刚性转动零件的静平衡与动平衡试验的概述

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1、刚性转动零件的静平衡与动平衡试验的概述之老阳三干创作1. 基本概念:1.1 不服衡离心力基本公式: 具有一定转速的刚性转动件（或称转子）,由于资料组织不均匀、加工外形 的误差、装配误差以及结构形状局部分歧错误称 （如键槽）等原因,使通过 转子重心的主惯性轴与旋转轴线不相重合,因而旋转时,转子发生不服衡离 心力,其值由下式计算:C=（G/g）XeXs2=（G/g）XeX（nn/ 30） 2（公斤）式中: G转子的重量（公斤）e转子的重心对旋转轴线的偏心量（毫米）n转子的转速（转/分）s转子的角速度（弧度/秒）g重力加速度 9800（毫米/秒2）由上式可知,当重型或高转速的转子,即使具有很小的偏心

2、量,也会引起非 常大的不服衡的离心力,成为轴或轴承的磨损、机器或基础振动的主要原 由之一.所以零件在加工和装配时,转子必须进行平衡.1.2 转子不服衡类别:静不服衡|转子的惯性轴与旋转轴线不相重合，但相互平行，即转子重心 不在旋转轴线上，如图1a所示.当转子旋转时，将发生不服衡的离心力.动不服衡转子的主惯性轴与旋转轴线主交错将发生不服衡的离心力， 且相交于转子的重心上,即转子重心在旋转轴线上，如图1b所示.这时 转子虽处于平衡状态，但转子旋转时将发生一不服衡力矩.I静动不服衡大多数情况下,转子既存在静不服衡,又存在动不服衡，这 种情况称静动不服衡.即转子的主惯性轴与旋转轴线既不重合,又不服 行

3、,而相交于转子旋转轴线中非重心的任何一点，如图1c所示.当转子 旋转时,将发生一个不服衡的离心力和一个力矩.1.2.4转子静不服衡只须在一个平面上（即校正平面）安顿一个平衡重量，就 可以使转子达到平衡，故又称单面平衡.平面的重量的数值和位置，在转子静力状态下确定,即将转子的轴颈放置在水平刀刃支承上,加以 观察，就可以看出其不服衡状态，较重部分会向下转动，这种方法叫静 平衡.1.2.5 转子动不服衡及静动不服衡必须在垂直于旋转轴的二个平面（即 校正平面）内各加一个平衡重量，使转子达到平衡. 平面的重量的数值和位 置， 必须在转子旋转情况下确定， 这种方法叫动平衡.因需两个平面作平 衡校正，故又称

4、双面平衡刚性转子只须作低速动平衡试验，其平衡转速一般选用第一临界转 速的1/3以下。1.3转子不服衡发生的原因:1.3.1设计与制图的误差.1.3.2 资料的缺陷.1.3.3 加工与装配的误差.1.4 转子不服衡发生的不良效应:1.4.1 会对轴承、支架、基体发生作用力.1.4.2 引起振动.但不服衡与质量分布,机架的刚度有关,所以转子不服衡纷歧定就会发生振 动.一般的说来,静不服衡影响大于力矩不服衡的影响.2. 动平衡与静平衡的选择:2.1 一般选取的范围:2.1.1 当转子厚度5与外径D之比（5/D ）W0.2时（盘状转子），需 要作平衡试验的，不轮其工作转速高低,都只需进行静平衡.2.1

5、.2 当转子厚度5（或长度）与外径D之比（5/D ）21时（辊筒类 转子），只要转子的转速1000转/分，都要进行动平衡.2.1.3.当转子厚度5与外径D之比（5/D ）在0.21时和当转子厚度5与外径D之比（5/D ）21而转子的转速V1000转/分时,需根据转子的重量;使用功能;制造工艺;加工情况（部分加工还是全部加工）及轴承的距离等因素，来确定是否需要进行动平衡还是静平衡.一般不重 要部位使用的零件,旋转速度较低的转子零件，设计需要作平衡试验的, 一般只按排作静平衡.2.2 按图表选择:（见图 2）图2暗示平衡的应用范围.下一条线以下的转子只需进行静平衡,上斜线以 上的转子必须进行动平衡

