廣東海洋大學(xué)機械原理第六章課件

1、第六章第六章 機械的平衡61 機械平衡的目的及內(nèi)容機械平衡的目的及內(nèi)容62 剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算 63 剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗64 轉(zhuǎn)子的許用不平衡量轉(zhuǎn)子的許用不平衡量65 平面機構(gòu)的平衡平面機構(gòu)的平衡作者：潘存云教授回轉(zhuǎn)件（或轉(zhuǎn)子）回轉(zhuǎn)件（或轉(zhuǎn)子） - 繞定軸作回轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件。繞定軸作回轉(zhuǎn)運動的構(gòu)件。F=mr2當質(zhì)心離回轉(zhuǎn)軸的距離為當質(zhì)心離回轉(zhuǎn)軸的距離為r 時，離心力為：時，離心力為：F=ma=Ge2/g舉例：舉例：已知圖示轉(zhuǎn)子的重量為已知圖示轉(zhuǎn)子的重量為G=10 N，重心與回轉(zhuǎn)軸線的距離為重心與回轉(zhuǎn)軸線的距離為1 mm，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為速為n=3000 rpm, 求

2、離心力求離心力F F的大小。的大小。=1010-323000/602/9.8=100 N如果轉(zhuǎn)速增加一倍如果轉(zhuǎn)速增加一倍: n=6000 rpm F=400 N由此可知：不平衡所產(chǎn)生的慣性力對由此可知：不平衡所產(chǎn)生的慣性力對機械運轉(zhuǎn)有很大的影響。機械運轉(zhuǎn)有很大的影響。 大小方向變化N21N21N21GGFFe61 機械平衡的目的及內(nèi)容機械平衡的目的及內(nèi)容一、平衡的目的一、平衡的目的增加運動副的摩擦，降低機械的使用壽命。增加運動副的摩擦，降低機械的使用壽命。產(chǎn)生有害的振動，使機械的工作性能惡化。產(chǎn)生有害的振動，使機械的工作性能惡化。降低機械效率。降低機械效率。平衡的目的：平衡的目的：研究慣性力分

3、布及其變化規(guī)律，并采研究慣性力分布及其變化規(guī)律，并采取相應(yīng)的措施對慣性力進行平衡，從而減小或消除取相應(yīng)的措施對慣性力進行平衡，從而減小或消除所產(chǎn)生的附加動壓力、減輕振動、改善機械的工作所產(chǎn)生的附加動壓力、減輕振動、改善機械的工作性能和提高使用壽命。性能和提高使用壽命。本章重點介紹剛性轉(zhuǎn)子的平衡問題。本章重點介紹剛性轉(zhuǎn)子的平衡問題。附加動壓力會產(chǎn)生一系列不良后果：附加動壓力會產(chǎn)生一系列不良后果：離心力離心力F力的大小方向始終都在變化，將對運動副產(chǎn)力的大小方向始終都在變化，將對運動副產(chǎn)生動壓力。生動壓力。所謂剛性轉(zhuǎn)子的不平衡，是指由于結(jié)構(gòu)不對稱、材料缺陷以及制造誤差等原因而使質(zhì)量分布不均勻，致使中

4、心慣性主軸與回轉(zhuǎn)軸線不重合，而產(chǎn)生離心慣性力系的不平衡。根據(jù)平衡條件的不同，又可分為靜平衡和動平衡兩種情況。作者：潘存云教授作者：潘存云教授二、平衡的內(nèi)容二、平衡的內(nèi)容1.回轉(zhuǎn)件的平衡回轉(zhuǎn)件的平衡a)剛性轉(zhuǎn)子的平衡剛性轉(zhuǎn)子的平衡工作轉(zhuǎn)速工作轉(zhuǎn)速n(0.60.75)ne1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子一階自振頻率。可忽略運動時一階自振頻率。可忽略運動時的軸線變形。平衡時可采用理的軸線變形。平衡時可采用理論力學(xué)力系平衡的原理。論力學(xué)力系平衡的原理。當轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速當轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速n(0.60.75)ne1，且重量和跨度較大，運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)且重量和跨度較大，運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生較大的變形，使離心慣性力大生較大的變形，使離心慣性力大大增加

5、。此類問題復(fù)雜，有專門大增加。此類問題復(fù)雜，有專門的學(xué)科論述。的學(xué)科論述。b)撓性轉(zhuǎn)子的平衡撓性轉(zhuǎn)子的平衡根據(jù)構(gòu)件運動特點形式的不同，平衡問題可歸納為如下兩個方面：靜止靜止運動運動2)機構(gòu)的平衡機構(gòu)的平衡 對平面連桿機構(gòu)，由于作往復(fù)運動和平面運動的對平面連桿機構(gòu)，由于作往復(fù)運動和平面運動的構(gòu)件總是存在加速度，就單個構(gòu)件而言，是無法平衡構(gòu)件總是存在加速度，就單個構(gòu)件而言，是無法平衡的。但可以將整個機構(gòu)一并考慮，采取措施對總的慣的。但可以將整個機構(gòu)一并考慮，采取措施對總的慣性力或慣性力矩進行平衡。性力或慣性力矩進行平衡。本章重點介紹本章重點介紹剛性轉(zhuǎn)子的平衡剛性轉(zhuǎn)子的平衡問題。問題。結(jié)構(gòu)不對稱結(jié)構(gòu)

