專題十機械的平衡13

24平衡概述剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗轉(zhuǎn)子的平衡精度和許用不平衡量

平衡概述1一、機械平衡的目的二、機械平衡的分類三、轉(zhuǎn)子平衡的方法一、機械平衡的目的例：磨削工件的砂輪離心慣性力FⅠ=meω2=5000N，其方向作周期性變化ABSSm=12.5kge=1mmFⅠn=6000r/min1）不平衡慣性力將在運動副中引起附加的動壓力，增大了運動副中的摩擦；不平衡的危害：FAFB2）降低機械效率和使用壽命，影響機械本身的正常工作；3）使機械及其基礎(chǔ)產(chǎn)生強迫振動，甚至產(chǎn)生共振，可能導(dǎo)致機器破壞，甚至更嚴重的后果。

設(shè)法將構(gòu)件的不平衡慣性力加以平衡，以消除或減少慣性力的不良影響。機械的平衡是現(xiàn)代機械設(shè)計的一個重要問題。對于高速高精密機械尤為重要；但某些機械卻是利用構(gòu)件產(chǎn)生的不平衡慣性力所引起的振動來工作的。對于此類機械則是如何合理利用不平衡慣性力的問題。蛙式夯土機一、機械平衡的目的構(gòu)件運動形式二、機械平衡的分類繞定軸轉(zhuǎn)動往復(fù)移動平面復(fù)合運動機械平衡機構(gòu)的平衡轉(zhuǎn)子的平衡剛性轉(zhuǎn)子的平衡n<(0.6~0.75)nc1撓性轉(zhuǎn)子的平衡n

(0.6~0.75)nc1速度的高低靜平衡b/D<0.2動平衡b/D≥0.2寬徑比的大小理論力學(xué)的力系平衡理論彈性梁的橫向振動理論平面匯交力系空間力系三、轉(zhuǎn)子平衡的方法計算法實驗法圖解法解析法

剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算2二、動平衡計算一、靜平衡計算一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡計算靜平衡的概念靜平衡的條件及方法靜平衡計算1231.靜平衡的概念

對于軸向尺寸較小的轉(zhuǎn)子（b/D<0.2），只需要平衡離心慣性力，這種平衡稱為靜平衡。

bABmDG此凸輪的b/D<0.2屬于靜不平衡的剛性轉(zhuǎn)子葉輪皮帶輪凸輪齒輪b/D的含義2.靜平衡的條件及方法靜平衡條件：各偏心質(zhì)量（包括平衡質(zhì)量）的離心慣性力的矢量和為零在平面上適當(dāng)部位增加或去除一定質(zhì)量（平衡質(zhì)量mb），使離心慣性力得以平衡靜平衡方法：ΣFi＝0或質(zhì)徑積的矢量和為零Σmiri＝0平面匯交力系建立力學(xué)模型F1F2S1S2質(zhì)徑積的方向就是離心慣性力的方向圖解法求解：mbrbm1r1+m2r2+mbrb＝0m1r1m2r2求得mbrb取定rb，求得添加的平衡質(zhì)量mb3.靜平衡計算取比例尺

=？kg.mm/mm，作矢量多邊形mbrbm'br'b

b或反方向去除m′b,保證m′br′b=mbrb大小方向

？？適當(dāng)部位增加或去除質(zhì)量，如何確定大小與方位？解析法求解：m1r1+m2r2+mbrb＝0取定rb，求得添加的平衡質(zhì)量mbmbrbm'br'b

