培训课件旋转零件和部件的动静平衡

1、旋转零件和部件的动、静平衡 第一讲：培训计划简介第一讲：培训计划简介 第二讲：绪论第二讲：绪论 第三讲：机械平衡的目的及内容第三讲：机械平衡的目的及内容 第四讲：刚性转子的平衡计算第四讲：刚性转子的平衡计算 第五讲：刚性转子的平衡实验第五讲：刚性转子的平衡实验 第六讲第六讲: 转子的许用不平衡转子的许用不平衡第一讲：培训计划简介一、培训目的一、培训目的 通过培训使学员掌握动、静平衡的基本概念、原理，了解不平衡对旋转零件和部件的影响以及消除不平衡的方法。二、培训重点二、培训重点 动、静平衡的原理及不平衡量的计算，消除不平衡量的方法三、培训难点三、培训难点 不平衡量的计算四、培训目标四、培训目标

2、掌握动、静平衡的作用及方法五、培训方法五、培训方法 理论授课第二讲：绪论一、不平衡产生的原因一、不平衡产生的原因 常用机械中包含着大量的作旋转运动的零部件，例如各种传动轴、主轴、电动机和汽轮机的转子等，统称为回转体。在理想的情况下回转体旋转时与不旋转时，对轴承产生的压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。但工程中的各种回转体，由于材质不均匀或毛坯缺陷、加工及装配中产生的误差，甚至设计时就具有非对称的几何形状等多种因素，使得回转体在旋转时，其上每个微小质点产生的离心惯性力不能相互抵消，因此产生不平衡量 二、动平衡二、动平衡 在转子两个校正面上同时进行校正平衡，校正后的剩余不平衡量，以保证转子在

3、动态时是在许用不平衡量的规定范围内，为动平衡又称双面平衡。三、静平衡三、静平衡 在转子一个校正面上进行校正平衡，校正后的剩余不平衡量，以保证转子在静态时是在许用不平衡量的规定范围内，为静平衡又称单面平衡。 三、转子平衡方式的选择与确定三、转子平衡方式的选择与确定 如何选择转子的平衡方式，是一个关键问题。其选择有这样一个原则：只要满足于转子平衡后用途需要的前提下，能做静平衡的，则不要做动平衡，能做动平衡的，则不要做静动平衡。原因很简单，静平衡要比动平衡容易做，省时、省力、省费用。四、平衡方式及特点四、平衡方式及特点1、静平衡、静平衡：精度太低，平衡效果差 2、动平衡、动平衡：动平衡试验机虽能较好

4、地对转子本身进行平衡，但是对于转子尺寸相差较大时，往往需要不同规格尺寸的动平衡机，而且试验时仍需将转子从机器上拆下来，这样明显是既不经济，也十分费工(如大修后的汽轮机转子)。特别是动平衡机无法消除由于装配或其它随动元件引发的系统振动 3、现场平衡、现场平衡：使转子在正常安装与运转条件下进行平衡通常称为“现场平衡”。现场平衡不但可以减少拆装转子的劳动量，不再需要动平衡机；同时由于试验的状态与实际工作状态二致，有利于提高测算不平衡量的精度，降低系统振动 第三讲：机械平衡的目的及内容第三讲：机械平衡的目的及内容大多数机械都是由回转构件和作往复大多数机械都是由回转构件和作往复运动的构件所组成，除了中心

5、惯性主轴与运动的构件所组成，除了中心惯性主轴与回转轴线重合且作等速回转的构件外，其回转轴线重合且作等速回转的构件外，其它所有的构件都要产生惯性力。它所有的构件都要产生惯性力。一.平衡的目的. . 离心惯性力的影响离心惯性力的影响= m()2 rw wrmF F = mw w2 rp pn30设设: m= 10 kg ，r = 1mm .当当 n = 300 r/min , F = = 9.8 N n = 3000 r/min ， F = = 980 N 又如又如: 30: 30万千瓦汽轮机转子万千瓦汽轮机转子, , f=1.1mf=1.1m、L=12.5mL=12.5m、Q=58T . Q=5

6、8T . 当当 n = n = 3000 r/min3000 r/min、r = 1mm r = 1mm 时时, F, F = 570T . = 570T .附加动压力会产生一系列不良后果：附加动压力会产生一系列不良后果：不平衡所产生的惯性力不平衡所产生的惯性力的大小方向始终的大小方向始终都在变化，将对运动副产生动压力。都在变化，将对运动副产生动压力。增加运动副的摩擦，降低机械的使用寿命。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。产生有害的振动，使机械的工作性能恶化。降低机械效率。降低机械效率。平衡的目的：平衡的目的：研究惯性力的变化规律，并采研究惯性力的变化