6、不對稱材材 料料 缺缺 陷陷制制 造造 誤誤 差差質(zhì)量分布質(zhì)量分布不均勻不均勻中心慣性主軸與中心慣性主軸與回轉(zhuǎn)軸線不重合回轉(zhuǎn)軸線不重合離心慣性力系的不平衡離心慣性力系的不平衡 靜平衡靜平衡分類分類 動平衡動平衡所謂剛性轉(zhuǎn)子的不平衡，是指由于作者：潘存云教授特點：特點：若重心不在回轉(zhuǎn)軸線若重心不在回轉(zhuǎn)軸線上，則在靜止狀態(tài)下，無論上，則在靜止狀態(tài)下，無論其重心初始在何位置，最終其重心初始在何位置，最終都會落在軸線的鉛垂線的下都會落在軸線的鉛垂線的下方這種不平衡現(xiàn)象在靜止狀方這種不平衡現(xiàn)象在靜止狀態(tài)下就能表現(xiàn)出來，故稱為態(tài)下就能表現(xiàn)出來，故稱為靜平衡。靜平衡。 如自行車輪一、質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)一

7、、質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)( (靜平衡靜平衡) )平衡原理：平衡原理：在重心的另一側(cè)加上一定的質(zhì)量，或在重在重心的另一側(cè)加上一定的質(zhì)量，或在重心同側(cè)去掉一些質(zhì)量，使質(zhì)心位置落在回轉(zhuǎn)軸線上，心同側(cè)去掉一些質(zhì)量，使質(zhì)心位置落在回轉(zhuǎn)軸線上，而使離心慣性力達到平衡。而使離心慣性力達到平衡。適用范圍：適用范圍：軸向尺寸較小的盤形轉(zhuǎn)子軸向尺寸較小的盤形轉(zhuǎn)子（B/D0.2B/D= F Fi i= mi2ri作者：潘存云教授m1m2m3P3P1P2稱稱miri為為質(zhì)徑積質(zhì)徑積平衡配重所產(chǎn)生的離心慣性力為：平衡配重所產(chǎn)生的離心慣性力為： 總離心慣性力的合力為：總離心慣性力的合力為： PbrbFb=mb2rb ？

8、？ 可用圖解法求解此矢量方程可用圖解法求解此矢量方程( (選定比例選定比例w) )。 約掉公因式m3r3mbrbm2r2m1r1F F = Fb + +FFi = 0m2e = mb2rb + m12r1 + m22r2+ m32r3 =0 me = mbrb + m1r1 + m2r2+ m3r3 = 0 r2r1r3作者：潘存云教授me = mbrb + m1r1 + m2r2+ m3r3 = 0 很顯然，回轉(zhuǎn)件平衡后：很顯然，回轉(zhuǎn)件平衡后：e=0回轉(zhuǎn)件質(zhì)量對軸線產(chǎn)生的靜力矩：回轉(zhuǎn)件質(zhì)量對軸線產(chǎn)生的靜力矩：mge = 0靜平衡或單面平衡靜平衡或單面平衡該回轉(zhuǎn)件在任意位置將保持靜止：該回轉(zhuǎn)件

9、在任意位置將保持靜止：從理論上講，對于偏心質(zhì)量分布在多個運動平面內(nèi)的轉(zhuǎn)子，對每一個運動按靜平衡的方法來處理（加減質(zhì)量），也是可以達到平衡的。問題是由于實際結(jié)構(gòu)不允許在偏心質(zhì)量所在平面內(nèi)安裝平衡配重，也不允許去掉不平衡重量(如凸輪軸、曲軸、電機轉(zhuǎn)子等)。解決問題的唯一辦法就是將平衡配重分配到另外兩個平面I、II內(nèi)。 IIIm1m2m 平衡面內(nèi)不允許安裝平衡配平衡面內(nèi)不允許安裝平衡配重時，可分解到任意兩個平衡重時，可分解到任意兩個平衡面內(nèi)進行平衡。面內(nèi)進行平衡。作者：潘存云教授Ll1FbFbIFbIIm1m2m由理論力學(xué)可知：一個力可以分由理論力學(xué)可知：一個力可以分解成兩個與其解成兩個與其平行平行

10、的兩個分力。的兩個分力。兩者等效的條件是：兩者等效的條件是：bbIIFLlLF1bbIFLlF1bbIIbIFFF1lFLFbbI IIImb若?。喝羧。簉 rbIbI=r=rbIIbII=r=rb b ，則有：則有： bbbIbIrmLlrm1bbbIIbIIrmLlLrm1消去公因子2，得：bbImLlm1bbIImLlLm1r rb br rbIbIr rbIIbII得：得：強調(diào)重要結(jié)論作者：潘存云教授作者：潘存云教授重要結(jié)論：重要結(jié)論： 某一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的不平衡質(zhì)某一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的不平衡質(zhì)量量m m，可以在兩個任選的回轉(zhuǎn)平可以在兩個任選的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)進行平衡。面內(nèi)進行平衡。m1m2m二、質(zhì)量

