平衡知识培训教材

1、平衡知识培训教材第1页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三一、机械平衡的目的 对于现代高速机械的设计和运行，机械的平衡是一项相当重要的课题。例如一个质量为180Kg的燃气轮机的转子，转速为1600r/min，若转子质量的偏心距为0.25mm，则其离心惯性力为126300N,是其转子本身重量的70倍左右。此惯性力将对轴承产生动压力，从而在轴承中引起附加摩擦力和附加应力，致使轴承磨损加剧，寿命降低，另外还会产生有害震动，导致机械的工作精度、可靠性、机械效率和使用寿命降低，甚至可能因共振而使机械破坏。 因此为完全地或部分地消除惯性力和惯性力矩地影响，减小或消除附加动压力，尽量减轻有

2、害地机械震动，以改善机械工作性能和延长其使用寿命，是研究机械平衡地主要目的！第2页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三二、机械平衡的分类机械平衡可分为转子平衡与机构平衡两类：转子平衡转子是指绕固定轴线回转地构件（铝合金车轮安装在汽车上时就为转子），此种构件的惯性力和惯性力矩的平衡问题即为转子平衡问题。机构平衡对于整个机构而言，所有构件的惯性力和惯性力矩，可以合成为通过机构总重心的总惯性力和总惯性力矩。它们可被部分或完全的平衡。有关它们的平衡问题即为构件 的平衡问题（车轮和轮胎及轴安装在一起的机构平衡问题就是机构平衡问题）第3页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星

3、期三三、机械平衡的方法研究机械平衡的方法，一般分为：计算法试验法计算法又分为图解法和解析法，图解法简单方便；解析法结果准确，它们皆用于各不平衡质量大小及质心位置已知的情况下。试验法主要适用于各不平衡质量大小及质心位置未知的情况下或虽经计算法加平衡配重平衡，但实际由于材质的不均匀、安装制造误差等原因，往往仍达不到预期的要求时可用试验法对其进行平衡。第4页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三三、转子平衡由于转子结构不对称（设计）、材料不均匀（内在材质）、制造和安装误差（加工及使用）等原因，均会引起偏心（质心偏离形心）。由于偏心将导致转子运转时产生离心惯性力，从而使转子处于不平衡状

4、态。在转子上加减配重，以改善转子的质量分布，从而保证转子在运转时，由不平衡而引起的振动或振动力减小到允许范围内的措施称为转子平衡（车轮的平衡过程就为转子的平衡）根据转子不平衡质量的分布情况，转子的平衡可分为静平衡和动平衡。第5页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三1、静平衡 一般机械中，当转子的直径和宽度之比LD/5，且转速较低时，可近似认为其质量分布在同一回转面内，如下图所示,对于这类宽度不大的转子（如齿轮、盘形凸轮、飞轮、带轮等），其离心惯性力矩近似为零，故仅只消除离心惯性力即可达到平衡。为此可采取改善转子的质量分布，使其质心位于旋转轴线的措施达到平衡，这称为转子的静平衡

5、（也称为单面平衡） 第6页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三2、动平衡 对于宽度较大的一类转子（LD/5），如多缸发动机曲轴、机床主轴、涡轮机、和电机的转子等或转速特别高时，其质量分布不能认为分布在同一回转面内，而可看作分布在沿轴向互相平行的的若干回转面内（如图所示），在此情况下，即转子质心S在其轴线上，也会形成惯性力矩（如图F1与F2形成的力矩），使转子处于不平衡状态。此种不平衡状态可通过在垂直转子轴线的两个平面（校正平面）内，加（减）平衡配重，而达到平衡。这种改善转子质量分布，使其惯性力和惯性力矩均被平衡的措施，称为转子的动平衡（也称为双面平衡） 第7页，共21页，20

6、22年，5月20日，7点13分，星期三3、动、静平衡的关系 通过上面的介绍我们可以知道，由于动平衡同时满足静平衡的条件（惯性离心力），故经过动平衡的转子一定能保证静平衡，但经过静平衡的转子却不一定能保证动平衡。4、转子平衡的计算（1）静平衡计算 我们上面已经介绍过对于轴向宽度不大的转子，其质量可近似认为分布在同一回转面内。当此转子等速转动时这些质量产生的离心惯性力构成一相交于转动中心的平面汇交力系，若该力系不平衡则它们的合力Fi不等于零。由平面汇交力系的平衡条件可知若欲使其平衡只要在同一回转面内加（减）一校正质量使其产生的离心惯性力Fb与原有质量所产生的离心惯性力之和等于零。则成为平衡力系,转

