平衡知識培訓(xùn)教材

平衡知識培訓(xùn)教材第1頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一一、機械平衡的目的

對于現(xiàn)代高速機械的設(shè)計和運行，機械的平衡是一項相當(dāng)重要的課題。例如一個質(zhì)量為180Kg的燃氣輪機的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為1600r/min，若轉(zhuǎn)子質(zhì)量的偏心距為0.25mm，則其離心慣性力為126300N,是其轉(zhuǎn)子本身重量的70倍左右。此慣性力將對軸承產(chǎn)生動壓力，從而在軸承中引起附加摩擦力和附加應(yīng)力，致使軸承磨損加劇，壽命降低，另外還會產(chǎn)生有害震動，導(dǎo)致機械的工作精度、可靠性、機械效率和使用壽命降低，甚至可能因共振而使機械破壞。

因此為完全地或部分地消除慣性力和慣性力矩地影響，減小或消除附加動壓力，盡量減輕有害地機械震動，以改善機械工作性能和延長其使用壽命，是研究機械平衡地主要目的！

第2頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一二、機械平衡的分類機械平衡可分為轉(zhuǎn)子平衡與機構(gòu)平衡兩類：

★轉(zhuǎn)子平衡

轉(zhuǎn)子是指繞固定軸線回轉(zhuǎn)地構(gòu)件（鋁合金車輪安裝在汽車上時就為轉(zhuǎn)子），此種構(gòu)件的慣性力和慣性力矩的平衡問題即為轉(zhuǎn)子平衡問題。

★機構(gòu)平衡

對于整個機構(gòu)而言，所有構(gòu)件的慣性力和慣性力矩，可以合成為通過機構(gòu)總重心的總慣性力和總慣性力矩。它們可被部分或完全的平衡。有關(guān)它們的平衡問題即為構(gòu)件的平衡問題（車輪和輪胎及軸安裝在一起的機構(gòu)平衡問題就是機構(gòu)平衡問題）

第3頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一三、機械平衡的方法研究機械平衡的方法，一般分為：★計算法★試驗法計算法又分為圖解法和解析法，圖解法簡單方便；解析法結(jié)果準確，它們皆用于各不平衡質(zhì)量大小及質(zhì)心位置已知的情況下。試驗法主要適用于各不平衡質(zhì)量大小及質(zhì)心位置未知的情況下或雖經(jīng)計算法加平衡配重平衡，但實際由于材質(zhì)的不均勻、安裝制造誤差等原因，往往仍達不到預(yù)期的要求時可用試驗法對其進行平衡。第4頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一三、轉(zhuǎn)子平衡★由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不對稱（設(shè)計）、材料不均勻（內(nèi)在材質(zhì)）、制造和安裝誤差（加工及使用）等原因，均會引起偏心（質(zhì)心偏離形心）。由于偏心將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心慣性力，從而使轉(zhuǎn)子處于不平衡狀態(tài)?！镌谵D(zhuǎn)子上加減配重，以改善轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，從而保證轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)時，由不平衡而引起的振動或振動力減小到允許范圍內(nèi)的措施稱為轉(zhuǎn)子平衡（車輪的平衡過程就為轉(zhuǎn)子的平衡）

根據(jù)轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的分布情況，轉(zhuǎn)子的平衡可分為靜平衡和動平衡。第5頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一1、靜平衡一般機械中，當(dāng)轉(zhuǎn)子的直徑和寬度之比L≤D/5，且轉(zhuǎn)速較低時，可近似認為其質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，如下圖所示,對于這類寬度不大的轉(zhuǎn)子（如齒輪、盤形凸輪、飛輪、帶輪等），其離心慣性力矩近似為零，故僅只消除離心慣性力即可達到平衡。為此可采取改善轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，使其質(zhì)心位于旋轉(zhuǎn)軸線的措施達到平衡，這稱為轉(zhuǎn)子的靜平衡（也稱為單面平衡）

第6頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一2、動平衡對于寬度較大的一類轉(zhuǎn)子（L>D/5），如多缸發(fā)動機曲軸、機床主軸、渦輪機、和電機的轉(zhuǎn)子等或轉(zhuǎn)速特別高時，其質(zhì)量分布不能認為分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，而可看作分布在沿軸向互相平行的的若干回轉(zhuǎn)面內(nèi)（如圖所示），在此情況下，即轉(zhuǎn)子質(zhì)心S在其軸線上，也會形成慣性力矩（如圖F1與F2形成的力矩），使轉(zhuǎn)子處于不平衡狀態(tài)。此種不平衡狀態(tài)可通過在垂直轉(zhuǎn)子軸線的兩個平面（校正平面）內(nèi)，加（減）平衡配重，而達到平衡。這種改善轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布，使其慣性力和慣性力矩均被平衡的措施，稱為轉(zhuǎn)子的動平衡（也稱為雙面平衡）

第7頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一3、動、靜平衡的關(guān)系通過上面的介紹我們可以知道，由于動平衡同時滿足靜平衡的條件（慣性離心力），故經(jīng)過動平衡的轉(zhuǎn)子一定能保證靜平衡，但經(jīng)過靜平衡的轉(zhuǎn)子卻不一定能保證動平衡。4、轉(zhuǎn)子平衡的計算（1）靜平衡計算我們上面已經(jīng)介紹過對于軸向?qū)挾炔淮蟮霓D(zhuǎn)子，其質(zhì)量可近似認為分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)。當(dāng)此轉(zhuǎn)子等速轉(zhuǎn)動時這些質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力構(gòu)成一相交于轉(zhuǎn)動中心的平面匯交力系，若該力系不平衡則它們的合力∑Fi不等于零。由平面匯交力系的平衡條件可知若欲使其平衡只要在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)加（減）一校正質(zhì)量使其產(chǎn)生的離心慣性力Fb與原有質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力之和等于零。則成為平衡力系,轉(zhuǎn)子即處于平衡狀態(tài),故其平衡條件為F=Fb+∑Fi=0第8頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一4、轉(zhuǎn)子平衡的計算由于F＝mrε*ε故可以得到下面等式：