6、,两斜线之间的转子须根据转子的重量;使用 功能;制造工艺;加工情况（部分加工还是全部加工）及轴承的距离等因 素,来确定是否需要进行动平衡还是静平衡 .一般不重要部位使用的零 件,旋转速度较低的转子零件, 设计需要作平衡试验的,一般只按排作 静平衡.3.1许用不服衡量旳暗示力法:23IL 评价转子不服衡大小在图纸上可以盘W- 1E1I.-用许用不服衡力矩暗示,即转子重量与用偏心距的乘积，单位为克.毫米.偏心距暗示,单位为微米.11n-12 9TED 口 1973年国际尺度化协会对于刚性转E!ZD11 - 相应分歧平衡精度等级G的许用偏丿心距 IJ -和各种具有代表性的旋转机械钢性转子-1.23

7、m 应具有的精度等级分别暗示在图3和表参考.旳 pe iso saa floa p服sLB1.11、1百口aa口口i速.nLD-I1H静平衡（单面平衡）的许用不服衡力矩为:M二eXG（克/毫米）动平衡（双面平衡）的许用不服衡力矩为:M=l/2(eXG)(克/毫米)式中:e许用偏心距（毫米，见图3）G转子重量（克）图三若转子用许用偏心距暗示不服衡大小时，则静平衡的许用值可取图3中的全数值.而动平衡的校正平面许用值取图3中的数值的一半.（图3可拜见附页图3放大图）3.2许用不服衡量控制的误差如下:平衡精度等级允许偏差G2.5G1615%G1 30%3. 许用不服衡量的确定:精度等级Gee（毫米/秒

8、）转子类型的举例精密磨床主轴，磨轮及电枢，回转仪.1磨床驱动件,特殊要求的小型电枢，磁带录音机及留声机的驱动件.汽轮机和燃气轮机的转子，发电机的刚性转子，离心式压缩机的转子，机床驱动件，特殊 要求的中型和大型的电机转子,小型电机转子，汽轮机驱动的水泵转子.船用主汽轮机齿轮，离心分离机的转鼓、通风机，装配的航空用燃气机轮子，飞轮，水泵 叶轮,机床及一般机械的转动件,一般电机转子，特殊要求的发动机个别转动件.G1616特殊要求的驱动轴（螺旋桨轴，万向联轴节的轴），破碎机械的转动件，农业机械的转动件， 汽车，卡车和机车发动机（汽油机或柴油机）的个别转动件，特殊要求的六缸和多缸发动 机的曲轴驱动件.G

9、4040汽车车轮，轮纲、整套车轮、驱动轴，弹性装置六缸和多缸高速四冲程发动机（汽油 机和柴油机）的曲轴驱动件，汽车，卡车和机车发动机的曲轴驱动件.G100100六缸和多缸高速柴油发动机的曲轴驱动件，汽车、卡车、机车发动机（汽油机和柴 油机）的整机转子G250250固定装置四缸高速柴油发动机的曲轴驱动件G630630固定装置大型四冲程发动机的曲轴驱动件弹性装置船用柴油机的曲轴驱动件G16001600固定装置大型二冲程发动机的曲轴驱动件G40004000固定装置单数气缸低速船用柴油发动机的曲轴驱动件注：1、若n用转/分，s用弧度/秒测定，则s=2nn/60n/102、指曲轴驱动件是一个组合件,包含

10、曲轴、飞轮、离合器、皮带轮、 减振器和连杆的转动部分等.3、指活塞速度低于 9 米/秒为低速柴油机发动机， 活塞速度高于 9 米/秒为高速柴油机发动机4、发动机整机转子其重量包含注所述的曲轴驱动件的全部重量.许用静平衡在外圆处配重值计算公式为：m二 |e 叫XG/RX10000/ng许用动平衡在外圆处配重值计算公式为：m二e叫XG/RX10000/n/2g注： 1）后面除 2 是动平衡的两个端面处的每一端面的动平衡许用配重 值。2）其中：m许用配重值。gG工件重量。kge|选定的平衡精度等级数值。mm/sD/2； R工件半径。mms工件角速度。弧度/秒s二nXn/30(l/10) nn工件转速

