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1、第第8章章 回转件的平衡回转件的平衡81 回转件平衡的目的回转件平衡的目的82 回转件的平衡计算回转件的平衡计算83 回转件的平衡试验回转件的平衡试验回转件(或转子)回转件(或转子) - 绕定轴作回转运动的构件。绕定轴作回转运动的构件。F=mr2当质心离回转轴的距离为当质心离回转轴的距离为r 时,离心力为:时,离心力为:81 回转件平衡的目的回转件平衡的目的F=Ge2/g举举例例:已已知知图图示示转转子子的的重重量量为为G=10 N,重重心心与与回回转转轴轴线线的的距距离离为为1 mm,转转速为速为n=3000 rpm, 求离心力求离心力F F的大小。的大小。=1010-323000/602/
2、9.8=100 N如果转速增加一倍如果转速增加一倍: n=6000 rpm F=400 N由由此此可可知知:不不平平衡衡所所产产生生的的惯惯性性力力(离离心力心力)对机械运转有很大的影响。对机械运转有很大的影响。N21N21N21GGFFe增加增加运动副的运动副的摩擦摩擦,降低机械的使用寿命。,降低机械的使用寿命。产生产生有害的有害的振动振动,使机械的工作性能恶化。,使机械的工作性能恶化。降低机械效率。降低机械效率。平平衡衡的的目目的的:研研究究惯惯性性力力分分布布及及其其变变化化规规律律(m、r),并并采采取取相相应应的的措措施施对对惯惯性性力力进进行行平平衡衡(mb、rb),从从而而减减小
3、小或或消消除除所所产产生生的的附附加加动动压压力力、减减轻轻振振动动、改善机械的工作性能和提高使用寿命。改善机械的工作性能和提高使用寿命。本章重点介绍刚性转子的平衡问题。本章重点介绍刚性转子的平衡问题。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:离离心心力力F力力的的大大小小方方向向始始终终都都在在变变化化,将将对对运运动动副副产产生动压力。生动压力。刚性转子的不平衡,是由结构不对称、材料缺陷以及制造误差等原因而使质量分布不均匀,而产生离心惯性力系的不平衡。特特点点:若若重重心心不不在在回回转转轴轴线线上上,则则在在静静止止状状态态下下,无无论论其其重重心心初初始始在在何何
4、位位置置,最最终终都都会会落落在在轴轴线线的的铅铅垂垂线线的的下下方方,这这种种不不平平衡衡现现象象在在静静止止状状态态下下就就能能表表现现出出来来,故故称称为为静不平衡静不平衡。一、质量分布在同一回转面内一、质量分布在同一回转面内平平衡衡原原理理:在在重重心心的的另另一一侧侧加加上上一一定定的的质质量量,或或在在重重心心同同侧侧去去掉掉一一些些质质量量,使使质质心心位位置置落落在在回回转转轴轴线线上上,而使离心惯性力达到平衡。而使离心惯性力达到平衡。适用范围:适用范围:轴向尺寸较小的盘形转子轴向尺寸较小的盘形转子(B/D0.2B/D= F Fi i= mi2riF Fi im1m2m3r2r
5、1r3P3P1P2称称miri为为质径积质径积平衡配重所产生的离心惯性力为:平衡配重所产生的离心惯性力为: 总离心惯性力的合力为:总离心惯性力的合力为: Fb=mb2rb ? ? 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) )。m3r3mbrbm2r2m1r1F F = Fb + +F Fi = 0m2e = mb2rb + m12r1 + m22r2+ m32r3 =0 me = mbrb + m1r1 + m2r2+ m3r3 = 0 Fbme = mbrb + m1r1 + m2r2+ m3r3 = 0 很显然,回转件平衡后:很显然,回转件平衡后:e=0回
