回转件的平衡

第8章转子的平衡，内容8-1转子的平衡的目的8-2转子的平衡计算(重要)8-3转子的平衡试验，8-1转子的平衡的目的，基本概念转子(转子):围绕机械的固定轴进行旋转运动的部件。 刚体转子：转子旋转时发生的弹性变形较小，可以忽略，但这样的转子称为刚体转子。 柔性转子：在转速高、尺寸大的转子中，旋转时产生大的变形，不能忽视，因此将这种转子统称为柔性转子。 旋转体的离心力(惯性力):根据理论力学，若远离旋转中心距离r的质量m，则以角速度旋转时产生的离心力f为F=mr2的不平衡离心力的产生：旋转体的结构不对称，制造不正确，材质不均匀时，旋转体整体会产生不平衡的离心力系统，离心力不平衡离心力对机械的影响：不平衡离心力对机械正常运转的不良影响，特别是对高速机械的影响，会使各运动副产生附加的动反作用力，增大运动副的摩擦力，加剧运动副的磨损，降低机械效率。 在各部件的材料内部引起附加的内部应力，影响机械和各部件的寿命。 离心力的大小和方向一般周期性地变化，在机械及其基础(框架)上产生强制振动(上述各惯性力为干涉力)，使机械的运动精度降低，使噪音增大，也产生共振，从而带来更严重的结果。 8-1转子平衡的目的，8-1转子平衡的目的，不平衡的利用：生活中的机器要利用不平衡的原理工作，如青蛙式夯实机、振动打桩机、振动台等。 本章的研究对象：刚性转子的平衡问题。 不包括柔性零件和机器的平衡问题。 平衡的目的：高速旋转体需要使离心力的合力和合力为零，消除不良影响。 平衡的类型：静平衡：只有惯性力平衡的平衡成为静平衡。 动平衡：要求惯性力和惯性力矩的平衡同时成为动平衡.8-2转子的平衡计算、8-2转子的平衡计算、三、静平衡：适用对象：对于轴向尺寸小的刚性转子(B/D0.2 )，其质量分布可以近似为平面内。 对于8-2转子的平衡计算，三，静平衡：适用对象：轴向尺寸小的刚性转子(最大直径d和轴向宽度b之比大于5的情况)，其质量分布可以近似于平面内。 静平衡的条件：惯性力矢量和为零，即F=Fb Fi=0。 f是转子惯性力Fb相加后的平衡惯性力fi转子本来的惯性力。 平衡计算：离心力是惯性力，所以上式在与me2=mbrb2 miri2=0相同的转子上，转速相同，消除公因子2，me=mbrb miri=0(8-2)式中的m，e是转子的总质量和总重心的方向径，mb，rb是质量半径积：上式的质量和半径的积mr称为质量半径积，它是向量，其大小与相应的离心力成比例，所以也有离心力的性质。 8-2旋转体的平衡计算，静平衡方程式的解：根据以上说明，静平衡方程式是矢量方程式，可用图式解法和解法解。 分析法：矢量方程投影到正交坐标系的2坐标轴上，得到两个代数方程式，通过联合这两个代数方程式，可以求解平衡质量的质量积mbrb和方位角b。 取决于实际需要或可能性，在已选择平衡质量mb和位置半径rb的一者之后，可确定另一值。 图式解法：从理论力学上，平衡的平面交叉系的各力矢量必定构成封闭矢量图，因此可以按一定比例制作平衡力系的封闭图形，解出未知的平衡矢量力。、8-2转子的平衡计算，例如图像，知道同一旋转面内的不平衡质量m1、m2、m3(kg )及其直径r1、r2、r3(m )，求出应相加的平衡质量mb及其直径rb .动画、8-2转子的平衡计算、质量积向量封闭图上mbrb的朝向是mb产生离心力Fb的方向，因此，mb应该放在图像的位置(在与mbrb指示的方向相反的方向上也能够去除相同的质量)。 根据mbrb，选定rb后，平衡质量mb应该放在旋转部件的哪个位置？ 