[工学]14刚性回转件的平衡课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,回转件结构不对称、,材质不均匀、制造,不准确等原因使重,心不在转动轴线上，,引起离心惯性力。,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。,b,D,m为质量；e为偏心距,为角速度,离心惯性力的大小,设：,m=10kg,e=0.001m,n=3000r/min,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.回转件（转子）的平衡,转子的平衡：,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。,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.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。,曲柄滑块机构的动平衡三维动画.avi,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。,如：砂轮、带轮、飞轮等均为静平衡。,2.静平衡条件,图14-1（a）所示：平面上有不平衡重量G,1,、G,2,、,G,3,，重心矢径为r,1,、r,2,、r,3,，当该构件以等角速,度,回转时，不平衡重量产生的惯性力为：,P,1,、P,2,、P,3,构成平面汇交力系，,合力由多边形法则求得。,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G,b,，其重心矢径,为r,b,。则：,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n个不平衡重量的场合：,（14-1）,G,i,、r,i,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G,b,r,b,使之平衡。,3.静平衡方法,（1）图解法：,作重径积的封闭矢量多边形，解出G,b,r,b,，,选定r,b,的大小，求出G,b,（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。,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）,（2）根据重力矩为零，测出校正重径积。,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。,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G,1,和G,2,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。,G,2,G,1,力偶矩M=PL,转动时，离心惯性力P,1,、P,2,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。,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,3.动平衡的计算,设：转子上有三个,不平衡重量G,1,、G,2,、,G,3,，其重心矢量分,别为r,1,、r,2,、r,3,。构,件回转时惯性力P,1,、,P,2,和P,3,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。,（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。,根据单缸曲轴平衡,原理，任何一个不,平衡重量G,1,、G,2,和,G,3,均可用分布在,T和 T面上的,G,1,G,1,G,2,G,2,G,3,G,3,来代替。,若代替时矢径不,变，各代替重量：,（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。,作重矢积矢量图，求出G,b,r,b,和G,b,r,b,，,选定r,b,和r,b,后，求出G,b,G,b,。,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。,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。,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。,（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。,（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。,静平衡试验,a,)水平支承方式,静平衡试验,b,)托辊支承方式,静平衡试验录像.avi,14.3.2动平衡试验法,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。,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。,（2）许用不平衡量的表示方法,许用不平衡重径积：,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。,例：转子,重量为5,10,6,N,转子,重量为,510,4,N,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的单位为微米（,m）。,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。,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。,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：转子静平衡、转子动平衡。,（2）机械在机座上的平衡,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=0,3.静平衡方法,（1）图解法：,作重径积的封闭矢量多边形，,解出G,b,r,b,，选定r,b,的大小，求出G,b,。,（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。,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。,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，一定满足静平衡；但满足,静平衡的转子则不一定满足动平衡。,14.3 回转件平衡试验法,14.3.1静平衡试验法,（14.3.2动平衡试验法）,（2）许用偏距：,单位重量的许用不平衡重径积。,2.平衡精度,转子平衡状态的优良程度，称为平衡精度。,A值愈大平衡精度愈低。,（,m）,重点：刚性转子的静平衡计算。,14.3.3 回转件的平衡精度,1.许用不平衡量的表示方法,（1）许用不平衡重径积：,Gr，Ncm。,