6、转件质量对轴线产生的静力矩:回转件质量对轴线产生的静力矩:mge = 0静平衡或单面平衡静平衡或单面平衡该回转件在任意位置将保持静止:该回转件在任意位置将保持静止:如图由于实际结构不允许在偏心质量所在平面内安装平衡配重,也不允许去掉不平衡重量。T T”m1m2m平平衡衡面面内内不不允允许许安安装装平平衡衡配配重重时时,可可分分解解到到任任意意两两个个平平衡衡面面内进行平衡内进行平衡。ll l”FbFbF”bm1m2m由由理理论论力力学学可可知知:一一个个力力可可以以分分解成两个与其解成两个与其平行平行的两个分力。的两个分力。两者等效的条件是:两者等效的条件是: TT”mb将将 代入求解,得:代
7、入求解,得:若取:若取:rrb b=r”=r”b b= =r rb b ,则有:则有: 消去公因子2,得:r rb br rb br”r”b b重要结论:重要结论:某一回转平面内的不平衡质量某一回转平面内的不平衡质量m m,可以在两个任选的回转平面内可以在两个任选的回转平面内进行平衡。进行平衡。m1m2m二、质量分布不在同一回转面内二、质量分布不在同一回转面内mb TT”LF1F2图图示示凸凸轮轮轴轴的的偏偏心心质质量量不不在在同同一一回回转转平平面面内内,但但质质心心在在回回转转轴轴上上,在在任任意意静静止止位位置置,都都处处于于平平衡衡状状态。态。惯性力偶矩:惯性力偶矩: 运动时有:运动时
8、有:F F1 1+F+F2 2 = 0 = 0 M=FM=F1 1L=FL=F1 1L L0 0这种在静止状态下处于平衡,而运动状态下呈现不平这种在静止状态下处于平衡,而运动状态下呈现不平衡,称为动不平衡。对此类转子的平衡,称为衡,称为动不平衡。对此类转子的平衡,称为动平衡。动平衡。适适用用对对象象:轴轴向向尺尺寸寸较较大大(B/D0.2)(B/D0.2)的的转转子子,如如内内燃燃机机中中的的曲曲轴轴和和凸凸轮轮轴轴、电电机机转转子子、机机床床主主轴轴等等都都必必须须按按动动平衡来处理。平衡来处理。理理由由:此此类类转转子子由由于于质质量量分分布布不不在在同同一一个个平平面面内内,离离心心惯惯
9、性性力力将将形形成成一一个个不不汇汇交交空空间间力力系系,故故不不能能按按静静平平衡处理。衡处理。任意空间力系的平衡条件为:任意空间力系的平衡条件为:F Fi i = 0, M = 0, Mi i=0=0TT”F2F1F3F”2F”3F”1m2m3m1lr1F2r2F3r3F1选定两个回转平面和作为平衡基面用来加装或去掉平衡质量。将三个离心惯性力往平面和上分解。l”1l1l”2l2l”3l3动平衡计算方法:动平衡计算方法:TT”m2m3m1lr1F2r2F3r3F1l”1l1l”2l2l”3l3F1m1F3m3F2m2F”1m”1F”3m”3F”2m”2TT”m2m3m1lr1F2r2F3r3
10、F1l”1l1l”2l2l”3l3F1m1F2F3m3F”1m1F”2F”3m3m3r3m1r1m2r2mbrbm”3r3m”1r1m”2r2m”br”b mbrb + m1r1 + m2r2+ m3r3 = 0 m”br”b + m”1r1 + m”2r2+ m”3r3 = 0 FbmbrbF”bm”br”b作图法求解作图法求解空间力系的平衡空间力系的平衡两个平面汇交力系的平衡问题。两个平面汇交力系的平衡问题。结论:结论:对对于于动动不不平平衡衡的的转转子子,无无论论其其具具有有多多少少个个偏偏心心质质量量以以及及分分布布在在多多少少个个回回转转平平面面内内,都都只只要要在在选选定定的的平平