由于动画、8-2旋转元件的平衡计算、实际结构的制约，有时无法在需要平衡的旋转面上安装平衡质量，如图8-2a所示，单汽缸曲柄轴是这样的情况。 在这种情况下，可以在两个旋转平面上分别安装平衡质量来平衡旋转体。 如图8-2b所示，在原始平衡平面的两侧选定任意两个旋转平面t和t，它们与原始平衡平面的距离分别为l和l。 在8-2旋转体的平衡计算中，在t和T面上安装平衡质量mb和mb，将其重心的半径设为Rb和rb，mb和mb都位于通过MB的重心并包含旋转轴的平面内，MB、mb和MB在旋转时产生的离心力FB、mb和mb。 为了将fb和Fb完全置换为FB，需要满足平行力分解的关系式，即，用l=ll代入FBFB=fbfbl=FBl，通过求解上述式，计算8-2旋转体的平衡，设为Rb=Rb=Rb 由此可知，任何质量半径积都可以用任意选定的两个旋转平面t和T内的两个质量半径积来置换。 如果半径不变，则任何质量都可以用任意两个旋转平面中的两个质量替换。 8-2旋转元件的平衡计算，2，动平衡：应用状况：轴向尺寸大的旋转元件，不能认为质量的分布在大致相同的旋转面内，应该认为分布在与轴线垂直的多个相互平行的旋转面内。 动平衡条件：惯性力向量和零，同时，由惯性力引起的力矩向量的和也为零，即，f=FBfi=0m=MBmi=0，8-2旋转元件的平衡计算，动平衡计算：8-2旋转元件的平衡计算，由动平衡计算得到的平衡质量注意：动平衡的不平衡质量与所选的两个校正平面的相对位置相关。因为动平衡包括静态平衡条件，所以动平衡的旋转体一定也是静态平衡的。 但是，静平衡的旋转体不一定是动平衡。 旋转元件的平衡计算、8-3旋转元件的平衡试验、旋转轴线不对称结构的旋转元件，能够根据质量分布状况计算所需的平衡质量来满足平衡条件。 这样，与相对于旋转轴线对称的旋转体同样地在理论上取得了完全平衡。 在结构上对称的旋转体中，由于制造和组装误差、材质不均匀等原因会产生不平衡，但这种不平衡无法计算，只能用平衡机器用实验的方法来取得平衡。 根据质量分布的特征，平衡试验法也分为两部分。 一、静平衡试验法静平衡试验的基本原理是基于在地球引力的作用下，其重心(即重心)总是处于最低位置的普遍现象。 另外，图像的盘凸轮在重心s位于旋转轴o上时，不能静止，重心s摆动到最低的位置，直到静止为止，一定会发生往复摆动。 因为旋转部件的重心偏离旋转轴，所以不能在任意位置静止(即，静平衡)部件的现象被称为静不平衡。 平衡的质量基本上是将旋转部件的重心位置调整为位于旋转轴上。 8-3旋转体的平衡试验，动画，静不平衡旋转体，其重心偏离旋转轴，产生静力矩。 利用静平衡架，找出不平衡质量直径积的大小和方向，确定平衡质量的大小和位置，使重心在旋转轴线上移动，实现静平衡。 这个方法称为静平衡试验法。 右图显示了轨道式静平衡架。其主要部分是在同一水平面内设置的两个相互平行的刀口形的导轨(也有棱柱形和圆柱形)。 试验时将回转部件的轴颈支撑在两条导轨上。 如果构件静不平衡，则在偏心重力的作用下滚动刀口。 滚动停止后，部件的重心s在理论上应该在旋转轴的垂直下方，如下图所示。 在8-3旋转体的平衡试验中，判定了旋转体的重心从旋转轴的偏离方向后，在相反方向(即正上方)的适当位置，暂时将适量的水泥代替平衡质量粘贴在部件上，并重复上述过程。 然后，阶段性地调整其大小或径向位置，直到该旋转体在任意位置静止为止。 此时相加的平衡质量和半径的积是为了使该旋转体达到静态平衡而相加的质量半径积。 