Mr=mbrb+∑miri=0

式中：m,r分別為轉(zhuǎn)子的總質(zhì)量和總質(zhì)心的向徑；MB,rb分別為校正質(zhì)量及質(zhì)心的向徑；mi，ri分別為原有各質(zhì)量及質(zhì)心的向徑。

質(zhì)量與其質(zhì)心的乘積稱為質(zhì)徑積，它是矢量，相對表達了各質(zhì)量在同一轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的離心慣性力的大小和方向，是轉(zhuǎn)子平衡的重要參數(shù)。由此可見離心力不是取決于質(zhì)量和向徑，而是取決于二者的乘積。

轉(zhuǎn)子平衡的條件：分布于該轉(zhuǎn)子上各質(zhì)量的離心力的向量和等于零，或只徑積的向量和等于零。（1）靜平衡計算第9頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一4、轉(zhuǎn)子平衡的計算對于軸向?qū)挾燃哟蟮霓D(zhuǎn)子，其質(zhì)量分布應(yīng)看作分布于沿軸向的若干互相平行的回轉(zhuǎn)面內(nèi)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的離心力系不再是平面匯交力系而是一空間力系，但其原理及計算方法于靜平衡基本相似，只是其多了一項：慣性離心力力矩，具體的計算這里就不再詳細闡述了

總之，質(zhì)量分布在不同回轉(zhuǎn)面內(nèi)的轉(zhuǎn)子，只要分別在選定的兩個校準平面內(nèi)各加上適當(dāng)?shù)钠胶馀渲兀湍苓_到完全平衡。這種平衡（動平衡）的條件為：轉(zhuǎn)子上各質(zhì)量的離心慣性力的向量和等于零，同時離心慣性力引起的力偶矩的向量和也等于零。（2）動平衡的計算第10頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問題1、車輪平衡的分類

車輪平衡為一種旋轉(zhuǎn)體平衡問題（轉(zhuǎn)子平衡問題），其遵守轉(zhuǎn)子平衡的分類標準。

（1)靜平衡，對于軸向?qū)挾容^小的車輪其平衡為靜平衡（摩托車車輪一般按靜平衡處理）。

靜不平衡量的表達方式，例如：A、小于30g，其意義為靜平衡，平衡塊位置已經(jīng)確定；B、小于600g.cm，其意義為靜平衡，平衡塊位置未確定

（2）動平衡，對于軸向?qū)挾容^大的車輪其平衡一般以動平衡處理（汽車車輪一般按動平衡處理）

動平衡表達方式舉例：內(nèi)側(cè)小于20g，外側(cè)小于40g，內(nèi)外側(cè)和小于50g,其意義為動平衡，平衡塊位置已經(jīng)確定第11頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問題2、車輪平衡的檢測方法

車輪不平衡量的檢測一般用平衡機檢測，其檢測過程中需注意：

（1）檢測時應(yīng)輸入?yún)?shù)：輪輞類型（JJ、J、B等類型）平衡模式、車輪直徑、車輪寬度及內(nèi)輪緣的位置參數(shù)（主要目的是確定校準平面位置和平衡塊安裝位置）

（2）影響檢測精度的主要因素有：A：平衡機的準確性（主軸精度）；B：測量參數(shù)的正確性（按車輪標準輸入相應(yīng)參數(shù)）；C：車輪安裝方法的正確性（目前平衡機的定位方式主要有，中心孔定位及蓋口定位兩種方式，其要求安裝時必須保證車輪定位部分與平衡機定位工裝完全配合且必須保證“正”）

（3）車輪平衡機的準確性主要體現(xiàn)在：重復(fù)性和穩(wěn)定性一定要好（平衡質(zhì)量和平衡位置）；線性要好，線性標定（校準）方法一定要正確。第12頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問題2、車輪平衡的檢測方法

（3）檢測時要注意不要魯莽作業(yè)，那不但會造成檢測結(jié)果不準確還會直接影響平衡機的檢測精度甚至對被檢測車輪造成損壞（磕碰傷、墊傷中心孔或安裝面，現(xiàn)代產(chǎn)品試做送樣時就曾經(jīng)出現(xiàn)過安裝面批量墊傷事件）

3、車輪的平衡模式

根據(jù)平衡塊粘貼的位置不同（即加平衡配重的位置不同）可以把車輪平衡分為下面幾種模式：第13頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問題3、車輪的平衡模式

第14頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問題3、車輪的平衡模式

第15頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問題3、車輪的平衡模式

第16頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問題3、車輪的平衡模式

第17頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問題3、車輪的平衡模式

第18頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問題3、車輪的平衡模式

第19頁，共21頁，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問題4、影響車輪不平衡量的主要因素：

（1）結(jié)構(gòu)的不對稱性，這主要是指車輪模具在設(shè)計時沒有考慮車輪的結(jié)構(gòu)對稱性，或者模具在長期的使用過程中由于磨損其結(jié)構(gòu)有了明顯的變化造成整個旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)不對稱，致使整個車輪的幾何形心與車輪的質(zhì)量重心不重合而產(chǎn)生不平衡量

（2）材料密度的不均勻性，這主要指的是車輪材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)存在著不同（如局部大的縮松、渣孔等），造成密度的不均勻，致