7、规律，并采取相应的措施对惯性力进行平衡，从而减小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。或消除所产生的附加动压力。1.1.回转体回转体的平衡的平衡 刚性转子的平衡刚性转子的平衡 ( n ( n0.7 n0.7 nC C ) )静平衡静平衡动平衡动平衡( (惯性力作用会产生明显的变形惯性力作用会产生明显的变形) )2. 2. 机构的平衡机构的平衡( (含往复运动构件或复杂平面运动构件含往复运动构件或复杂平面运动构件) ) ( n0.7 n ( n0.7 nC C ) )二二 、机械平衡的内容、机械平衡的内容挠性转子的平衡挠性转子的平衡 机械中作往复移动和平面运动的构件，机

8、械中作往复移动和平面运动的构件，其所产生的惯性力无法通过调整其质量其所产生的惯性力无法通过调整其质量的大小或改变质量分布状态的方法得到的大小或改变质量分布状态的方法得到平衡。平衡。 但所有活动构件的惯性力和惯性力矩可但所有活动构件的惯性力和惯性力矩可以合成一个总惯性力和惯性力矩作用在以合成一个总惯性力和惯性力矩作用在机构的机座上。机构的机座上。 平衡或部分平衡这最终作用机座上的总平衡或部分平衡这最终作用机座上的总惯性力和惯性力矩。这种平衡称为机构惯性力和惯性力矩。这种平衡称为机构的平衡。的平衡。第四讲：第四讲： 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算 静平衡设计：静平衡设计： 径宽比径宽比D/b

9、5的转子的转子（砂轮、飞轮、齿（砂轮、飞轮、齿轮）轮） ，可认为其不平衡质量分布在同一回转，可认为其不平衡质量分布在同一回转平面内。平面内。1.1.刚性转子的静平衡计算刚性转子的静平衡计算 静不平衡现象：静不平衡现象： 转子的质心不在回转轴线上，当其转动时，转子的质心不在回转轴线上，当其转动时，其偏心质量就会产生离心惯性力。其偏心质量就会产生离心惯性力。 根据转子结构定出偏心质量的大小和方根据转子结构定出偏心质量的大小和方位；位； 计算出为平衡偏心质量需添加的平衡质计算出为平衡偏心质量需添加的平衡质量的大小及方位；量的大小及方位； 在转子设计图上加上该平衡质量，以便在转子设计图上加上该平衡质量

10、，以便使设计出来的转子在理论上达到平衡。使设计出来的转子在理论上达到平衡。已知：分布于同一回转已知：分布于同一回转平面内的偏心质量为平面内的偏心质量为m m1 1、 m m2 2和和m m3.3. 。从回转中。从回转中心到各偏心质量中心的心到各偏心质量中心的向径为向径为r r1 1、r r2 2 和和r r3 3。 当转子以等角速度当转子以等角速度转动时，各偏心质量所转动时，各偏心质量所产生的离心惯性力分别产生的离心惯性力分别为：为：F F1 1，F F2 2，F F3 3。 增加一个平衡质量增加一个平衡质量m mb b ，其向径为，其向径为r rb b ，所产生，所产生的离心惯性力为的离心惯

11、性力为F Fb b。要求平衡时，要求平衡时，F Fb b、 F F1 1、 F F2 2及及F F3 3所形成的合力所形成的合力F F 应为零：应为零：0rrrr2323222121 bbmmmmw ww ww ww wF=F1+F2+F3+Fb=0 0rrrr332211 bbmmmm式中：式中：m mi ir ri i称为称为质径积质径积，是，是矢量矢量。 ？ ？ 可用图解法求解此矢量方程可用图解法求解此矢量方程 ( (选定比例选定比例w w ) )。以以 m mW = kgmm mm作质径积矢量多边形作质径积矢量多边形.得得: mbrb = m mWda = mb= ? 、 rb= ?