11、分布不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)（動平衡）二、質(zhì)量分布不在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)（動平衡）mb IIILF1 F2 圖示凸輪軸的偏心質(zhì)量不在圖示凸輪軸的偏心質(zhì)量不在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，但質(zhì)心在回轉(zhuǎn)同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，但質(zhì)心在回轉(zhuǎn)軸上，在任意靜止位置，都處于軸上，在任意靜止位置，都處于平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)。慣性力偶矩：慣性力偶矩： 運動時有：運動時有：F F1 1+F+F2 2 = 0 = 0 M=FM=F1 1L=FL=F1 1L L0 0這種在靜止狀態(tài)下處于平衡，而運動狀態(tài)下呈現(xiàn)不平這種在靜止狀態(tài)下處于平衡，而運動狀態(tài)下呈現(xiàn)不平衡，稱為動不平衡。對此類轉(zhuǎn)子的平衡，稱為衡，稱為動不平衡。對此類轉(zhuǎn)子的平衡，稱為動平衡。動平衡。

12、適用對象：適用對象：軸向尺寸較大軸向尺寸較大(B/D0.2)(B/D0.2)的轉(zhuǎn)子，如內(nèi)燃的轉(zhuǎn)子，如內(nèi)燃機中的曲軸和凸輪軸、電機轉(zhuǎn)子、機床主軸等都必須機中的曲軸和凸輪軸、電機轉(zhuǎn)子、機床主軸等都必須按動平衡來處理。按動平衡來處理。理由：理由：此類轉(zhuǎn)子由于質(zhì)量分布不在同一個平面內(nèi)，離此類轉(zhuǎn)子由于質(zhì)量分布不在同一個平面內(nèi)，離心慣性力將形成一個心慣性力將形成一個不匯交不匯交空間力系，故不能按靜平空間力系，故不能按靜平衡處理。衡處理。任意空間力系的平衡條件為：任意空間力系的平衡條件為：FFi i = 0, M = 0, Mi i=0=0作者：潘存云教授作者：潘存云教授IIIF2IF1IF3IF2IIF3

13、IIF1IIm2m3m1Lr1F2r2F3r3F1首先在轉(zhuǎn)子上選定兩個回轉(zhuǎn)平面和作為平衡基面，該平面用來加裝或去掉平衡質(zhì)量。將三個不同回轉(zhuǎn)面內(nèi)的離心慣性力往平面和上分解。l1l2動平衡的計算方法：動平衡的計算方法：l3FLlFI1FLlLFII1直接引用前述結(jié)論得：直接引用前述結(jié)論得：FFIFIIr rI I=r=r=r=rIIIILl1作者：潘存云教授111FLlFI111FLlLFII動平衡的計算方法：動平衡的計算方法：IIIm2m3m1Lr1F2IF2IIF2r2F3IF3IIF3r3F1IF1IIF1l1l2l3222FLlFI222FLlLFII333FLlFI333FLlLFII離

14、心慣性力離心慣性力分解結(jié)果：分解結(jié)果：作者：潘存云教授IIILF2F3F1m1Im3Im2Im1IIm3IIm2IIm2m3m1l1l2l3r1r2r3111mLlmI111mLlLmII222mLlmI222mLlLmII333mLlmI333mLlLmII不平衡質(zhì)量不平衡質(zhì)量分解結(jié)果：分解結(jié)果：作者：潘存云教授m3Ir3m1Ir1m2Ir2mbIrbIm3IIr3m1IIr1m2IIr2mbIIrbII mbIrbI + m1Ir1 + m2Ir2+ m3Ir3 = 0 mbIIrbII + m1IIr1 + m2IIr2+ m3IIr3 = 0 FbImbIrbI作圖法求解作圖法求解空間

15、力系的平衡空間力系的平衡兩個平面匯交力系的平衡問題。兩個平面匯交力系的平衡問題。FbIImbIIrbIIIIILF2F3F1F1IF3IF2Im1Im3Im2IF1IIF3IIF2IIm1IIm3IIm2IIm2m3m1l1l2l3r1r2r3結(jié)論：結(jié)論： 對于對于動不平衡動不平衡的轉(zhuǎn)子，無論其具有多少個偏心質(zhì)的轉(zhuǎn)子，無論其具有多少個偏心質(zhì)量以及分布在多少個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，都只要在兩個選定量以及分布在多少個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，都只要在兩個選定的平衡基面內(nèi)加上或去掉平衡質(zhì)量，即可獲得完全平的平衡基面內(nèi)加上或去掉平衡質(zhì)量，即可獲得完全平衡。故動平衡又稱為衡。故動平衡又稱為雙面平衡。雙面平衡。經(jīng)過計算，在理論上

16、是平衡的轉(zhuǎn)子，由于制造誤差、材質(zhì)不均勻、安裝誤差等因素，使實際轉(zhuǎn)子存在不平衡量。要徹底消除不平衡，只有通過實驗方法測出其不平衡質(zhì)量的大小和方向。然后通過增加或除去平衡質(zhì)量的方法予以平衡。作者：潘存云教授作者：潘存云教授63 剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗一、靜平衡實驗一、靜平衡實驗導(dǎo)軌導(dǎo)軌式平衡架式平衡架導(dǎo)軌式靜平衡導(dǎo)軌式靜平衡架架OOQSQS導(dǎo)軌式靜平衡導(dǎo)軌式靜平衡架架QSOOQS導(dǎo)軌式靜平衡導(dǎo)軌式靜平衡架架QSOOQS導(dǎo)軌式靜平衡導(dǎo)軌式靜平衡架架QSOOQS導(dǎo)軌式靜平衡導(dǎo)軌式靜平衡架架QSOOQS特點：特點：結(jié)構(gòu)簡單、精度高，但兩刀口平行、調(diào)整困結(jié)構(gòu)簡單、精度高，但兩刀口平行、調(diào)整困

