剛性轉(zhuǎn)子平衡精度課件

第十四章機(jī)械平衡機(jī)械原理教研組機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院上海交通大學(xué)第十四章機(jī)械平衡內(nèi)容提要基本要求基本概念重點(diǎn)與難點(diǎn)本章教案概述剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡簡介平面機(jī)構(gòu)的平衡多缸發(fā)動(dòng)機(jī)慣性力的部分平衡簡介例題剖析與習(xí)題典型例題剖析思考題習(xí)題目錄內(nèi)容提要

機(jī)械平衡的基本概念；剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)；剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)，平衡精度及剩余不平衡量的計(jì)算；平面機(jī)構(gòu)平衡的基本概念，質(zhì)量代換方法，機(jī)構(gòu)慣性力的部分平衡方法以及完全平衡方法；撓性轉(zhuǎn)子平衡的基本知識和發(fā)動(dòng)機(jī)平衡的基本方法。基本要求內(nèi)容提要機(jī)械的平衡剛性轉(zhuǎn)子的平衡靜平衡動(dòng)平衡轉(zhuǎn)子的剩余不平衡量與平衡精度撓性轉(zhuǎn)子的平衡平面機(jī)構(gòu)的平衡平面機(jī)構(gòu)平衡的質(zhì)量代換法鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的力完全平衡曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的慣性力部分平衡平面機(jī)構(gòu)平衡的復(fù)數(shù)矢量法基本概念內(nèi)容提要重點(diǎn)掌握剛性轉(zhuǎn)子靜平衡和動(dòng)平衡的原理與方法。對平面四桿機(jī)構(gòu)在機(jī)座上的平衡原理與方法有所了解。動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)的必要性和實(shí)驗(yàn)方法。難點(diǎn)剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡概念的建立。平衡校正面選在不同位置時(shí)的質(zhì)徑積換算。平面機(jī)構(gòu)平衡的原理和計(jì)算?？键c(diǎn)靜平衡與動(dòng)平衡的基本概念。轉(zhuǎn)子的靜平衡與動(dòng)平衡以及剛性轉(zhuǎn)子與撓性轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子的許用不平衡及平衡精度據(jù)平衡精度等級計(jì)算轉(zhuǎn)子的許用偏心距及兩校正平面上的許用質(zhì)徑積。平面機(jī)構(gòu)在機(jī)架上完全平衡的概念。通過質(zhì)量代換在運(yùn)動(dòng)構(gòu)件上加平衡重，使機(jī)構(gòu)的質(zhì)量重新分布，以實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)慣性力的完全平衡。重點(diǎn)與難點(diǎn)本章教案研究機(jī)械平衡的目的機(jī)械平衡的種類概述概述研究機(jī)械平衡的目的質(zhì)徑積(不平衡量)在平衡技術(shù)中，常把作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件稱為轉(zhuǎn)子。消除或減少機(jī)械系統(tǒng)中的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力，提高機(jī)械的工作性能，是研究機(jī)械平衡的目的。組成機(jī)械的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，按運(yùn)動(dòng)方式可分為三種：作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件

作往復(fù)移動(dòng)的構(gòu)件

作平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件F=mrω2概述機(jī)械平衡的種類圖示轉(zhuǎn)子直徑為d、寬度為b，左右兩面各有一個(gè)不平衡質(zhì)量m1，m2?；剞D(zhuǎn)軸線與中心主慣性軸線交于O點(diǎn)。當(dāng)該轉(zhuǎn)子以等角速度ω旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子上各點(diǎn)所產(chǎn)生的慣性力可簡化為一個(gè)通過質(zhì)心C處的慣性力F和慣性力偶矩M：F=F1+F2

