机械设计基础课件：第8章 回转件的平衡

1、8回转件的平衡8.1 回转件平衡的目的8.2 回转件的平衡计算8.3回转件的平衡试验8.1回转件平衡的目的图8.1F01 飞轮的一种几何结构DB图8.1F02 圆盘的一种几何结构回转构件在机械设计中绕固定轴线回转的构件，如齿轮、凸轮、飞轮、皮带轮、链轮、叶轮、螺杆等称为回转构件。三维动画8.1回转件平衡的目的 每个回转件都可看作是由若干质量组成的，任一偏离回转中心距离为r 的质量m，当以角速度转动时，所产生的离心力F为 ：Fmr2 如果回转件的结构不对称、制造不准确或材质不均匀，整个回转件在转动时便产生离心力系的不平衡，即离心力系的合力和合力偶矩不等于零。不平衡不仅在轴承中引起附加的动压力，而

2、且使整个机械产生振动，产生不良影响。 调整回转件的质量分布，使回转件工作时离心力达到平衡，这就是回转件平衡的目的。一、质量分布在同一回转面内8.2回转件的平衡计算DB 对于轴向尺寸很小的回转件，如叶轮、飞轮、砂轮等，轴向宽度B与其直径D之比B /D5时，这类回转件的质量认为分布在同一平面内，通常经静平衡试验校正后，可不必进行动平衡试验。 试验原理：若回转件质心不在通过回转轴线的铅垂面内，对回转轴线的重力矩作用下回转件转动，转动停止时，质心S即处在最低位置。 图为导轨式静平衡架，架上两根互相平行的钢制刀口形导轨被安装在同一水平面内。试验时将回转件的轴放在导轨上，若质心不通过回转轴线的铅垂面，在重

3、力矩作用下将在导轨上滚动。待到滚动停止时，质心S即处在最低位置。 然后用橡皮泥在质心相反方向加平衡质量，并逐步调整其大小或径向位置，直到该回转件在任意位置都能保持静止。所加的平衡质量与其向径的乘积即为该回转件达到静平衡需加的质径积，也可在质心相反方向去掉同等大小的质径积。 导轨式静平衡架简单可靠精度高，缺点是它不能用于平衡两端轴径不等的回转件。 图示为圆盘式静平衡架，待平衡回转件的轴放置在分别由两个圆盘组成的支承上，圆盘可绕其几何轴线转动，故回转件也可以自由转动，试验方法与上述相同。 这类平衡架一端的支承高度可调，以便平衡两端轴颈不等的回转件。 因圆盘中心的滚动轴承容易弄脏，致使摩擦阻力矩增大

4、，故其精度略低于导轨式平衡架。 二、动平衡试验法 由动平衡原理可知，当D/b5时的轴向尺寸较大的回转件，必须分别在任意两个校正平面内各加一个适当的质量，才能达到平衡。 将回转件放在动平衡试验机上运转，然后在两个选定的平面上分别找出所需平衡质径积的大小和方位，从而使回转件达到动平衡的方法称为动平衡试验法。 动平衡试验机的支承是浮动的，当待平衡回转件在试验机上回转时，两端的浮动支承便产生机械振动。传感器把机械振动变换为电信号，即可在仪表上读出二校正平面应加质径积的大小和相位。 动平衡机的具体构造和操作方法可参看有关文献和产品说明书。 图示为一电测式动平衡机的工作原理示意图。它由驱动系统、试件的支承

5、系统和不平衡量的测量系统这三个主要部分所组成。 驱动系统采用变速电机经过一级三角皮带传动，并用双万向联轴节1与试验回转构件2联接。 试件的支承系统是一个弹性系统，即回转试件被支承在弹簧支架3上，以保证试件旋转后，由不平衡惯性力引起在水平方向的微振动（支承限制回转试件在其它方向的振动）。 测量系统首先由传感器4、5测得振动信号，输入解算电路6，以便消除两个平衡平面之间的相互影响。然后经过放大器7将信号放大，最后由仪表10指示出不平衡质径积的大小。 同时由一对传动比为1的齿轮传动带动基准信号 发生器8，产生与回转构件转动同步的基准信号，并将基准信号和放大器7输出的信号一起输入鉴相器9进行处理，最后