17、難，且要求兩軸端直徑相同。一般要經(jīng)過多次實驗難，且要求兩軸端直徑相同。一般要經(jīng)過多次實驗才能找準，工作效率低，不適合批量生產(chǎn)才能找準，工作效率低，不適合批量生產(chǎn)。作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授滾子式平衡架：滾子式平衡架：單擺式平衡架：單擺式平衡架：特點：特點：使用方便，使用方便，但精度較低。但精度較低。特點：特點：工作效率高。工作效率高。Q QQ QQ QQ Q作者：潘存云教授二、動平衡實驗二、動平衡實驗mmrrTTT”T”1 12 23 34 45 5根據(jù)強迫振動理論有：根據(jù)強迫振動理論有：Z=mr Z=mr 成正比 用標準轉(zhuǎn)子測得：用標準轉(zhuǎn)子測得：ZZ0 0=m=m0 0

18、rr0 0 = Z= Z0 0/m/m0 0rr0 0 不平衡質(zhì)徑積：不平衡質(zhì)徑積： 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作者：潘存云教授作者：潘存云教授TTT”T”m”m”mmrr1 12 23 34 45 5r”r”確定相位差確定相位差TTOO1 1OO2 2TT1 1OO1 1TT1 1OO2 2TT1 1OO1 1mm 擺架位于最高點時，不平衡質(zhì)量不在正上方，擺架位于最高點時，不平衡

19、質(zhì)量不在正上方，而是處在沿回轉(zhuǎn)方向超前角而是處在沿回轉(zhuǎn)方向超前角的位置。的位置。稱為強迫振動相位差。稱為強迫振動相位差。作者：潘存云教授作者：潘存云教授2 2(b)(b)(a)(a)1 11 12 2H H1 1H H2 2將圖（將圖（b b）轉(zhuǎn)動）轉(zhuǎn)動 2-22-2后與圖（后與圖（a a）疊加，）疊加，1 1(c)(c)H H1 1H H2 22 21 12 2不平衡質(zhì)量位于不平衡質(zhì)量位于H H1 1與與H H2 2連線的中垂線上。連線的中垂線上。筆尖會劃出一小段圓弧,中點取為最高點。 作者：潘存云教授64 轉(zhuǎn)子的許用不平衡量轉(zhuǎn)子的許用不平衡量由于實驗設(shè)備本身精度的影響，經(jīng)過實驗平衡的轉(zhuǎn)子，

20、實際上不可避免還存在一些殘余的不平衡量。要想進一步減小其不平衡量，就得使用更精密的平衡裝置和更高的平衡技術(shù)。但這意味著要提高生產(chǎn)成本，從合理降低生產(chǎn)成本而言，在滿足使用要求的前提下，使用的平衡設(shè)備越簡單越好。因此，根據(jù)工作要求，對轉(zhuǎn)子規(guī)定一個適用的許用不平衡量是完全有必要的。許用不平衡量的兩種表示法：許用不平衡量的兩種表示法：使用時參照使用時參照ISO標準標準P141表表61的推薦值。的推薦值。 1.)偏心距偏心距e;平衡精度：平衡精度：Ae/1000 e1000 A/mrImeb /(a+b)不平衡質(zhì)徑積：不平衡質(zhì)徑積： mrme靜平衡時，可直接采用以上值。而動平衡時，應(yīng)靜平衡時，可直接采用

21、以上值。而動平衡時，應(yīng)將以上值分解到兩個平衡基面上，即：將以上值分解到兩個平衡基面上，即：abIII2.)質(zhì)徑積質(zhì)徑積mr 兩者關(guān)系：兩者關(guān)系： emr/ mmrIImea /(a+b)作者：潘存云教授平衡等級平衡等級G平衡精度平衡精度表表6-1 各種典型轉(zhuǎn)子的平衡等級和許用不平衡量各種典型轉(zhuǎn)子的平衡等級和許用不平衡量典典 型型 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 子子 舉舉 例例eA1000 (mm/s)G4000 4000G1600 1600剛性安裝的具有奇數(shù)汽缸的低速船用柴油機曲軸剛性安裝的具有奇數(shù)汽缸的低速船用柴油機曲軸傳動裝置傳動裝置剛性安裝的大型二沖程發(fā)動機曲軸傳動裝置剛性安裝的大型二沖程發(fā)動機曲軸傳動裝置剛性