b或反方向去除m′b,保證m′br′b=mbrb方位角3.靜平衡計算

剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算2二、動平衡計算一、靜平衡計算二、剛性轉(zhuǎn)子的動平衡計算動平衡的概念動平衡的方法及條件動平衡計算動平衡與靜平衡的關(guān)系12341.動平衡的概念動平衡：b/D≥0.2的轉(zhuǎn)子，其質(zhì)量分布在若干個不同的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。這種轉(zhuǎn)子既需要平衡慣性力，又需要平衡慣性力矩，這種平衡稱為動平衡b/D≥0.2的轉(zhuǎn)子m2F2F1m1ⅠⅡm2'm2''空間力系慣性力慣性力矩單一質(zhì)量無法平衡慣性力矩用不同平面的兩個質(zhì)量來平衡慣性力矩mbrbm′br′b2.動平衡的方法和條件動平衡條件：平衡條件？ΣFi=0,ΣMi＝0動平衡的方法：選兩個平衡基面，將各偏心質(zhì)量分解到這兩個面上，再分別在這兩個面上增加或除去適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量。動平衡也稱為雙面平衡。平衡基面F1力的等效原則Fl1SrmF2l2Srml2l1？質(zhì)徑積的分解2.動平衡的方法和條件某印刷機凸輪軸的平衡計算3.動平衡計算實例IIm2m3LF2r2F3r3F1l1l2l3m1將不平衡質(zhì)量分解選擇平衡基面兩個平衡面分別平衡IF3IF2IIF3IIF1IIr1F1IF2I動平衡與靜平衡關(guān)系動平衡的轉(zhuǎn)子一定是靜平衡的；靜平衡的轉(zhuǎn)子不一定是動平衡的4.動平衡與靜平衡的關(guān)系對于靜不平衡的轉(zhuǎn)子，無論有多少偏心質(zhì)量，都只需在轉(zhuǎn)子上適當(dāng)部位增加（或去除）一個平衡質(zhì)量，即可使其獲得平衡。對于動不平衡的轉(zhuǎn)子，無論存在多少個分布在多少個平面內(nèi)的偏心質(zhì)量，都只需在任選的兩個平衡基面內(nèi)適當(dāng)部位增加（或去除）一個平衡質(zhì)量，即可使其獲得平衡。靜平衡與動平衡比較動平衡ΣFi=0,ΣMi＝0靜平衡ΣFi=0？下圖的兩根曲軸各處于什么平衡狀態(tài)？注：圖中的四個質(zhì)徑積均相等，各質(zhì)量分布在同一平面內(nèi)，且各質(zhì)心之間的軸向距離相等。4.動平衡與靜平衡的關(guān)系

剛性轉(zhuǎn)子的平衡試驗3一、平衡試驗概述二、靜平衡試驗三、動平衡試驗四、轉(zhuǎn)子的平衡精度和許用不平衡量一、平衡試驗概述對于經(jīng)過平衡計算(設(shè)計)在理論上已經(jīng)平衡的轉(zhuǎn)子，由于其制造不準確、裝配有誤差、材質(zhì)不均勻、長期使用后的磨損等，仍會存在不平衡現(xiàn)象。這種不平衡是在設(shè)計階段是無法確定和消除的，需要借助于實驗來平衡。

平衡試驗是用實驗的方法來確定出轉(zhuǎn)子的不平衡量的大小和方位，然后增加或除去平衡質(zhì)量的方法予以平衡。（1）實驗設(shè)備導(dǎo)軌式靜平衡架滾輪式靜平衡架只能平衡兩端軸頸相同的轉(zhuǎn)子可平衡兩端軸頸不同的轉(zhuǎn)子二、靜平衡試驗（2）實驗方法將轉(zhuǎn)子放在平衡架上，輕輕轉(zhuǎn)動，至停止時，標(biāo)記最下方位置即為質(zhì)心所在方向。在質(zhì)心相反的方向加校正平衡質(zhì)量，再重新轉(zhuǎn)動，反復(fù)調(diào)整平衡質(zhì)量，直至呈隨遇平衡狀態(tài)，即達到了靜平衡。（3）實驗特點結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。能滿足一定精度要求，但工作效率低。原理：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，不平衡離心力引起擺架振動，通過傳感器將振動信號轉(zhuǎn)換成電信號。在儀表上顯示不平衡的量值和相位。單面立式離心平衡機（4）快速測定平衡的單面平衡機二、靜平衡試驗動平衡機由驅(qū)動及傳動部分、被測轉(zhuǎn)子的彈性支承部分、振動信號數(shù)據(jù)采集部分、平衡解算系統(tǒng)、數(shù)據(jù)顯示等部分組成。光電式動平衡機1）