11、衡衡基基面面内内加加上上或或去去掉掉平平衡衡质质量量,即即可可获获得得完完全全平平衡衡。故故动动平衡又称为平衡又称为双面平衡。双面平衡。经过计算,在理论上是平衡的转子,由于制造误差、材质不均匀、安装误差等因素,使实际转子达不到预期的衡量。只有通过实验方法予以平衡。123 刚性转子的平衡实验刚性转子的平衡实验一、静平衡实验一、静平衡实验导轨导轨式平衡架式平衡架特点:特点:结构简单、精度高,但两刀口平行、调整困难,且结构简单、精度高,但两刀口平行、调整困难,且要要求两轴端直径相同求两轴端直径相同。一般要经过多次实验才能找准,工作效。一般要经过多次实验才能找准,工作效率低,不适合批量生产率低,不适合
12、批量生产。导轨式静平衡导轨式静平衡架架OOQSQS导轨式静平衡导轨式静平衡架架QSOOQS导轨式静平衡导轨式静平衡架架QSOOQS导轨式静平衡导轨式静平衡架架QSOOQS导轨式静平衡导轨式静平衡架架QSOOQS滚子式平衡架:滚子式平衡架:特点:特点:使用方便,可平衡两端轴颈不等的回转件,使用方便,可平衡两端轴颈不等的回转件,但精度较低。但精度较低。Q QQ Q二、动平衡实验二、动平衡实验mmrrTTT”T”1 12 23 34 45 5根据强迫振动理论有:根据强迫振动理论有:Z=Z=mrmr用标准转子测得:用标准转子测得:ZZ0 0=m=m0 0rr0 0 = Z= Z0 0/m/m0 0rr
13、0 0 不平衡质径积:不平衡质径积: mr= Z/mr= Z/m”m”r”r”3 34 4TTT”T”m”m”mmrr1 12 25 5r”r”3 34 4TTT”T”m”m”mmrr1 12 25 5r”r”TTT”T”m”m”mmrr1 12 23 34 45 5r”r”ZZ本章重点本章重点掌握静平衡和动平衡的计算方法。掌握静平衡和动平衡的计算方法。熟悉静平衡和动平衡的实验方法。熟悉静平衡和动平衡的实验方法。1.回转件的平衡要解决的主要问题是设法消除回转件回转件的平衡要解决的主要问题是设法消除回转件在运转过程中所产生在运转过程中所产生 的和的和 。2.回转件平衡条件不同可分为回转件平衡条件
14、不同可分为 和和 条件。条件。各自是各自是 。3.静平衡只需在静平衡只需在 平衡平面中增减平衡质量;动平衡至平衡平面中增减平衡质量;动平衡至少要在少要在 个选定的平衡平面中增减平衡质量,方能解个选定的平衡平面中增减平衡质量,方能解决转子的不平衡问题。决转子的不平衡问题。4. 符合静平衡条件的回转构件,其质心位置在符合静平衡条件的回转构件,其质心位置在。静不平衡的回转构件,由于重力矩的作用,停止时,。静不平衡的回转构件,由于重力矩的作用,停止时,质心必定在质心必定在位置上,由此可确定应加上或位置上,由此可确定应加上或去除平衡质量的方向。去除平衡质量的方向。5.回转构件的直径回转构件的直径D和轴向宽度和轴向宽度b之比之比D/b符合符合条件条件的回转构件,只需满足静平衡条件就能平稳地回转。如不的回转构件,只需满足静平衡条件就能平稳地回转。如不平衡,可在平衡,可在个校正平面上适当地加上或去除平个校正平面上适当地加上或去除平衡质量就能获得平衡。衡质量就能获得平衡。回回转件运转过程中由周期性波动引起的振动和由回转件运转过程中由周期性波动引起的振动和由回转件不平衡引起的振动一样吗?产生这些振动的原转件不平衡引起的振动一样吗?产生这些振动的原因是什么?并说明能否在理论上和实践上消除这两因是什么?并说明能否在理论上和实践上消除这两种振动。种振动。