22、安裝的高速四沖程發(fā)動機曲軸傳動裝置；彈剛性安裝的高速四沖程發(fā)動機曲軸傳動裝置；彈性安裝船用柴油機曲軸傳動裝置性安裝船用柴油機曲軸傳動裝置G630 630 .G2.5 2.5燃氣輪機和汽輪機、透平壓縮機、機床傳動裝置、燃氣輪機和汽輪機、透平壓縮機、機床傳動裝置、特殊要求的中、大型電機轉(zhuǎn)子、小型電機轉(zhuǎn)子等。特殊要求的中、大型電機轉(zhuǎn)子、小型電機轉(zhuǎn)子等。磁帶錄音機傳動裝置、磨床傳動裝置、特殊要求磁帶錄音機傳動裝置、磨床傳動裝置、特殊要求的小型電機轉(zhuǎn)子。的小型電機轉(zhuǎn)子。精密磨床的主軸、砂輪盤及電機轉(zhuǎn)子陀螺儀。精密磨床的主軸、砂輪盤及電機轉(zhuǎn)子陀螺儀。G1 1G0.4 0.4對于作平面運動或往復(fù)移動的構(gòu)件，

23、不能通過加減質(zhì)量的方法對單個構(gòu)件的慣性力進行平衡，而應(yīng)從整個機構(gòu)來考慮平衡問題。65 平面機構(gòu)的平衡平面機構(gòu)的平衡所謂對機構(gòu)的平衡，就是對所謂對機構(gòu)的平衡，就是對總慣性力和總慣性力偶矩進總慣性力和總慣性力偶矩進行平衡行平衡, 即：即： 設(shè)機構(gòu)的總質(zhì)量為設(shè)機構(gòu)的總質(zhì)量為m，其質(zhì)心的加速度為，其質(zhì)心的加速度為as，機機構(gòu)總慣性力為：構(gòu)總慣性力為：機構(gòu)平衡的原理：機構(gòu)平衡的原理： 通過添加平衡配重使機構(gòu)的質(zhì)心靜止不動。通過添加平衡配重使機構(gòu)的質(zhì)心靜止不動。要使要使P=0，必有，必有: as 0機構(gòu)的質(zhì)心必須始終靜止不動。機構(gòu)的質(zhì)心必須始終靜止不動。當機構(gòu)運動時，各構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力可以合成為一個通過

24、質(zhì)心的總慣性力和一個總慣性力偶矩，它們都全部由機座來承受。P =0 M=0有完全平衡和部分兩種處理方法Pm as作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授AD123BC1. 完全平衡完全平衡1)利用對稱機構(gòu)平衡利用對稱機構(gòu)平衡應(yīng)用實例：應(yīng)用實例： ZG12-6型高速冷鐓機型高速冷鐓機 重心重心重心重心2)利用平衡質(zhì)量平衡利用平衡質(zhì)量平衡圖示機構(gòu)中，構(gòu)件圖示機構(gòu)中，構(gòu)件2的質(zhì)量的質(zhì)量m2可以可以用兩個集中在用兩個集中在B和和C兩點的兩個質(zhì)兩點的兩個質(zhì)量替換：量替換：m2S2m3S3m1S1m2B m2 lCS2 / lBCm2B m2 lBS2 / lBC作者：潘存云教授作者：潘存云教授m

25、B 添加平衡質(zhì)量添加平衡質(zhì)量m、m”之后，之后，使機構(gòu)的質(zhì)量中心落在使機構(gòu)的質(zhì)量中心落在AD連線連線上固定點上固定點S處。使機構(gòu)達到平衡。處。使機構(gòu)達到平衡。AD123BCm2S2m3S3m1S1Smm”s2s3s1 圖示曲柄滑塊機構(gòu)添加兩圖示曲柄滑塊機構(gòu)添加兩個平衡配重之后，可達到平衡。個平衡配重之后，可達到平衡。從理論上講，用這種方法可使機構(gòu)的總慣性力得到了完全平衡，缺點是由于加裝了幾個配重，使機構(gòu)的質(zhì)量大大增加。Amm”添加平衡質(zhì)量m后，則替換質(zhì)量為mB，在添加平衡質(zhì)量m”，可使機構(gòu)的質(zhì)心落在A點。作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授作者：潘存云教授mB2. 部分平衡部分平衡

26、1)利用非對稱機構(gòu)平衡利用非對稱機構(gòu)平衡 利用兩組非對稱機構(gòu)，運動利用兩組非對稱機構(gòu)，運動過程所產(chǎn)生的慣性力方向相反，過程所產(chǎn)生的慣性力方向相反，互相抵消一部分。互相抵消一部分。2)利用平衡質(zhì)量平衡利用平衡質(zhì)量平衡ms2s1 加裝平衡配重，可以平衡加裝平衡配重，可以平衡由由mB所產(chǎn)生的離心慣性力和滑所產(chǎn)生的離心慣性力和滑塊的一部分往復(fù)移動慣性力。塊的一部分往復(fù)移動慣性力。mcs3Pt3)利用彈簧平衡利用彈簧平衡本章重點：本章重點：掌握靜平衡和動平衡的計算方法。掌握靜平衡和動平衡的計算方法。熟悉靜平衡和動平衡的實驗方法。熟悉靜平衡和動平衡的實驗方法。3.1.3 轉(zhuǎn)子不平衡振動的故障特征轉(zhuǎn)子的不平