動平衡實驗機三、動平衡試驗動平衡實驗要在專門的動平衡機上進行。動平衡機種類很多，但原理基本相同。動平衡機的組成原理圖大型動平衡機三、動平衡試驗汽車車輪的動平衡動平衡鉛塊汽車高速行駛時，若車輪出現(xiàn)某種有節(jié)奏的異響，或方向盤抖動，可能時由于車輪的不平衡導(dǎo)致的三、動平衡試驗2）

現(xiàn)場平衡對尺寸很大或轉(zhuǎn)速很高的轉(zhuǎn)子，如幾十噸的大型發(fā)電機轉(zhuǎn)子，在平衡機上進行平衡是不切實際的，一般要進行現(xiàn)場平衡。

現(xiàn)場平衡是在現(xiàn)場對工作狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子振動情況進行檢測和分析，推斷其不平衡量的大小和方位，以采取措施減少不平衡引起的振動。三、動平衡試驗許用偏心距[e]四、轉(zhuǎn)子的平衡精度和許用不平衡量經(jīng)過平衡實驗的轉(zhuǎn)子，不平衡量已大大減小，但仍會有一定的殘存不平衡。

若要求這種殘存的不平衡量過小，勢必會對平衡要求增高、成本大大增加，過高的要求是沒有必要的。因此，根據(jù)工作要求，對轉(zhuǎn)子規(guī)定適當(dāng)?shù)脑S用不平衡量。1）許用不平衡量的表示方法質(zhì)徑積表示法偏心距表示法[e]＝[mr]/m許用不平衡質(zhì)徑積[mr]與轉(zhuǎn)子質(zhì)量有關(guān)與轉(zhuǎn)子質(zhì)量無關(guān)平衡等級G平衡精度/(mm/s)典型轉(zhuǎn)子舉例G40004000

剛性安裝的具有奇數(shù)氣缸的低速②船用柴油機曲軸傳動裝置③G16001600剛性安裝的大型二沖程發(fā)動機曲軸傳動裝置G630630剛性安裝的大型四沖程發(fā)動機曲軸傳動裝置；彈性安裝的船用柴油機曲軸傳動裝置G250250剛性安裝的高速四缸柴油機曲軸傳動裝置G100100六缸和六缸以上高速柴油機曲軸傳動裝置；汽車、機車用發(fā)動機整體（汽油機或柴油機）G4040汽車車輪、輪緣、輪組、傳動軸；彈性安裝的六缸或六缸以上高速四沖程發(fā)動機（汽油機或柴油機）曲軸傳動裝置；汽車、機車用發(fā)動機曲軸傳動裝置G1616特殊要求的傳動軸（螺旋槳軸、萬向聯(lián)軸器軸）；破碎機械的零件；農(nóng)業(yè)機械的零件；汽車和機車發(fā)動機（汽油機和柴油機）部件；特殊要求的六缸或六缸以上的發(fā)動機曲軸傳動裝置G6.36.3作業(yè)機械的回轉(zhuǎn)零件；船用主汽輪機齒輪（商船用）；離心機鼓輪；風(fēng)扇；裝配好的航空燃氣輪機；泵轉(zhuǎn)子；機床和一般的機械零件；普通電機轉(zhuǎn)子；特殊要求的發(fā)動機部件G2.52.5燃氣輪機和汽輪機，包括船用主汽輪機（商用船）；剛性汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子；透平壓縮機；機床傳動裝置；特殊要求的中型和大型電機轉(zhuǎn)子，小型電機轉(zhuǎn)子；透平驅(qū)動泵G11磁帶錄音儀和錄音機的傳動裝置；磨床傳動裝置；特殊要求的小型電機轉(zhuǎn)子G0.40.4精密磨床主軸、砂輪盤及電機轉(zhuǎn)子；陀螺儀2）轉(zhuǎn)子的平衡精度等級與許用不平衡量的確定四、轉(zhuǎn)子的平衡精度和許用不平衡量3）許用不平衡量的使用靜平衡時，直接用[e]動平衡時，先求得許用不平衡質(zhì)徑積[mr]＝m[e]，然后將其分配到兩個平衡基面上aSb[mr]Ⅰ=[mr]b/(a+b)[mr]Ⅱ=[mr]a/(a+b)四、轉(zhuǎn)子的平衡精度和許用不平衡量機械的平衡平衡的分類及平衡