M=F1l1+F2l2靜平衡(單面平衡)是慣性力的平衡轉(zhuǎn)子平衡-剛性動(dòng)平衡(雙面平衡)是慣性力和慣性力偶矩的平衡配重法汽輪機(jī)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子：長徑比較大、重量大、轉(zhuǎn)速高動(dòng)撓度、撓性轉(zhuǎn)子：在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子本身會(huì)發(fā)生明顯的彎曲變形，產(chǎn)生動(dòng)撓度，稱這類發(fā)生彈性變形的轉(zhuǎn)子為撓性轉(zhuǎn)子。發(fā)生撓性條件：轉(zhuǎn)速n接近第一階臨界轉(zhuǎn)速。分類條件：一般情況下，當(dāng)n＞0.7

nc1時(shí)，可把在這種狀態(tài)下工作的轉(zhuǎn)子視為撓性轉(zhuǎn)子。若n<0.7

nc1時(shí)，可視為剛性轉(zhuǎn)子。概述機(jī)械平衡的種類轉(zhuǎn)子平衡-撓性概述機(jī)械平衡的種類機(jī)構(gòu)平衡作往復(fù)移動(dòng)或平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件：不能用配重法。機(jī)構(gòu)平衡（機(jī)座平衡）：就整個(gè)機(jī)構(gòu)加以考慮，設(shè)法減少機(jī)構(gòu)的總慣性力和慣性力偶矩，并使其作用在機(jī)架上，稱之為機(jī)構(gòu)的平衡或機(jī)構(gòu)在機(jī)座上的平衡。本章教案剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計(jì)剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)平衡精度和剩余不平衡量剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)不平衡的廣泛性：設(shè)計(jì)、加工、安裝中的誤差平衡設(shè)計(jì)：利用在轉(zhuǎn)子上加減配重的方法，使轉(zhuǎn)子上的慣性力和慣性力偶矩的和為零，即滿足目的：使其回轉(zhuǎn)軸線與中心主慣性軸線重合。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)的圓盤狀轉(zhuǎn)子可進(jìn)行靜平衡設(shè)計(jì)（單面平衡）。不平衡質(zhì)量：集中在一個(gè)平衡面內(nèi)。關(guān)鍵問題：找出轉(zhuǎn)子在該平面上應(yīng)加或應(yīng)減重的大小和方位。平衡原理：離心慣性力的合力為零。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計(jì)剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計(jì)剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計(jì)增配重減配重剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計(jì)解設(shè)在r＝80mm處應(yīng)加的配重質(zhì)量為m，方位角為θ。例在圖示轉(zhuǎn)子中，各不平衡質(zhì)量的大小與方位分別為：m1=3kg，r1=80mm，θ1=60o；m2=2kg，r2＝80mm，θ2＝150o；

m3=2kg，r3=60mm，θ3=225o

。求在r＝80mm處應(yīng)加的配重和方位。剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)的長圓柱狀轉(zhuǎn)子要進(jìn)行動(dòng)平衡設(shè)計(jì)。由于不能忽略轉(zhuǎn)子的寬度，轉(zhuǎn)子上的不平衡質(zhì)量不能視為集中在一個(gè)平面內(nèi)，而是分布在轉(zhuǎn)子的多個(gè)平面內(nèi)。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)慣性力的分解替代剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)按單面平衡原理，可分別對兩面進(jìn)行平衡計(jì)算。兩個(gè)單面平衡剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)結(jié)論：任何具有不平衡質(zhì)量的剛性轉(zhuǎn)子，無論在多少個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)具有偏心質(zhì)量，都可以在任選的兩個(gè)平衡基面分別加、減一個(gè)適當(dāng)?shù)呐渲?，使轉(zhuǎn)子得到完全的平衡。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)例圖示長圓柱形轉(zhuǎn)子，直徑d=150mm，寬度b=800mm，兩端面距兩軸承中心的距離各為100mm。轉(zhuǎn)子上存在的不平衡質(zhì)量的大小與方位分別為：m1=3kg，r1=80mm，θ1=60o，

l1=200mm

；m2=2kg，r2=80mm，θ2=150o，

l2=500mm

；m3=2kg，r3=60mm，θ3=225o

，l3=700mm

。求加在II平衡面的平衡質(zhì)量和方位。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡設(shè)計(jì)解選定兩個(gè)端面I、II為平衡基面，把不平衡質(zhì)量m1、m2、m3所產(chǎn)生的離心慣性力分別分解到平面I、II上。分別加配重(mI,rI,θI