27、衡振動是在離心慣性力干擾下產(chǎn)生的強迫振動，振動頻率就是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速頻率。故障特征：3.1.4 不平衡振動故障原因和防治措施固有質(zhì)量不平衡固有質(zhì)量不平衡3.1.4 不平衡振動故障原因和防治措施實例3-1 氣壓機的不平衡振動3.1.4.2 轉(zhuǎn)子運行中的不平衡轉(zhuǎn)子運行中的不平衡轉(zhuǎn)子運行中的不平衡無彈性件撓性聯(lián)軸器聯(lián)軸器 無彈性元件撓性聯(lián)軸器十字滑塊聯(lián)軸器滑塊聯(lián)軸器萬向聯(lián)軸器齒式聯(lián)軸器滾子鏈聯(lián)軸器 有彈性件撓性聯(lián)軸器聯(lián)軸器 有彈性元件撓性聯(lián)軸器彈性套柱銷聯(lián)軸器彈性柱銷聯(lián)軸器梅花形彈性聯(lián)軸器輪胎聯(lián)軸器膜片聯(lián)軸器星形彈性聯(lián)軸器 轉(zhuǎn)子的不對中對中不良引起的故障：不對中的形式： 角度不對中 平行不對中 軸承不對

28、中轉(zhuǎn)子的不對中對中不良引起的故障：不對中的形式： 角度不對中 平行不對中 軸承不對中轉(zhuǎn)子的不對中的主要特征表現(xiàn) 改變了軸承中的油膜壓力 軸承的振動幅值隨轉(zhuǎn)子負荷的增大而增高 平行不對中主要引起徑向振動，角度不對中主要引起軸向振動 不對中使剛性聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)的轉(zhuǎn)子振動產(chǎn)生相位差 不同類型轉(zhuǎn)子和不同形式不對中引起的振動頻率是不相同的不對中引起轉(zhuǎn)子不平衡角度不對中 軸向振動大 如2x或3x超過1x的30%到50%，則可認為是存在角度不對中 聯(lián)軸器兩側(cè)軸向振動相位差180平行不對中 振動特性類似于角度不對中，徑向振動大 2x較大，常常超過1x，與聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)有關(guān) 角度不對中、平行不對中嚴重時，在較高諧波頻率

29、處出現(xiàn)大的振動，甚至出現(xiàn)松動時的完整系列高頻諧波。 聯(lián)軸器兩側(cè)徑向振動相位差180軸承不對中 軸承不對中或卡死將產(chǎn)生1x、2x軸向振動較大 同一軸承座頂部與底部軸向振動相位差180，左側(cè)與右側(cè)軸向振動相位差約180 通過找對中無法消除機械松動 松動方向的振動較大；振動不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速達到臨界值時，振幅會突然變化 振動頻率除fr外，還有高次諧波如2x、3x等及分數(shù)諧波1/2x、1/3x等 松動零部件對轉(zhuǎn)子動態(tài)力產(chǎn)生非線性響應(yīng)油膜渦動、油膜振蕩 軸在軸頸中作偏心旋轉(zhuǎn)時，軸頸從油楔中間隙大的地方帶人的油量大于從間隙小的地方帶出的油量。由于液體的不可壓縮性，多余的油就推動軸頸前進，形成與軸旋轉(zhuǎn)方向相同的渦

30、動運動，渦動速度即為油楔本身的前進速度。 設(shè)軸頸中心處于平衡狀態(tài)的某一偏心位置，轉(zhuǎn)軸以角速度田在旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸又以角速度n繞軸承幾何中心旋轉(zhuǎn)。根據(jù)流體潤滑理論，油膜靠近軸頸處的速度等于軸頸圓周速度，靠近軸瓦處的油層速度為零，中間油層的速度假定是按直線分布的。 因此，通過間隙的任何斷面的平均油膜速度應(yīng)為軸頸周速的一半。理論上可以證明”，渦動速度n為轉(zhuǎn)軸角速度。的一半。實際上，由于軸承兩側(cè)泄漏帶走軸承工作產(chǎn)生的熱量等原因，實際產(chǎn)生渦動的頻率約為轉(zhuǎn)速頻率的。.42。.48倍。油膜渦動、油膜振蕩 起始失穩(wěn)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子的相對偏心率有關(guān): 輕載轉(zhuǎn)子在第一臨界轉(zhuǎn)速之前就發(fā)生了不穩(wěn)定的半速渦動，但不產(chǎn)生大幅度的振動

31、;當轉(zhuǎn)速到達第一臨界轉(zhuǎn)速 時，轉(zhuǎn)子由于共振而有較大的振幅;越過 ；后，振幅再次減少;當轉(zhuǎn)速達到兩倍 時，振幅增大并且不隨轉(zhuǎn)速的增加而改變，即油膜振蕩。 對于重載轉(zhuǎn)子，因為軸頸在軸承中相對偏心率較大，轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性好，低轉(zhuǎn)速時并不存在半速渦動現(xiàn)象，甚至轉(zhuǎn)速達到2 ，一時還不會發(fā)生很大的振動;當轉(zhuǎn)速達到2 ，后的某一轉(zhuǎn)速時，才突然發(fā)生油膜振蕩。 中載轉(zhuǎn)子在過了一階臨界轉(zhuǎn)速。 后，會出現(xiàn)半速渦動，而油膜振蕩則在2 后出現(xiàn)。油膜渦動、油膜振蕩消除油膜振蕩的措施有:(l) 增加轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度。轉(zhuǎn)子固有頻率越高，產(chǎn)生油膜振蕩的失穩(wěn)轉(zhuǎn)速也越高，系統(tǒng)失穩(wěn)轉(zhuǎn)速應(yīng)在工作轉(zhuǎn)速的125%以上。(2) 選擇合適的軸承形式

