第6章机械的平衡精编版
36页1、 刚性转子的平衡计算 刚性转子的平衡实验 转子的许用不平衡量, 掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法,本章教学目的,本章教学内容,第六章 机械的平衡,刚性转子静、动平衡的原理和方法,本章教学重点,6-1 机械平衡的目的及内容,一、机械平衡的目的,示例1: 质量m=6.8kg的某航空电机的转子,工作转速为n=9000 r/min,若质心与转子轴线的偏距e=0.2 mm 该转子产生的离心惯性力为F=1208 N,为转子自重的18 倍。转子轴承处的动反力是静止状态轴承反力的18倍。转速越高,产生的惯性力越大。,示例2: 某航空发动机活塞的质量m=2.5kg,往复移动时的最大加速度为a=6900 m/s2 活塞作用在连杆上的惯性力为活塞自重的704倍。 由于活塞加速度的大小与方向随机构的位置而变化,所以活塞作用在连杆上的惯性力的大小与方向也随之变化。,因此,为了完全地或者部分地消除惯性力的不良影响,就必须设法将构件的不平衡惯性力加以消除或减少,这便是机械平衡的目的。,所有这些惯性力必将会造成机械磨损、效率的降低,引起机械及其基础产生振动,如果其振幅较大或者接近其共振频率时,必将产生不良的后果。,
2、二、机械平衡的内容,1、转子的平衡,转子:绕固定轴转动的构件。转子在工作过程中会产生较大的弯曲变形,从而使其惯性力显著增大。,在机械中由于各构件的结构和运动形式不同,其所产生的 惯性力和所采用的平衡方法也不完全相同,因此,机械的平衡 问题可以分为以下两大类:,刚性转子:转速低于一阶临界转速的转子。,挠性转子:工作转速大于一阶临界转速的转子。,转子的平衡:其惯性力和惯性力矩的平衡问题。,静平衡:只要求惯性力达到平衡;,动平衡:要求惯性力和惯性力矩都达到平衡。,对于这类构件,其惯性力可以利用在该构件上增加或除去一部分质量的方法予以平衡。,机构在机架上的平衡: 总惯性力和总惯性力矩在机架上得到完全或部分平衡。,2、机构的平衡,机构的平衡:一般是指存在有往复运动或平面复合运动构件的机构平衡。,惯性力和惯性力矩不可能在构件内部消除 所有构件上的惯性力和惯性力矩可合成为一个通过机构质心并作用于机架上的总惯性力和惯性力矩。,6-2 刚性转子的平衡计算,一、刚性转子的静平衡计算,1. 静不平衡,指质心不在回转轴线上轴向尺寸较小的盘状转子(b/D0.2),在转动时其偏心质量就会产生离心惯性力,从而在运动
3、副中引起附加动压力的不平衡现象。,2. 静平衡设计,通过在转子上增加或除去一部分质量,使质心与回转轴心重合以消除惯性力的不利影响的平衡设计方法。,转子的质量分布于垂直于回转轴线的同一平面内,1)根据转子结构定出偏心质量的大小和方位; 2)计算出为平衡偏心质量需添加的平衡质量的大小及方位; 3)在转子设计图上加上该平衡质量,以便使设计出来的转子在理论上达到平衡。,已知: 分布于同一回转平面内的偏心质量为m1, m2和m3 从回转中心到各偏心质量中心的向径为r1,r2 和r3。 当转子以等角速度转动时,各偏心质量所产生的离心惯性力分别为:F1,F2,F3。,增加一个平衡质量mb,其向径为rb 所产生的离心惯性力为Fb。,F1+F2+F3+Fb=0,质量与向径的乘积称为质径积,表示在同一转速下转子上各离心惯性力的相对大小和方位。,m和e分别为转子的总质量和总质心的向径; mi和ri分别为转子各个偏心质量及其质心的向径; mb和rb分别为所增加的平衡质量及其质心的向径。,转子平衡后,其总质心将与回转轴线相重合,即e = 0。,转子离心惯性力的计算公式为:,F=m r 2,根据质径积mbrb,确
4、定rb和平衡质量大小。 安装方向:向量图上所指的方向。,若转子的实际结构不允许在向径rb的方向上安装平衡质量,如何做?,为了使设计出来的转子质量不致过大,一般应尽可能将rb选大些,这样可使mb小些。,在向径rb的相反方向上去掉一部分质量来使转子得到平衡!,结论:,(1)静平衡的条件:分布于转子上的各个 偏心质量的离心惯性力的合力为零或质径积 的向量和为零。,(2)对于静不平衡的转子,无论它有多少个偏 心质量,都只需要适当地增加一个平衡质量即可 获得平衡。,对静不平衡的转子进行静平衡设计,不论转子有多少个不平 衡质量,都只需要在同一个平衡面内增加或去除一个平衡质量 即可获得平衡,故转子的静平衡设计又称作单面平衡。,二、刚性转子的动平衡计算,特点:轴向宽度较大,其质量分布在几个不同的回转平面内。,动不平衡问题:,对于这类转子,由于各个偏心质量分布在若干个不同的回转平面内,即使转子的质心在回转轴线上,但由于各个偏心质量所产生的惯性力不在同一个平面内,因而将形成惯性力偶矩,从而使得转子不平衡,并且这种不平衡只有在在转子运动的情况下才能显示出来。,径宽比b/D 0.2的转子(多缸发动机的曲柄、汽
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