7、子即处于平衡状态,故其平衡条件为F= Fb+ Fi=0第8页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三4、转子平衡的计算由于Fmr*故可以得到下面等式：Mr=mbrb+ miri=0式中：m,r分别为转子的总质量和总质心的向径；MB,rb分别为校正质量及质心的向径；mi，ri分别为原有各质量及质心的向径。质量与其质心的乘积称为质径积，它是矢量，相对表达了各质量在同一转速下产生的离心惯性力的大小和方向，是转子平衡的重要参数。由此可见离心力不是取决于质量和向径，而是取决于二者的乘积。转子平衡的条件：分布于该转子上各质量的离心力的向量和等于零，或只径积的向量和等于零。（1）静平衡计算第9

8、页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三4、转子平衡的计算对于轴向宽度加大的转子，其质量分布应看作分布于沿轴向的若干互相平行的回转面内。转子转动时所产生的离心力系不再是平面汇交力系而是一空间力系，但其原理及计算方法于静平衡基本相似，只是其多了一项：惯性离心力力矩，具体的计算这里就不再详细阐述了总之，质量分布在不同回转面内的转子，只要分别在选定的两个校准平面内各加上适当的平衡配重，就能达到完全平衡。这种平衡（动平衡）的条件为：转子上各质量的离心惯性力的向量和等于零，同时离心惯性力引起的力偶矩的向量和也等于零。（2）动平衡的计算第10页，共21页，2022年，5月20日，7点13分

9、，星期三四、车轮平衡问题1、车轮平衡的分类车轮平衡为一种旋转体平衡问题（转子平衡问题），其遵守转子平衡的分类标准。（1)静平衡，对于轴向宽度较小的车轮其平衡为静平衡（摩托车车轮一般按静平衡处理）。静不平衡量的表达方式，例如：A、小于30g，其意义为静平衡，平衡块位置已经确定；B、小于600g.cm，其意义为静平衡，平衡块位置未确定（2）动平衡，对于轴向宽度较大的车轮其平衡一般以动平衡处理（汽车车轮一般按动平衡处理）动平衡表达方式举例：内侧小于20g，外侧小于40g，内外侧和小于50g,其意义为动平衡，平衡块位置已经确定第11页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三四、车轮平衡问

10、题2、车轮平衡的检测方法车轮不平衡量的检测一般用平衡机检测，其检测过程中需注意：（1）检测时应输入参数：轮辋类型（JJ、J、B等类型）平衡模式、车轮直径、车轮宽度及内轮缘的位置参数（主要目的是确定校准平面位置和平衡块安装位置）（2）影响检测精度的主要因素有： A：平衡机的准确性（主轴精度）； B：测量参数的正确性（按车轮标准输入相应参数）； C：车轮安装方法的正确性（目前平衡机的定位方式主要有，中心孔定位及盖口定位两种方式，其要求安装时必须保证车轮定位部分与平衡机定位工装完全配合且必须保证“正”）（3）车轮平衡机的准确性主要体现在：重复性和稳定性一定要好（平衡质量和平衡位置）；线性要好，线性标

11、定（校准）方法一定要正确。第12页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三四、车轮平衡问题2、车轮平衡的检测方法（3）检测时要注意不要鲁莽作业，那不但会造成检测结果不准确还会直接影响平衡机的检测精度甚至对被检测车轮造成损坏（磕碰伤、垫伤中心孔或安装面，现代产品试做送样时就曾经出现过安装面批量垫伤事件）3、车轮的平衡模式根据平衡块粘贴的位置不同（即加平衡配重的位置不同）可以把车轮平衡分为下面几种模式：第13页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三四、车轮平衡问题3、车轮的平衡模式第14页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三四、车轮平衡问题3、车轮的

12、平衡模式第15页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三四、车轮平衡问题3、车轮的平衡模式第16页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三四、车轮平衡问题3、车轮的平衡模式第17页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三四、车轮平衡问题3、车轮的平衡模式第18页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三四、车轮平衡问题3、车轮的平衡模式第19页，共21页，2022年，5月20日，7点13分，星期三四、车轮平衡问题4、影响车轮不平衡量的主要因素：（1）结构的不对称性，这主要是指车轮模具在设计时没有考虑车轮的结构对称性，或者模具在长期的使用过程中由于磨损其结构有了明显的变化造成整个旋转体结构不对称，致使整个车轮的几何形心与车轮的质量重心不重合而产生不平衡量（2）材料密度的不均匀性，这主要指的是车轮材料内部组织结构存在着不同（如局部大的缩松、渣孔等），造成密度的不均匀，致使车轮形心与质心不重