最后，根据旋转件的具体结构，由质量直径积的大小确定的平衡质量被固定在部件的相应位置上(或在相反方向上去除部件的相应质量)，由此可使旋转件保持静态平衡。 轨道式静平衡架简单可靠，其精度也能满足一般的主要生产需求。 其缺点是不能用于两端轴径不同的旋转体。 8-3转子的平衡试验，右图是圆盘式静平衡架。 在保持平衡时，将旋转部件的轴颈支承在两组圆盘上，各自的圆盘能够绕自己的轴线旋转，并且能够调整一端的支承高度，以适应两端的轴颈的直径不同的旋转部件。 那个试验顺序和上述相同。 虽然该平衡支架的安装和调整很简单，但由于盘中心的滚动轴承容易弄脏，摩擦阻力扭矩变大，所以精度比导轨式静平衡支架稍低。 8-3旋转体的平衡试验、2、动平衡试验法从动平衡原理可知，轴向尺寸大的旋转体为了平衡旋转体，必须分别在任意的校正平面内施加适当的质量。 用动平衡试验机运行转子，在选定的两个平面内分别找到所需平衡质量的直径积的大小和方位，使转子成为动平衡的方法称为动平衡试验法。 图8-7显示了机械式动平衡器的工作原理图。 取得平衡的转子1安装在钟摆2的两个轴承b上。 钟摆的一端通过水平轴线的旋转副o与框架3连接，另一端通过弹簧4与框架3连接。 调整弹簧，使转子的轴线为水平。 在钟摆围绕o轴摆动的情况下，其振幅的大小可以由指针5读取。 由此，能够测定校正平面t和T内不平衡质量积MBRb和mbrb. 在8-3转子平衡试验中，在进行动平衡时，调整转子的轴向位置，以使正面t通过摆动轴线O-O。 这样，平衡旋转体旋转时，t面内m“r”产生的离心力不影响钟摆的摆动。 也就是说，钟摆的振动完全是由t面上的质量半径mr产生的离心力引起的。 根据强制振动理论，摆动的振幅z与t面上的不平衡质量积mr成比例，即z=mr(8-5)、8-3旋转体的平衡试验，的数值取类似的经动态平衡校正的标准转子，在其t面上加上已知质量积m0r0 当知道比例常数时，在读取z后，mr的大小可以根据式(8-5)计算出。 可通过以下方法确定mr的方向。 图8-8a是校正平面t的右视图。 O1 、O2 是应平衡转子的轴心振动时到达的最低位置和最高位置。8-3旋转体的平衡试验，该图显示，当摆放在最高位置时，不平衡质量m不是正上方，而是位于向旋转方向前进角的位置。 被称为强制振动相位差。 相位差可以用图8-8b所示的方法测定。 使平衡的旋转体向正方向旋转，直到针尖接触试验体之后，用一根针在半径方向上逐渐接近试验体的外缘。 于是，针尖在外缘描绘出短弧，弧的中点H1成为最高的偏离点。以相同速度反转试料，用划线记录反转时的最高背离点H2。 因为两个方向的相位差1和2必须相等，所以连接H1和H2作垂线时，直径OA表示不平衡质径积mr的方位。 设置要平衡的旋转体，使t面通过钟摆的旋转轴线O-O，通过重复上述步骤，可求出t面内的不平衡质量半径m“r”的大小和方位。8-3旋转零件平衡试验、机械式动平衡器的结构和测量方法简陋，灵敏度和平衡精度低。 现代动平衡采用电子检测、激光质量去除等先进技术，大幅度提高了平衡精度和平衡试验过程的自动化程度。 另外，带真空筒的大型高速动平衡器和机组平衡用的振动测量仪也登场了。 下图示意性地表示了电气动平衡器的工作原理。 这由驱动系统、试料支撑系统和不平衡量测量系统三个主要部分构成。 驱动系统现在使用变速马达，通过一级三角带传动，用双万向接头1与试验旋转部件2连接。8-3旋转体的平衡试验、试验体的支撑系统是在旋转试验体被弹簧支架3支撑，保证了试验体的旋转后，在不平衡惯性力的作用下在水平方向上产生微振动的弹性系统