32、和軸承參數(shù)。圓柱軸承制造簡單，但抗振性最差，橢圓軸承、三油楔和多油楔軸承次之?？蓛A瓦軸承最好。(3) 增加外阻尼。(4) 增加軸承比壓，改變進油溫度或粘度。如切短軸承長度，在下瓦中部開環(huán)形槽等。(5) 減小軸承間隙。(6)改變進油壓力。滾動軸承的故障診斷滾動軸承的故障診斷 滾動軸承的故障診斷常滾動軸承的故障診斷常采用振動診斷采用振動診斷法法 優(yōu)點：不僅能檢測運轉(zhuǎn)中軸承的異常優(yōu)點：不僅能檢測運轉(zhuǎn)中軸承的異常,而且具有檢測軸承而且具有檢測軸承早期異常的能力。早期異常的能力。診斷過程通常分為診斷過程通常分為: 一一 振動監(jiān)測頻帶振動監(jiān)測頻帶 二二 振動信號采集振動信號采集 三三 振動原因識別振動原因

33、識別振動監(jiān)測頻帶振動監(jiān)測頻帶 滾動軸承的振動診斷是利用各種異常狀態(tài)下所特有的振動滾動軸承的振動診斷是利用各種異常狀態(tài)下所特有的振動頻率來查明異常原因。頻率來查明異常原因。 軸承異常引起的振動：包括軸承異常引起的振動：包括1KHZ以下的低頻振動和數(shù)十以下的低頻振動和數(shù)十KHZ高頻振動，或同時包含這兩類頻率成分的振動。高頻振動，或同時包含這兩類頻率成分的振動。 低頻振動診斷程序低頻振動診斷程序:由加速度振動傳感器測取振動加速度的由加速度振動傳感器測取振動加速度的電信號，經(jīng)電荷放大器后，再通過積分器獲得振動速度信電信號，經(jīng)電荷放大器后，再通過積分器獲得振動速度信號，然后經(jīng)過號，然后經(jīng)過1KHZ的低通

34、濾波器，對除去高頻成分的信號的低通濾波器，對除去高頻成分的信號進行頻率分析；軸承構(gòu)造異常、加工面形狀誤差所引起的進行頻率分析；軸承構(gòu)造異常、加工面形狀誤差所引起的振動，可利用低頻振動診斷。振動，可利用低頻振動診斷。 高頻振動診斷程序是高頻振動診斷程序是: 由振動加速度傳感器測取電信號，經(jīng)由振動加速度傳感器測取電信號，經(jīng)電荷放大器后，再通過電荷放大器后，再通過1KHZ低通濾波器獲取其高頻成分，低通濾波器獲取其高頻成分，然后再將這種濾波后的加速度信號進行頻率分析；對軸承然后再將這種濾波后的加速度信號進行頻率分析；對軸承損傷引起的異常振動可利用高頻振動進行診斷。損傷引起的異常振動可利用高頻振動進行診

35、斷。軸承振動信號采集 一般滾動軸承振動診斷系統(tǒng)常采用瞬態(tài)信號采集、一般滾動軸承振動診斷系統(tǒng)常采用瞬態(tài)信號采集、定時信號采集、峰值信號采集法。定時信號采集、峰值信號采集法。 瞬態(tài)信號采集法：瞬態(tài)信號采集法： 是利用信號本身的特性進行采樣的一種方法，當滾是利用信號本身的特性進行采樣的一種方法，當滾動軸承在運轉(zhuǎn)中發(fā)生故障時，會使原來平穩(wěn)的隨機動軸承在運轉(zhuǎn)中發(fā)生故障時，會使原來平穩(wěn)的隨機信號或周期信號發(fā)生突變，出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊。瞬態(tài)信信號或周期信號發(fā)生突變，出現(xiàn)瞬態(tài)沖擊。瞬態(tài)信號的采集正是利用其振動信號波形突變的特性來完號的采集正是利用其振動信號波形突變的特性來完成的；在瞬態(tài)信號采樣前需先輸入幾個參數(shù)：觸

36、發(fā)成的；在瞬態(tài)信號采樣前需先輸入幾個參數(shù)：觸發(fā)前預(yù)存點數(shù)、采樣頻率和點數(shù)、觸發(fā)電平及觸發(fā)頻前預(yù)存點數(shù)、采樣頻率和點數(shù)、觸發(fā)電平及觸發(fā)頻率，然后計算機邊進入信號采集狀態(tài)，當觸發(fā)條件率，然后計算機邊進入信號采集狀態(tài)，當觸發(fā)條件滿足時就保存現(xiàn)行地址，并將指針指向數(shù)據(jù)區(qū)某一滿足時就保存現(xiàn)行地址，并將指針指向數(shù)據(jù)區(qū)某一位置，開始瞬態(tài)信號采集的全過程，并實現(xiàn)自動報位置，開始瞬態(tài)信號采集的全過程，并實現(xiàn)自動報警。該采樣方法適用與監(jiān)測滾動軸承的偶然性故障。警。該采樣方法適用與監(jiān)測滾動軸承的偶然性故障。軸承振動信號采集( (二二) ) 定時信號采集法定時信號采集法 定時信號采集可按照預(yù)先設(shè)定的時間間隔進行采樣，