)、(mII,rII,θII

)，產(chǎn)生的慣性力為FI

、FII

，則有不過，理論上中心主慣性軸線與回轉(zhuǎn)軸線重合的剛性轉(zhuǎn)子，由于材料密度分布不均勻以及制造和裝配誤差的影響，仍然存在著不平衡現(xiàn)象。這些不平衡現(xiàn)象是不能通過計(jì)算解決的，只能用實(shí)驗(yàn)的方法來確定不平衡質(zhì)量的大小與方位。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡實(shí)驗(yàn)帶有兩根平行導(dǎo)軌的靜平衡架。導(dǎo)軌的端口形狀常作成刀口狀和圓弧狀。圖14-7b為刀口式靜平衡支架，圖c為圓弧狀靜平衡支架。靜平衡實(shí)驗(yàn)的原理是重心居下的道理。導(dǎo)軌式靜平衡架優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，平衡精度較高缺點(diǎn)：不適用于兩端直徑不同的轉(zhuǎn)子剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡實(shí)驗(yàn)圓盤式靜平衡架優(yōu)點(diǎn)：使用方便，可平衡兩端直徑不同的轉(zhuǎn)子缺點(diǎn)：摩擦阻力較大，平衡精度較低剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)動(dòng)平衡機(jī)工作原理：測量轉(zhuǎn)子支承處的振動(dòng)強(qiáng)度和相位軟支承動(dòng)平衡機(jī)和硬支承動(dòng)平衡機(jī)

軟支承動(dòng)平衡機(jī)：兩片彈簧懸掛，擺架，剛度較小。一般情況下，轉(zhuǎn)子在ω>2ωn的情況下工作。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)

硬支承動(dòng)平衡機(jī)：沒有擺架結(jié)構(gòu)。一般情況下，轉(zhuǎn)子在ω<0.3ωn的情況下工作。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)平衡精度和剩余不平衡量剩余不平衡量：絕對的平衡難以作到，也沒有必要。許用不平衡量：質(zhì)徑積表示法和偏心距表示法

mr<=[me]質(zhì)徑積表示法很直觀，但不能反映轉(zhuǎn)子和平衡機(jī)的平衡精度。例如，一個(gè)質(zhì)量為10kg的轉(zhuǎn)子和一個(gè)質(zhì)量為50kg的轉(zhuǎn)子，許用不平衡量均為8kgmm，如果兩者的剩余不平衡量均為5kgmm，很明顯質(zhì)量大的轉(zhuǎn)子平衡精度高。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)平衡精度和剩余不平衡量在靜平衡實(shí)驗(yàn)中，由于轉(zhuǎn)子的不平衡重與配重均在同一個(gè)平面內(nèi)，許用偏心距即為轉(zhuǎn)子的質(zhì)心與回轉(zhuǎn)中心的距離。許用質(zhì)徑積是m[e]

。許用質(zhì)徑積m[e]

許用偏心距ω為轉(zhuǎn)子的工作角速度，A為平衡精度。

mr<=m[e]為了反映轉(zhuǎn)子和平衡機(jī)的平衡精度，一般采用偏心距表示法。I平面的許用質(zhì)徑積為II平面的許用質(zhì)徑積為剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)平衡精度和剩余不平衡量在動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)中，1.求出質(zhì)心平面的許用偏心距[e]后，

2.再求許用質(zhì)徑積為m[e]，

3.還要求出兩個(gè)平衡基面內(nèi)的許用質(zhì)徑積。剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)平衡精度和剩余不平衡量表為國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)制定的“剛性轉(zhuǎn)子平衡精度”標(biāo)準(zhǔn)中給出的各種典型轉(zhuǎn)子的平衡精度與對應(yīng)的許用不平衡量剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)和平衡實(shí)驗(yàn)平衡精度和剩余不平衡量例圖示轉(zhuǎn)子，質(zhì)量m=100kg，工作轉(zhuǎn)速n=3000r/min

