机械设计基础回转件的平衡课件.ppt

第8章 回转件的平衡,第8章 回转件的平衡,教学目标：掌握回转构件的动平衡和静平衡原理 教学重点和难点：,8-1 回转件平衡的目的,一、回转件的概念,机械中绕固定轴线作回转运动的构件称为回转件，或称转子。,二、回转件偏心质量离心力产生及危害,由于回转件结构不对称或者是制造不精确、安装不准确、材质不均匀等原因，都会导致其质心偏离回转轴，即整个回转件在转动时产生的离心力系不平衡，离心力系的合力（主向量）和合力偶矩（主矩）不等于零。,8-1 回转件平衡的目的一、回转件的概念机械中绕固定轴,如图所示，若回转构件以等角速度回转，其偏心质量为m，矢径为，则将产生一个作用在轴承上的离心惯性力，即：,力的方向随转子的转动而发生周期性变化。,在轴承中引起附加的动压力,使整个机械产生振动,附加的动压力和振动会带来什么样的后果呢?GO,GO,如图所示，若回转构件以等角速度回转，其偏心质量为m，矢,BACK,BACK,则回转件平衡的目的就是：,调整回转件的质量分布，使回转件工作时离心力达到平衡，以消除附加动压力，尽可能减轻有害的机械振动。,附加动压力减少轴承的寿命，降低机械效率。振动引起机械工作精度,机械的平衡是现代机械工程中一个重要问题，尤其在高速机械及精密机械中，进行机械的平衡就显得尤为重要。如精密机床主轴、电动机转子、发动机曲轴、一般汽轮机转子和各种回转式的叶轮等都需要进行平衡。,在机构中，由于构件的结构和运动形式不同，其所产生的惯性力的平衡原理与方法也不同。对于绕固定轴线回转的构件，其惯性力可以通过在该构件上增加或取出质量的方法予以平衡。这类构件就是所谓的回转件。回转件可以分为两大类：挠性回转件和刚性回转件。对于挠性回转件的平衡属于专门学科研究的内容。所以，刚性回转件的平衡问题是本章主要讨论的内容之一。,机械的平衡是现代机械工程中一个重要问题，尤其在高速机械及,8-2 回转件的平衡计算,回转件的平衡计算就是在已知组成回转件的各质量的大小和位置，用数学方法分析回转件达到平衡的条件，并求出所需平衡质量的大小和位置。,根据组成回转件各质量的不同分布，分为两种情况进行分析：（1）质量分布在同一回转面内（2）质量分布不在同一回转面内,8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算就是在已知组成,一、质量分布在同一回转面内,对于轴向尺寸较小的回转构件（bd0.2），如齿轮、带轮、飞轮、盘形凸轮等，其质量可以近似地认为是分布在与其轴线垂直的同一平面内。,这类转子的质心若不在其回转轴线上，则当转子回转时将会产生离心惯性力，产生不平衡现象。但是，由于其质量是在同一平面内，所以其惯性力也在同一平面内，不会形成力偶矩。对这类转子的不平衡现象我们称作静不平衡。,一、质量分布在同一回转面内对于轴向尺寸较小的回转构件（b,要使回转件达到平衡，应在回转件面内增加一质量，使其产生的离心力和原有质量产生的离心力的矢量和等于零，即应有：,即当回转件以匀速转动时，分布质量产生的离心力构成一平面汇交力系，如果回转件不平衡，则有：,要使回转件达到平衡，应在回转件面内增加一质量，使其产生的,式中质量与向经的乘积称为质经积，它表示各个质量所产生的离心力的相对大小和方向。,总质量总质心向经平衡质量平衡质量质心向经原有各质量及质心向经,平衡方程式表明：回转件平衡后，即总质心与回转轴线重合，回转件质量对回转轴线的静力矩为零。则回转件在任何位置保持静止而不自转，这种平衡称为静平衡（单面平衡）。,静平衡的条件是：分布于回转件上各个质量的离心力（或质经积）的向量和等于零，即回转件的质心与回转轴线重合。,平衡方程式表明：回转件平衡后，即总质心与回转轴线重,如图，如果某一静不平衡转子有偏心质量m1、m2、m3，它们的回转半径分别为、和，则当转子以角速度等速回转时，各偏心质量所产生的离心惯性力分别为：,例：,如图，如果某一静不平衡转子有偏心质量m1、m2、m3，它,讲述平衡质量mb的求作过程。,或在相反方向减去一平衡质量,讲述平衡质量mb的求作过程。或在相反方向,若在所需要平衡的回转面上不能安装平衡质量，如P105图8-2单缸曲轴，可以另选两个回转平面分别安装平衡质量来使回转件达到平衡。,若在所需要平衡的回转面上不能安装平衡质量，如P105图8,表明,该式表明,表该式表明,任一质经积都可用任选的两个平面内的两个质经积来代替。,若向经不变，任一质量都可用任选的两个回转平面内的两个质量来代替。,任一质经积都可用任选的两个平面内的两个质经积来代替。