37、定時信號采集可按照預(yù)先設(shè)定的時間間隔進行采樣，當定時信號采集系統(tǒng)進入該采樣模式時，便按預(yù)先當定時信號采集系統(tǒng)進入該采樣模式時，便按預(yù)先設(shè)置的參數(shù)采集信號，采樣后可自動對所采集的信設(shè)置的參數(shù)采集信號，采樣后可自動對所采集的信號按預(yù)定方案進行計算機診斷結(jié)論；若診斷參數(shù)值號按預(yù)定方案進行計算機診斷結(jié)論；若診斷參數(shù)值超過預(yù)置指標時系統(tǒng)將自動報警并進行下一次采集；超過預(yù)置指標時系統(tǒng)將自動報警并進行下一次采集；該法適用對連續(xù)運行機械的滾動軸承的定時檢測該法適用對連續(xù)運行機械的滾動軸承的定時檢測. .( (三三) ) 峰值信號采集法峰值信號采集法 當滾動軸承零件損傷部位進入承載區(qū)時當滾動軸承零件損傷部位進入

38、承載區(qū)時, ,因該零件突因該零件突然卸載而引起一次沖擊然卸載而引起一次沖擊, ,緊接著發(fā)生一個衰減震蕩過緊接著發(fā)生一個衰減震蕩過程程, ,震蕩頻率有結(jié)構(gòu)的共振頻率所決定震蕩頻率有結(jié)構(gòu)的共振頻率所決定, ,可達數(shù)可達數(shù)KHzKHz或或數(shù)十數(shù)十KHZ.KHZ.滾動軸承振動信號的頻率特征 1.隨機超聲頻率 250KHz 350KHz 20KHz 60KHz 2. 軸承零部件的固有頻率 500 Hz 20KHz 與轉(zhuǎn)速無關(guān)3. 旋轉(zhuǎn)的故障頻率 轉(zhuǎn)動頻率fr 滾動體自轉(zhuǎn)頻率fb 滾動體公轉(zhuǎn)頻率fc 滾動體通過內(nèi)圈一個缺陷時的沖擊振動頻率fi 滾動體通過外圈一個缺陷時的沖擊振動頻率fi4. 和頻、差頻滾動

39、軸承故障的特征頻率 內(nèi)圈：fe=fr(1+d/Dcos)z/2 外圈：fo=fr(1-d/Dcos)z/2滾動體： fg=fr(1-d2/D2 cos2)D/d/2假設(shè)：滾動體為純滾動 f1：滾動體公轉(zhuǎn)頻率 2V1=V2 (1) V1=2f1*D/2 (2) V2= 2fr*(D-dcos)/2 (3) (2),(3)代入(1)式： 2f1D=fr(D-dcos) (4) 當外圈有缺陷時： fo=f1z= fr(1-d/Dcos)z/2 當內(nèi)圈有缺陷時： fe=(fr-f1)z = fr(1+d/Dcos)z/2V1V2dDfr滾動軸承振動信號的頻率特征 1.隨機超聲頻率 250KHz 350

40、KHz 20KHz 60KHz 2. 軸承零部件的固有頻率 500 Hz 20KHz 與轉(zhuǎn)速無關(guān)3. 旋轉(zhuǎn)的故障頻率 軸承振動原因識別 滾動軸承振動原因的識別，立足于尋滾動軸承振動原因的識別，立足于尋“狀態(tài)模式狀態(tài)模式”的變化。的變化。其一般方法是根據(jù)測取的振動信號，除去其中的剩余信息，其一般方法是根據(jù)測取的振動信號，除去其中的剩余信息，提取信號特征向量，識別模式與已定的樣板模式做對比，提取信號特征向量，識別模式與已定的樣板模式做對比，由此判別軸承所處的狀態(tài)。由此判別軸承所處的狀態(tài)。 (一一) 沖擊脈沖和沖擊能量分析法沖擊脈沖和沖擊能量分析法 (二二) 頻率分析和頻率調(diào)制分析法頻率分析和頻率調(diào)

41、制分析法 (三三) 包絡(luò)線和包絡(luò)能量分析法包絡(luò)線和包絡(luò)能量分析法 (四四) 峰態(tài)值偏度系數(shù)分析法峰態(tài)值偏度系數(shù)分析法 (五五) 倒頻譜和平均響應(yīng)分析法倒頻譜和平均響應(yīng)分析法軸承故障發(fā)展的四個階段 5.1 齒輪的故障診斷齒輪的故障診斷 齒輪的故障特征齒輪的故障特征 齒輪的振動特性齒輪的振動特性 齒輪故障的振動診斷齒輪故障的振動診斷齒輪的故障特征齒輪的故障特征 齒輪的損傷形式齒輪的損傷形式(一一)齒面損傷齒面損傷齒輪表面和次表面發(fā)生的各種損傷統(tǒng)稱為齒面損傷，齒輪表面和次表面發(fā)生的各種損傷統(tǒng)稱為齒面損傷，嚴重的齒面損傷嚴重的齒面損傷,將引起故障或造成齒輪失效將引起故障或造成齒輪失效.齒面磨損齒面磨損 齒面粘著撕傷齒