12、abcdm1r1m2r2m3r3mbrbmbrbm1r1m2r2m3r3 在求出在求出mbrb后，再根据后，再根据转子的结构转子的结构选定选定rb，即，即可定出可定出平衡质量平衡质量mb。 显然，也可以在显然，也可以在rb的的反方向反方向rb处处除去一平除去一平衡质量衡质量mb来使转子得来使转子得到平衡，只要到平衡，只要保证保证mbrb= mbrb即可。即可。mbrbmbrbm1r1m2r2m3r32. 刚性转子的动平衡计算刚性转子的动平衡计算 对于径宽比对于径宽比D Db b5 5的转子，除受离心惯的转子，除受离心惯性力的影响外，尚受离心惯性力偶矩的影响性力的影响外，尚受离心惯性力偶矩的影响

13、, ,这种这种只有在转子转动时才能显示出来的不平衡只有在转子转动时才能显示出来的不平衡称为动不平衡。称为动不平衡。F1F2M惯性力偶惯性力偶例如两偏心质量所产生的离心惯性力例如两偏心质量所产生的离心惯性力F1、F2不在同一平面内不在同一平面内，因而将形成因而将形成惯性力偶惯性力偶。动平衡不仅要平衡各偏心质量产生的惯性力，动平衡不仅要平衡各偏心质量产生的惯性力，而且还要平衡这些惯性力所产生的惯性力矩。而且还要平衡这些惯性力所产生的惯性力矩。 力的等效原理力的等效原理 ( (力的分解原理力的分解原理)FFFLLL 作用于构件上某点的力作用于构件上某点的力 F F，可向构件上，可向构件上任意另两点分

14、解成与其平行的任意另两点分解成与其平行的两个等效力两个等效力。F+ F = FF = F L“LF = F LL1）动平衡条件：）动平衡条件：M=0F=0m2m3m1r1F2r2F3r3F1转子的偏心质量转子的偏心质量m1、m2、m3，并分别位于平面，并分别位于平面1、2、3上，其回转半径分别为上，其回转半径分别为r1、r2、r3。当转子以等角速度回转时，它们产生的惯性力当转子以等角速度回转时，它们产生的惯性力F1、F2、F3形成一空间力系。形成一空间力系。2 2）动平衡计算方法：）动平衡计算方法： 选定两个回转平面选定两个回转平面TT及及TT作为平衡基作为平衡基面。将离心惯性力按上述方法分别

15、分解到平面。将离心惯性力按上述方法分别分解到平衡基面衡基面及及内。内。TT”F1F2F3F”2F”3F”1m2m3m1r1F2r2F3r3F1 这样就把这样就把空间力系空间力系的平衡问题转化为的平衡问题转化为两个两个平面汇交力系平面汇交力系的平衡问题的平衡问题。只要只要在两个平衡基在两个平衡基面面内分别加上或除去一个适当的内分别加上或除去一个适当的平衡质量平衡质量，即即可获得完全平衡。故动平衡又称为可获得完全平衡。故动平衡又称为双面平衡双面平衡。TT”F1F2F3F”2F”3F”1m2m3m1r1F2r2F3r3F1静平衡条件静平衡条件：0 F只需在一个平面内加平衡质量只需在一个平面内加平衡质

16、量 静平衡静平衡0,0 MF 动平衡条件动平衡条件： 需在两个平面内加平衡质量需在两个平面内加平衡质量 动平衡动平衡达到动平衡的回转件肯定是静平衡的，达到动平衡的回转件肯定是静平衡的，达到静平衡的回转件不一定动平衡达到静平衡的回转件不一定动平衡 由于由于材料质量的不均匀材料质量的不均匀以及以及计算计算、制造制造和装配的误差和装配的误差，使得已使得已经过平衡计算经过平衡计算且安装且安装了所需平衡质量的转子，实际上仍然存在不了所需平衡质量的转子，实际上仍然存在不平衡。这种不平衡现象很难在设计与制造过平衡。这种不平衡现象很难在设计与制造过程中来消除，只能待转子制造好后，通过程中来消除，只能待转子制造

17、好后，通过平平衡实验衡实验的方法来确定不平衡质量的大小和方的方法来确定不平衡质量的大小和方位，再加上或减去平衡质量予以平衡。位，再加上或减去平衡质量予以平衡。第五讲：刚性转子的平衡实验第五讲：刚性转子的平衡实验一、静平衡实验一、静平衡实验刀口形导轨式静平衡仪刀口形导轨式静平衡仪有两个互相平有两个互相平行且在同一水行且在同一水平面内的钢制平面内的钢制刀口。刀口。两侧各有水平放置的摩擦很小的两个滚轮。两侧各有水平放置的摩擦很小的两个滚轮。 滚轮式静平衡仪滚轮式静平衡仪Q QQ QQ QQ Q特点：特点：使用方便，但精度较低。使用方便，但精度较低。 转子的动平衡实验一般需在转子的动平衡实验一般需在专

