 定 轴 作 回 转 运 动 的 构 件 。F=mr2当 质 心 离 回 转 轴 的 距 离 为 r 时 ， 离 心 力 为 ： 8 1 回 转 件 平 衡 的 目 的F=ma=Ge2/g举 例 ： 已 知 图 示 转 子 的 重 量 为 G=10 N，重 心 与 回 转 轴 线 的 距 离 为 1 mm， 转 速为 n=3000 rpm, 求 离 心 力 F的 大 小 。=10 10-32 3000/602/9.8=100 N如 果 转 速 增 加 一 倍 : n=6000 rpm F=400 N由 此 可 知 ： 不 平 衡 所 产 生 的 惯 性 力 对机 械 运 转 有 很 大 的 影 响 。 大 小 方 向 变 化 N21 N21N21GG F F e 增 加 运 动 副 的 摩 擦 ， 降 低 机 械 的 使 用 寿 命 。 产 生 有 害 的 振 动 ， 使 机 械 的 工 作 性 能 恶 化 。 降 低 机 械 效 率 。平 衡 的 目 的 ： 研 究 惯 性 力 分 布 及 其 变 化 规 律 ， 并 采取 相 应 的 措 施 对 惯 性 力 进 行 平 衡 ， 从 而 减 小 或 消 除所 产 生 的 附 加 动 压 力 、 减 轻 振 动 、 改 善 机 械 的 工 作性 能 和 提 高 使 用 寿 命 。本 章 重 点 介 绍 刚 性 转 子 的 平 衡 问 题 。附 加 动 压 力 会 产 生 一 系 列 不 良 后 果 ：离 心 力 P力 的 大 小 方 向 始 终 都 在 变 化 ， 将 对 运 动 副 产生 动 压 力 。 所 谓 刚 性 转 子 的 不 平 衡 ， 是 指 由 于 结 构 不 对 称 、 材 料 缺 陷 以 及 制 造 误 差 等 原 因 而 使 质 量 分 布 不 均 匀 ， 致 使 中 心 惯 性 主 轴 与 回转 轴 线 不 重 合 ， 而 产 生 离 心 惯 性 力 系 的 不 平 衡 。 根 据 平 衡 条 件 的 不 同 ， 又 可 分 为 静 平 衡 和 动 平 衡 两 种 情 况 。 特 点 ： 若 重 心 不 在 回 转 轴 线上 ， 则 在 静 止 状 态 下 ， 无 论其 重 心 初 始 在 何 位 置 ， 最 终都 会 落 在 轴 线 的 铅 垂 线 的 下方 这 种 不 平 衡 现 象 在 静 止 状态 下 就 能 表 现 出 来 ， 故 称 为静 平 衡 。 如 自 行 车 轮一 、 质 量 分 布 在 同 一 回 转 面 内平 衡 原 理 ： 在 重 心 的 另 一 侧 加 上 一 定 的 质 量 ， 或 在 重心 同 侧 去 掉 一 些 质 量 ， 使 质 心 位 置 落 在 回 转 轴 线 上 ，而 使 离 心 惯 性 力 达 到 平 衡 。适 用 范 围 ： 轴 向 尺 寸 较 小 的 盘 形 转 子（ B/D Fi= mi 2ri Fi m1m2 m3r2r1 r3 P3P1P2 称 miri为 质 径 积平 衡 配 重 所 产 生 的 离 心 惯 性 力 为 ： 总 离 心 惯 性 力 的 合 力 为 ： Fb=mb2rb ？ ？ 可 用 图 解 法 求 解 此 矢 量 方 程(选 定 比 例 w)。 