,二、质量分布不在同一回转面内,对于轴向尺寸较大（b/d或=0.2）的回转件，其质量的分布应看作是分布于垂直于轴线的许多互相平行的回转面内。如多缸发动机曲轴、电动机转子、汽轮机机转子和机床主轴等。这类回转件转动时各质量产生的离心力系不再是平面汇交力系，而是空间力系。因此不能采用在某一平面内加一平衡质量的静平衡方法来处理这类回转件转动时的不平衡。,二、质量分布不在同一回转面内对于轴向尺寸较大（b/d或,如右图所示的回转件，质量m1和m2分布在两个平面内,即满足静平衡条件,但由于各偏心质量所产生的离心惯性力不在同一回转平面内，因而将形成方向随回转件转动而周期性变化的惯性力偶矩，回转件仍处于不平衡状态，仍会在支承中引起附加的动载荷和造成机械振动。,如右图所示的回转件，质量m1和m2分布在两个平面内总质心,因此对轴向尺寸较大的回转件达到平衡，必须使各质量产生的离心力的合力和合力偶都等于零。,即：,因此对轴向尺寸较大的回转件达到平衡，必须使各质量产生的离,机械设计基础回转件的平衡课件,机械设计基础回转件的平衡课件,对回转面T其平衡方程为：,对回转面T其平衡方程为：,只要求出质经积和，并选定向经和后，就可确定和。,对回转面T其平衡方程为：对回转面T其平衡方程为：只要,因此可得出结论：,质量分布不在同一回转面内的回转件，只要分别在任选的两个回转面（即平衡平面或校正平面）内各加上适当的平衡质量就能达到完全平衡。这种类型的平衡称为动平衡或双面平衡（工业上）。,动平衡的条件是：回转件上各质量的离心力的向量和等于零，而且离心力所引起的力偶矩的向量和也等于零。,动平衡包含了静平衡的条件，故经动平衡的回转件一定也是静平衡的。但必须注意，静平衡的回转件却不一定是动平衡的。,因此可得出结论：质量分布不在同一回转面内的回转件，只要分,8-3 回转件的平衡试验,转子经过平衡计算，安装或去除了所需的平衡质量之后，只是在理论上解决了由于转子结构上有偏心而产生的不平衡问题。而由于制造、材料及安装等造成的不平衡，是我们在设计计算中无法解决的，这只能借助于平衡试验来解决。根据质量分布的特点，平衡试验试验方法也有两类，即静平衡试验和动平衡试验。,8-3 回转件的平衡试验转子经过平衡计算，安装或去除了,一、静平衡试验法,利用静平衡架，找出静不平衡回转件的不平衡质经积的大小和方向，并由此确定平衡质量的大小和位置，使质心移到回转件轴线上而达到平衡的方法称为静平衡试验法。,静平衡试验设备常用实验设备：,导轨式静平衡架和圆盘式静平衡架。,静平衡试验一般是针对于圆盘长经比b0.2的圆盘形回转件。,一、静平衡试验法利用静平衡架，找出静不平衡回转件的不平衡,1、导轨式静平衡架,这种平衡试验简单可靠，其精度也能满足一般生产需要，缺点是不能用于平衡两端轴经不等的回转件。,1、导轨式静平衡架试验架主要部分为水平安装的两条相互平行,二、圆盘式静平衡架,其支承由两个可以转动的圆盘组成，则回转件也可以在不平衡质量产生的重力作用下自由转动。其一端支承高度可调，因此可用于平衡两端轴经不等的回转件。平衡试验程序与前述相同。,其缺点是圆盘中心的滚动轴承容易弄脏而导致摩擦阻力矩增大，精度略低于导轨式平衡架。,二、圆盘式静平衡架其支承由两个可以转动的圆盘组成，则回转,二、动平衡试验法,对轴向尺寸较大（b/D0.2）或有特殊要求的重要回转件，一般都要进行动平衡。,令回转件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要平衡的质经积大小和方向，从而使回转件达到动平衡的方法称为动平衡试验法。,动平衡试验设备：,动平衡试验机,二、动平衡试验法对轴向尺寸较大（b/D0.2）或有特殊,现代的动平衡机大多采用电子测量技术测定转子的不平衡量。,如图所示为一电测动平衡机的原理示意图，它由驱动系统、试验支承系统和测量系统三个部分所组成。,现代的动平衡机大多采用电子测量技术测定转子的不平衡量。如,试验开始后，转子旋转产生的不平衡惯性力使支承振动，支承系统能保证支承按一定方向振动，以便传感器（6，7）拾取信号。振动信号经传感器输入到测量装置的解算电路（8）。经处理后，把信号解算出的不平衡质径积的大小，再经放大器（9）显示在指示表头上（10）。,试验开始后，转子旋转产生的不平衡惯性力使支承振动，支承系,而不平衡量引起振动的相位信号，则与光电头（11）采集的基准信号同时输入到鉴相器（12）中相比较、处理，得出质径积的相位，在表头（13）中输出。,而不平衡量引起振动的相位信号，则与光电头（11）采集的基,本章作业8-1，8-4，8-5,本章作业,