《刚性回转件的平衡》PPT课件.ppt

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 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 10 9 8 98N的10倍 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e 0 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 D 0 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 合力R 0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 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 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 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 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 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 D 0 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 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 作重矢积矢量图 求出Gb rb 和Gb rb 选定rb 和rb 后 求出Gb Gb 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N cm EQ6100汽车发动机曲轴允许不平衡量1N cm 北京213吉普车发动机飞轮允许不平衡量0 18N cm 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 106N 转子 重量为5 104N 若许用不平衡重径积均为 Gr 1N cm 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e 0 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 D 0 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 D 0 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