11、。r/min4. 长辊筒许用不服衡量的确定:4.1 长辊筒的类别和动，静平衡的选择：根据一些资料介绍，辊筒的总长与辊面直径之比L/D大于12为长 辊筒，L/D大于20为细长辊筒，L/D大于30为超长辊筒.其细长辊 筒、超长辊筒，因细长，加工困难，易发生弯曲变形，是造成不服衡的一 项重要原因.辊筒的总长注:应包含轴径长度辊筒一般是由薄臂管和轴头焊接而成， 长辊筒、超长辊筒的工作速 度一般较低，在300-400转/分以下.平衡的选择，根据动，静平衡选择的 原则，大部分选用静平衡试验.4.2 长辊筒许用不服衡量的选择:4.2.1 长辊筒许用不服衡量的选择，可按上述图3和表1进行选取.例如:6850.

12、11.1-23 海绵辊，QD二 e900.50;辊面长 L=2700;总长 3070; 静重G=61;工作速 度为60转/分.根据动，静平衡选择的原则,L/D大于1,但工作速度很低60转/分, 故选取静平衡.根据表1中所述原则，此辊可按“机床及一般机械的转动件,一般电 机转子，特殊要求的发动机个别转动件”所同类等级，可选择平衡精度同 类等级为G6.3级.再按工作速度60转/分,核对图3,但图3中G.6.3级，最低速度为150转/分，故提高速度等级,按工作速度为150转/分进行核对，查得结果许用偏心量为400 m.即在重心处允许的偏心力矩为M=0.40XG=0.40X61Kg=24400 克.毫

13、米.转换成外圆处允许的偏心重为G =M/ R=24400 / 45=542.22克.外圆但从实际平衡作用上看，特别是长辊筒在直径较大，重量较重时，其转专换成外圆处的允许的偏心重G心数值，一般偏大,满足不了长辊筒实际 外圆工作的需要.4.2.2 根据日方静平衡加工的经验数据，其长辊筒在辊筒外圆处的许用不服衡量按(1 / 1000)G进行考核7按上述实例，即外圆处允许的偏心重为G=542.22克的数外圆外圆值相比，平衡的精度高出近9倍之多，.假设此长辊筒为刚性辊，加工后的直线度为0， 则从外圆允许的偏心重为G =61克，转换成重心处允许的偏心距为e=(61克XR)/ 外圆G=0.045毫米.即此辊

14、在刚性体的条件下，其重心只允许偏移0.045以下，否则超差分歧格.按此精度，以工作速度300 转/分，反查图3，得出相当于G1级以上的平衡精度.精度非常高.或根据静平衡的许用配重值公式计算为:将 m=50g, G=61kg， R=45mm，n=60 r/min 代入则:es二即在工作速度60转/分和情况下，外圆处为50克时其精度等级相当于G0.22级，比G1级高，比最高级G0.4级还高1倍之多。而此件长径比L / D=3070 / 90=34.1,其L/D之比大于30为超 长辊筒.加工中弯曲变形极难控制.而日方此件规定为外圆处允许偏 重值为50克，相当于是(1 / 1220)G允许的力矩值.其转换重心计算 只允许偏移0.0367以下，否则超差分歧格.此精度对如此超极易弯曲 变形长辊筒来说很难于包管的。综上所述，选取许用不服衡量时，应根据其具体的综合条件情况而定， 为此建议: 辊筒的总长与辊面直径之比L/D大于120，直径大于Q120,并具 有足够的配焊配重棒，块的设计结构及空间位置，其静平衡在外圆处 的许用不服衡量值,|可按(1 / 1000)G计算确定. 辊筒的总长与辊面直径之比L/D大于30，直径小于Q120,全长直线 度控制在7级精度以下的，建议其静平衡在外圆处的许用不