约 掉 公 因 式 m3r3 mbrbm 2r2 m1r1 F = Fb + Fi = 0m2e = mb2rb + m12r1 + m22r2+ m32r3 =0 me = mbrb + m1r1 + m2r2+ m3r3 = 0 Fb me = mbrb + m1r1 + m2r2+ m3r3 = 0 很 显 然 ， 回 转 件 平 衡 后 ：e=0回 转 件 质 量 对 轴 线 产 生 的 静 力 矩 ：mge = 0静 平 衡 或 单 面 平 衡该 回 转 件 在 任 意 位 置 将 保 持 静 止 ： 从 理 论 上 讲 ， 对 于 偏 心 质 量 分 布 在 多 个 运动 平 面 内 的 转 子 ， 对 每 一 个 运 动 按 静 平 衡的 方 法 来 处 理 （ 加 减 质 量 ） ， 也 是 可 以 达到 平 衡 的 。 问 题 是 由 于 实 际 结 构 不 允 许 在偏 心 质 量 所 在 平 面 内 安 装 平 衡 配 重 ， 也 不允 许 去 掉 不 平 衡 重 量 (如 凸 轮 轴 、 曲 轴 、 电机 转 子 等 )。 解 决 问 题 的 唯 一 办 法 就 是 将 平衡 配 重 分 配 到 另 外 两 个 平 面 I、 II内 。 T T”m1 m2m平 衡 面 内 不 允 许 安 装 平 衡 配 重时 ， 可 分 解 到 任 意 两 个 平 衡 面内 进 行 平 衡 。 ll l”FbFb F”bm1 m2m由 理 论 力 学 可 知 ： 一 个 力 可 以 分解 成 两 个 与 其 平 行 的 两 个 分 力 。两 者 等 效 的 条 件 是 ： bb FllF bb FllF bbb FFF lFlF bb T T”mb lll 将 代 入 求 解 ， 得 ：若 取 ： r b=r” b=rb ， 则 有 ： bbbb rmllrm bbbb rmllrm 消 去 公 因 子2， 得 ： bb mllm bb mllm rbrb r” b 重 要 结 论 ：某 一 回 转 平 面 内 的 不 平 衡 质 量 m，可 以 在 两 个 任 选 的 回 转 平 面 内 进行 平 衡 。 m1 m2m二 、 质 量 分 布 不 在 同 一 回 转 面 内 mb T T” LF 1 F2图 示 凸 轮 轴 的 偏 心 质 量 不 在 同 一回 转 平 面 内 ， 但 质 心 在 回 转 轴 上 ，在 任 意 静 止 位 置 ， 都 处 于 平 衡 状态 。惯 性 力 偶 矩 ： 运 动 时 有 ： F1+F2 = 0 M=F1L=F1L 0这 种 在 静 止 状 态 下 处 于 平 衡 ， 而 运 动 状 态 下 呈 现 不 平衡 ， 称 为 动 不 平 衡 。 对 此 类 转 子 的 平 衡 ， 称 为 动 平 衡 。 适 用 对 象 ： 轴 向 尺 寸 较 大 (B/D 0.2)的 转 子 ， 如 内 燃机 中 的 曲 轴 和 凸 轮 轴 、 电 机 转 子 、 机 床 主 轴 等 都 必 须按 动 平 衡 来 处 理 。理 由 ： 此 类 转 子 由 于 质 量 分 布 不 在 同 一 个 平 面 内 ， 离心 惯 性 力 将 形 成 一 个 不 汇 交 空 间 力 系 ， 故 不 能 按 静 平衡 处 理 。任 意 空 间 力 系 的 平 衡 条 件 为 ： Fi = 0, Mi=0 T T”F2 F1F3 F”2F”3 F”1m2 m3m1 lr1 F2 r2 F3 r3F1首 先 在 转 子 上 选 定 两 个 回 转 平 面 和 作 为 平衡 基 面 ， 该 平 面 用 来 加 装 或 去 掉 平 衡 质 量 。将 三 个 不 同 回 转面 内 的 离 心 惯 性力 往 平 面 和 上 分 解 。 