，a=200mm，b=300mm，平衡精度為A6.3。求加在兩個(gè)平衡面上的許用質(zhì)徑積。解質(zhì)心平面的許用偏心距為許用質(zhì)徑積為I平面的許用質(zhì)徑積為II平面的許用質(zhì)徑積為本章教案撓性轉(zhuǎn)子與其變形撓性轉(zhuǎn)子的平衡方法簡介撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡簡介撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡簡介撓性轉(zhuǎn)子與其變形撓性轉(zhuǎn)子與其振型函數(shù)逐階平衡！撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡簡介撓性轉(zhuǎn)子的平衡方法簡介撓性轉(zhuǎn)子與其振型函數(shù)振型平衡法影響系數(shù)法首先根據(jù)計(jì)算或?qū)崪y求得轉(zhuǎn)子的振型。然后選擇平衡面的數(shù)目和位置，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行逐階平衡。根據(jù)選擇的平衡面的數(shù)目多少，振型平衡法又分為N平面法和N+2平面法。撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡簡介N平面法N＋2平面法撓性轉(zhuǎn)子的平衡方法簡介本章教案機(jī)構(gòu)平衡的概述機(jī)構(gòu)慣性力的完全平衡機(jī)構(gòu)慣性力的部分平衡平面機(jī)構(gòu)的平衡平面機(jī)構(gòu)的平衡機(jī)構(gòu)平衡的概述機(jī)構(gòu)慣性力的平衡條件：總質(zhì)心靜止不動(dòng)慣性力的完全平衡、部分平衡平面機(jī)構(gòu)的平衡機(jī)構(gòu)慣性力的完全平衡設(shè)置兩次鏡像機(jī)構(gòu)，平衡慣性力Redistributingthemass(addingcounterweights)[TepperandLowen,1972],Duplicatingthemechanism[Kochev,1990],Usingbalancingidlerloops[Bagci,1982],Addinggearedcounter-inertias[EsatandBahai,1999],Addingasupplementarylink[ArakelianandSmith,1999],etc.

平面機(jī)構(gòu)的平衡機(jī)構(gòu)慣性力的完全平衡平面機(jī)構(gòu)的平衡機(jī)構(gòu)慣性力的完全平衡加配重代換前后質(zhì)量不變代換前后的構(gòu)件質(zhì)心位置不變代換前后構(gòu)件對質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不變動(dòng)代換靜代換平面機(jī)構(gòu)的平衡機(jī)構(gòu)慣性力的完全平衡加配重平面機(jī)構(gòu)的平衡機(jī)構(gòu)慣性力的部分平衡設(shè)置一次鏡像機(jī)構(gòu)或平衡機(jī)構(gòu)，平衡慣性力平面機(jī)構(gòu)的平衡機(jī)構(gòu)慣性力的部分平衡平面機(jī)構(gòu)的平衡機(jī)構(gòu)慣性力的部分平衡加配重代換前后質(zhì)量不變代換前后的構(gòu)件質(zhì)心位置不變加平衡機(jī)構(gòu)平面機(jī)構(gòu)的平衡機(jī)構(gòu)慣性力的部分平衡本章教案震動(dòng)力的平衡震動(dòng)力矩的平衡多缸發(fā)動(dòng)機(jī)慣性力的部分平衡簡介DelticV8多缸發(fā)動(dòng)機(jī)慣性力的部分平衡例題與習(xí)題14-1何謂機(jī)械不平衡?機(jī)械不平衡有哪些類型?造成機(jī)械不平衡的原因可能有哪些?機(jī)械不平衡有什么危害?14-2何謂剛性轉(zhuǎn)子與撓性轉(zhuǎn)子?剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡與撓性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡有何區(qū)別?何謂低速平衡與高速平衡?14-3何謂靜不平衡?何謂動(dòng)不平衡?哪些轉(zhuǎn)子適用靜平衡方法校正?哪樣的轉(zhuǎn)子必須進(jìn)行動(dòng)平衡校正?14-4剛性轉(zhuǎn)子的不平衡量如何表示?單位是什么？14-5剛性轉(zhuǎn)子平衡的條件是什么?14-6僅經(jīng)過靜平衡校正的轉(zhuǎn)子是否能滿足動(dòng)平衡的要求?經(jīng)過動(dòng)平衡的轉(zhuǎn)子是否能滿足靜平衡的要求?為什么?14-7為什么對剛性轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡時(shí)，校正平面不能少于兩個(gè)？為什么剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡又叫兩平面的平衡?1