1、第第8 8章章 回转件的平衡回转件的平衡教学目标：教学目标：掌握回转构件的动平衡和静平衡原理掌握回转构件的动平衡和静平衡原理 教学重点和难点：教学重点和难点：回转构件的动平衡和静平衡原理回转构件的动平衡和静平衡原理 讲授方法：讲授方法：应用多媒体课件教学应用多媒体课件教学一、回转件的概念一、回转件的概念机械中绕固定轴线作回转运动的构件称为机械中绕固定轴线作回转运动的构件称为回转回转件件，或称，或称转子转子。二、回转件偏心质量离心力产生及危害二、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
2、偏装不准确、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）和合力偶矩不平衡，离心力系的合力（主向量）和合力偶矩（主矩）不等于零。（主矩）不等于零。如图所示，若回转构件以等如图所示，若回转构件以等角速度回转，其偏心质量为角速度回转，其偏心质量为m m，矢径为，则将产生一个作用在矢径为，则将产生一个作用在轴承上的离心惯性力，即：轴承上的离心惯性力，即：r2rmF力的方向随转子的转动而发生周期性变化。力的方向随转子的转动而发生周期性变化。F在轴承中引起附加的动压力在轴承中引起附加的动压力使整个
3、机械产生振动使整个机械产生振动附加的动压力和振动会带附加的动压力和振动会带来什么样的后果呢来什么样的后果呢?GOGOGOGOBACKBACK附加动附加动压力压力减少轴承的寿命，降低机械效率。减少轴承的寿命，降低机械效率。振振动动引起机械工作精度和可靠性降低、零件材引起机械工作精度和可靠性降低、零件材料的疲劳损坏、噪声，周围设备和厂房建料的疲劳损坏、噪声，周围设备和厂房建筑受到影响甚至破坏。筑受到影响甚至破坏。则回转件平衡的目的就是：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，尽可能减轻有害力达到平衡，以消
4、除附加动压力，尽可能减轻有害的机械振动。的机械振动。机械的平衡是现代机械工程中一个重要问题，尤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。行平衡。在机构中，由于构件的结构和运动形式不同，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。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
5、线回转的构件，其惯性力可以通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类构件就是所谓的回转件回转件。回转件可以分为两大类：回转件可以分为两大类：挠性回转件挠性回转件和和刚性回刚性回转件转件。对于挠性回转件的平衡属于专门学科研究的。对于挠性回转件的平衡属于专门学科研究的内容。所以，内容。所以，刚性回转件刚性回转件的平衡问题是本章主要讨的平衡问题是本章主要讨论的内容之一论的内容之一。回转件的平衡计算就是在已知组成回转件的各质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
6、转件达到平衡的量的大小和位置，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。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：情况进行分析：（1 1）质量分布在同一回转面内）质量分布在同一回转面内（2 2）质量分布不在同一回转面内）质量分布不在同一回转面内一、质量分布在同一回转面内一、质量分布在同一回转面内对于轴向尺寸较小的回转对于轴向尺寸较小的回转构件（构件（b bd0.2db/d或或=0.2=0.2）的回转件，的回转件，其其质量质量的分布应看作的分布应看作是分布于垂直于轴线的许多互是分布
7、于垂直于轴线的许多互相平行的回转面内相平行的回转面内。如多缸发动机曲轴、电动机转。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。因此是空间力系。因此不能采用在某一平面内加一平衡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质量的静平衡方法来处理这类回转件转动时的不平衡衡。如右图所示的回转件，质如右图所示的回转件，质量量m1m1和和m2m2分布在两个平面内分布在两个平面内2121rrmm总质心总质心c c
8、在回转轴线上在回转轴线上02211rmrm即满足静平衡条件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衡状态，仍会在支承中引起附加的动载荷和造成机械振动。机械振动。因此因此对轴向尺寸较大的回转件达到平衡，必须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使各质量产生的离心力的合力和合力偶都等于零。即：即：00
9、MF333333mllmmllm222222mllmmllm111111mllmmllm对回转面对回转面TT其平衡方程为：其平衡方程为：033211rmrmrmrmbb对回转面对回转面TT其平衡方程为：其平衡方程为：0332211rmrmrmrmbb只要求出质经积和，并选定向只要求出质经积和，并选定向经和后，就可确定和。经和后，就可确定和。bbrmbbrmbrbrbmbm因此可得出结论：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）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
10、达到完全平衡。内各加上适当的平衡质量就能达到完全平衡。这种这种类型的平衡称为类型的平衡称为动平衡动平衡或或双面平衡双面平衡（工业上）（工业上）。动平衡的条件是：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。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。转件却不一定是动平衡的。转子经过平衡计算，安装或去除了所需的平转子经过平
11、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，据质量分布的特点，平衡试验试验方法也有两类，即即静平衡试验静平衡试验和和动平衡试验动平衡试验。一、静平衡试验法一、静平衡试验法利用静平衡架，找出静不平衡回转件的不平利用静平衡架，找出静不平衡回
12、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衡的方法称为静平衡试验法静平衡试验法。静平衡试验设备常用实验设备：静平衡试验设备常用实验设备：导轨式静平衡架导轨式静平衡架和和圆盘式静平衡架圆盘式静平衡架。静平衡试验一般是针对于圆盘长经比静平衡试验一般是针对于圆盘长经比b b0.20.2b/D0.2）或有特殊要求的）或有特殊要求的重要回转件，一般都要进行动平衡。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，然后在两个令回转件在动平衡试验机上
13、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方向，从而使回转件达到动平衡的方法称为动平衡动平衡试验法试验法。动平衡试验设备：动平衡试验设备：动平衡试验机动平衡试验机现代的动平衡机大多采用电子测量技术测定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。转子的不平衡量。如图所示为一电测如图所示为一电测动平衡机的原理示动平衡机的原理示意图，它由驱动系意图，它由驱动系统、试验支承系统统、试验支承系统和测量系统三个部和测量系统三个部分所组成。分所组成。试验开始后，转子旋转产生的不平衡惯性力使试验开始后
14、，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，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（以便传感器（6 6，7 7）拾取信号。振动信号经传感器）拾取信号。振动信号经传感器输入到测量装置的解算电路（输入到测量装置的解算电路（8 8）。经处理后，把信）。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（号解算出的不平衡质径积的大小，再经放大器（9 9）显示在指示表头上（显示在指示表头上（1010）。）。而不平衡量引起振动的相位信号，则与光电头而不平衡量引起振动的相位信号，则与光电头（1111）采集的基准信号同时输入到鉴相器（）采集的基准信号同时输入到鉴相器（1212）中）中相比较、处理，得出质径积的相位，在表头（相比较、处理，得出质径积的相位，在表头（1313）中输出。中输出。本章作业本章作业8-18-1，8-48-4，8-58-5