l”1l1 l”2l2 l”3l3 111 FllF 111 FllF 222 FllF 222 FllF 333 FllF 333 FllF 动 平 衡 计 算 方 法 ： T T”m2 m3m1 lr1 F2 r2 F3 r3F1 l”1l1 l”2l2 l”3l3 111 mllm 111 mllm 222 mllm 222 mllm 333 mllm 333 mllm F1 m1F3m3F2m2 F”1m”1F”3m”3F”2m”2 T T”m2 m3m1 lr1 F2 r2 F3 r3F1 l”1l1 l”2l2 l”3l3F1m1F2F3m3 F”1m1F”2F”3m3m3r3 m 1r1m2r2mbrb m”3r3 m”1r1m”2r2m”br”b mbrb + m1r1 + m2r2+ m3r3 = 0 m”br”b + m”1r1 + m”2r2+ m”3r3 = 0 Fbmbrb F”bm”br”b作 图 法 求 解空 间 力 系 的 平 衡 两 个 平 面 汇 交 力 系 的 平 衡 问 题 。 结 论 ：对 于 动 不 平 衡 的 转 子 ， 无 论 其 具 有 多 少 个 偏 心 质 量 以及 分 布 在 多 少 个 回 转 平 面 内 ， 都 只 要 在 选 定 的 平 衡 基面 内 加 上 或 去 掉 平 衡 质 量 ， 即 可 获 得 完 全 平 衡 。 故 动平 衡 又 称 为 双 面 平 衡 。 经 过 计 算 ， 在 理 论 上 是 平 衡 的 转 子 ， 由 于 制 造 误 差 、 材 质 不 均 匀 、 安 装 误 差 等 因 素 ， 使 实 际 转 子 存 在 不 平 衡 量 。 要 彻 底 消 除不 平 衡 ， 只 有 通 过 实 验 方 法 测 出 其 不 平 衡 质 量 的 大 小 和 方 向 。 然 后 通 过 增 加 或 除 去 平 衡 质 量 的 方 法 予 以 平 衡 。 12 3 刚 性 转 子 的 平 衡 实 验一 、 静 平 衡 实 验导 轨 式 平 衡 架特 点 ： 结 构 简 单 、 精 度 高 ， 但 两 刀 口 平 行 、 调 整 困 难 ， 且 要求 两 轴 端 直 径 相 同 。 一 般 要 经 过 多 次 实 验 才 能 找 准 ， 工 作 效率 低 ， 不 适 合 批 量 生 产 。 导 轨 式 静 平 衡 架O O QSQS 导 轨 式 静 平 衡 架 QSO OQS 导 轨 式 静 平 衡 架 QSO OQS 导 轨 式 静 平 衡 架 QSO OQS 导 轨 式 静 平 衡 架 QSO O 滚 子 式 平 衡 架 ：单 摆 式 平 衡 架 ：特 点 ：使 用 方 便 ， 但 精度 较 低 。特 点 ： 工 作 效 率 高 。 QQ QQ 二 、 动 平 衡 实 验 mrTT” 12 3 4 5根 据 强 迫 振 动 理 论 有 ： Z = m r 成 正 比 用 标 准 转 子 测 得 ： Z 0= m0 r 0 = Z 0/m0 r 0 不 平 衡 质 径 积 ： m r = Z /m” r” TT”m” mr12 5r” TT”m” mr1 5r” ” ” Z TT”m” mr12 3 4 5r”确 定 相 位 差 TO 1O 2T 1O 1T 1O 2 m 摆 架 位 于 最 高 点 时 ， 不 平 衡 质 量 不 在 正 上 方 ，而 是 处 在 沿 回 转 方 向 超 前 角 的 位 置 。 称 为 强 迫 振 动 相 位 差 。 2 (b)(a) 1 1 2H1 H2将 图 （ b） 转 动 2 -2 后 与 图 （ a） 叠 加 ， 1 (c)H1 H2 2 1 2不 平 衡 质 量 位 于 H1与 H2连 线 的 中 垂 线 上 。笔 尖 会 划 出 一 小 段 圆弧 ,中 点 取 为 最 高 点 。 本 章 重 点 掌 握 静 平 衡 和 动 平 衡 的 计 算 方 法 。 熟 悉 静 平 衡 和 动 平 衡 的 实 验 方 法 。