6、有仪表11指示出不平衡质径积的相位（即方位角）。 任何转子，即使经过平衡试验也不可能达到完全平衡。 实际应用中，过高的平衡要求既无必要，又增加成本。因此，对不同工作条件的转子需要规定不同的许用不平衡量。 转子的许用不平衡量可用质径积mr或偏心距e来表示。 考虑到角速度是影响转子平衡效应的重要参数，工程上常用e值表示平衡精度。 国际标准化组织制定了用G表示的相应等级标准 G= e /1000(mms) 如汽车发动机曲轴的平衡精度为G40，电机转子G6.3，精密磨床主轴G0.4。G值愈小，平衡精度愈高。8.3.1回转件的静平衡试验法图8.6圆盘类零件的静平衡实验本实验采用双滚子支撑结构，当圆盘类零

7、件被任意放置而不滚动时，该零件便达到了静平衡。8.3.2刚性转子的动平衡原理由于寻找不平衡质量的大小和位置取决于转动，所以，称长圆柱类零件的平衡为动平衡。长圆柱类零件动平衡的原理为：所有质点的离心力之和为零；所有质点关于任意参考点的离心力矩之和为零。动平衡的方法为：通过在长圆柱类零件两个平面上增加质量或减少质量的办法来达到力与力矩的平衡。若难以找到不平衡质量的大小与位置，则只有通过实验来找到不平衡质量的大小与位置。8.3回转件的平衡试验8.3.2刚性转子的动平衡试验 图8.3F01刚性转子的动平衡实验机结构简图二维动画bLbRL弹性支承位移传感器刚性转子刚性转子动平衡实验机左端面mLrL由于刚

8、性转子上的不平衡质量是难以发现的，所以，实现刚性转子动平衡的一般做法是进行刚性转子的动平衡实验。 刚性转子动平衡实验机的结构简图如图8.3F01所示。 (1) 刚性转子动平衡实验的不平衡量测量逻辑框图信号的机械放大信号的功率放大信号的滤波AD信号的数显加速度传感器时基脉冲安装信息设置图8.3F02转子动平衡实验机不平衡量测量的原理图bLbRL弹性支承位移传感器刚性转子刚性转子动平衡实验机左端面mLrL(2) 转子动平衡实验机的不平衡量测量的力学方程(3) 转子动平衡实验机的不平衡量测量的力学方程左端的解为8.3.2刚性转子的动平衡试验 (4)转子动平衡实验机的不平衡量测量的力学方程右端的解为(

9、5)FL、FR的大小分别为FLmL2rL FRmR2rR8.3.2刚性转子的动平衡试验 图8E01曲轴 的动平衡图8E01为曲轴上安装A和B两个飞轮，已知曲柄的长度e200 mm，曲柄在距转动中心为e处的不平衡质量m400 kg。若在A和B两个飞轮上安装两个平衡质量mA、mB，其距轴线OO的距离均为r500 mm，求应加平衡质量mA、mB的大小与相位（参考答案：mA94.545 kg，mB65.455 kg） 450BA650eOOmmAmBrr例题1图8E01 曲轴 的动平衡P(m2e)650/1100mA2r500mA2mA(400200)650/(1100500)94.545 kgP(m2e)450/1100mB2r500mB2mB(400200)450/(1100500)65.455 kg解：450BA650eOOmmAmBrrPP图8E02 圆盘的平衡图8E02为圆盘上存在两个不平衡质量，m11 kg，r150 mm；m21.2 kg，r280 mm，m1与m2之间的夹角为90。圆盘的转速n1460 r/min，若不进行静平衡，求支承上附加动压力的P大小（