18、用的动专用的动平衡机平衡机上进行。它通过测量转子振动的上进行。它通过测量转子振动的振振幅幅和和相位相位来测定平衡基面上不平衡量的来测定平衡基面上不平衡量的大大小小和和方位方位。二、动平衡实验二、动平衡实验 如图如图6- -7所示为一种动平衡机的工作原所示为一种动平衡机的工作原理示意图。理示意图。转子转子4放在两弹性支承上，由放在两弹性支承上，由电机电机1通过通过带传动带传动2、双万向联轴节双万向联轴节3来驱动。转子上的偏心质量来驱动。转子上的偏心质量所产生的惯性力使弹性支承产生振动，所产生的惯性力使弹性支承产生振动，弹性支承的机械振动通过弹性支承的机械振动通过传感器传感器5、6转变为电转变为电

19、信号，信号，解算电路解算电路7对信号进行处理以消除两平对信号进行处理以消除两平衡基面之间的相互影响，衡基面之间的相互影响，然后经过然后经过选频放大器选频放大器8将信号放大，并由将信号放大，并由仪表仪表9反映出不平衡质径积的大小。由反映出不平衡质径积的大小。由光电头光电头12和和整整形放大器形放大器10、13及及鉴相器鉴相器11在在相位表相位表15上读出上读出相位，以确定偏心质量的方位。相位，以确定偏心质量的方位。 三、现场平衡实验三、现场平衡实验 将组装完毕的旋转机械在现场安装状态下进行的平衡操作称为整体现场平衡。这种方法是机器作为动平衡机座，通过传感器测的转子有关部位的振动信息，进行数据处理

20、，以确定在转子各平衡校正面上的不平衡及其方位，并通过去重或加重来消除不平衡量，从而达到高精度平衡的目的。 由于整机现场动平衡是直接接在整机上进行，不需要动平衡机，只需要一套价格低廉的测试系统，因而较为经济。此外，由于转子在实际工况条件下进行平衡，不需要再装配等工序，整机在工作状态下就可获得较高的平衡精度。第六讲：第六讲： 转子的许用不平衡量转子的许用不平衡量一、不平衡量的表示及计算一、不平衡量的表示及计算 不平衡量不可避免，不平衡量不可避免， 不平衡不平衡 成本成本 许用不平衡量的表示方法许用不平衡量的表示方法许用质径积法许用质径积法 ：mr mr两者关系：两者关系： e = mr / m 许

21、用偏心距法：许用偏心距法： e e说明：说明：转子要完全平衡是不可能的，实际上，也转子要完全平衡是不可能的，实际上，也不需要过高要求转子的平衡精度，而应以满足实不需要过高要求转子的平衡精度，而应以满足实际工作要求为度。为此，对不同工作要求的转子际工作要求为度。为此，对不同工作要求的转子规定了不同的许用不平衡量，即转子残余不平量规定了不同的许用不平衡量，即转子残余不平量许用质径积法许用质径积法 ：mr mr 表示被平衡转子表示被平衡转子允许的残存不平衡质允许的残存不平衡质径积。用于动平衡的径积。用于动平衡的计算和实验，可以比计算和实验，可以比较方便地确定所需配较方便地确定所需配重的大小和方位。重

22、的大小和方位。许用偏心距法： e e 是表示单位质是表示单位质量下允许的残存不量下允许的残存不平衡质径积。可以平衡质径积。可以用用ee来表示转子平来表示转子平衡精度。衡精度。例：一个一般机械的转子，质量为例：一个一般机械的转子，质量为70kg，转速，转速n=3000r/min，两平衡基面，两平衡基面、至质心的距离至质心的距离分别为分别为a=40cm，b=60cm,试确定两平衡基面内的试确定两平衡基面内的许用不平衡量。许用不平衡量。解：因现在要平衡的是一个一般机械的转子，可知应选用平衡等级G6.3，其平衡精A=6.3mm/s今转子角速度=n/300.1n=300rad/s,可求得许用偏心距为许用偏心距为 e=1000A/=10006.3/300=21m 许用不平衡质径积为许用不平衡质径积为 mr=me=7021=1470kg. m=147g.cm两平衡基面两平衡基面内许用的不平衡质径积分别为内许用的不平衡质径积分别为: mr=mrb/(a+b)=14760/100=88.2g.cm mr=mra/(a+b)=14740/100=58.8g.cm二、平衡精度等级