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1、5 回轉(zhuǎn)件的平衡,內(nèi)容 5-1 回轉(zhuǎn)件平衡的目的 5-2 回轉(zhuǎn)件的靜平衡 5-3 回轉(zhuǎn)件的動平衡 5-4 回轉(zhuǎn)件的平衡試驗,5-1 回轉(zhuǎn)件平衡的目的,基本概念 回轉(zhuǎn)件(轉(zhuǎn)子)：機械中繞固定軸線作回轉(zhuǎn)運動的構件。 回轉(zhuǎn)件的離心力（慣性力）：從理論力學可知，一偏離回轉(zhuǎn)中心距離為r的質(zhì)量m，當以角速度轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生的離心力為：=mr2 不平衡離心力的產(chǎn)生：若回轉(zhuǎn)件結(jié)構不對稱、制造不準確、材質(zhì)不均勻，便會使整個回轉(zhuǎn)件在轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生不平衡的離心力系，使離心力系的合力和合力偶矩不等于零。,4. 不平衡離心力對機械的影響：不平衡離心力對機械正常運轉(zhuǎn)產(chǎn)生不利的影響，尤其對高速機械的影響更為重要：
2、使各運動副中產(chǎn)生附加的動反力，從而加大了運動副中摩擦力，使運動副磨損加劇，導致機械效率下降。 使各構件的材料內(nèi)部引起附加內(nèi)應力，影響機械及各構件的使用壽命。 離心力的大小和方向一般呈周期性變化，從而會導致機械及其基礎（機架）產(chǎn)生強迫振動，從而降低機械的運動精度，增大噪音，甚至產(chǎn)生共振，由此會帶來更嚴重的后果。,5-1 回轉(zhuǎn)件平衡的目的,5-1 回轉(zhuǎn)件平衡的目的,不平衡的利用：必須指出，生活中有的機械則是利用不平衡原理而工作的，如蛙式打夯機、振動打樁機、振動臺等。,三.平衡的目的：對于高速回轉(zhuǎn)件來說，必須使其離心力合力及合力偶為零，從而消除其帶來的不良影響。 四. 平衡的類型： 靜平衡：只要求慣
3、性力平衡的平衡成為靜平衡。 動平衡：同時要求慣性力和慣性力矩平衡的平衡成為動平衡。,5-1 回轉(zhuǎn)件的平衡,5-2 回轉(zhuǎn)件的靜平衡,一、適用對象： 對于軸向?qū)挾菳和直徑D之比1/5的回轉(zhuǎn)件，由于軸向尺寸相對較小，可近似的認為其質(zhì)量都集中在垂直于回轉(zhuǎn)軸線的同一個平面上。,5-2 回轉(zhuǎn)件的靜平衡,二、靜平衡： 當回轉(zhuǎn)件做勻角速度轉(zhuǎn)動時，其偏心質(zhì)量產(chǎn)生的離心力構成同一平面內(nèi)匯交于回轉(zhuǎn)中心的平面匯交力系。 如果該力系不平衡，則它們的合力F 不等于0 靜平衡的條件：使離心力（慣性力）矢量和為零， 即 F=Fb+Fi=0。 F----回轉(zhuǎn)件總離心力； Fb ----所加的平衡質(zhì)量
4、的離心力； Fi ----回轉(zhuǎn)件原有各偏心質(zhì)量離心力的合力。,2. 平衡計算： 離心力是慣性力，所以上式可寫成 me2=mbrb2+miri2=0 在同一個轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)速相同，消去公因子2 ，可得 me=mbrb+miri=0 （8-2） 式中m、e 為回轉(zhuǎn)件的總質(zhì)量和總質(zhì)心的向徑，mb、rb為平衡質(zhì)量及其質(zhì)心的向徑，mi、ri為原有各偏心質(zhì)量及其質(zhì)心的向徑。 質(zhì)徑積：上式中質(zhì)量與向徑的乘積mr稱為質(zhì)徑積，它是矢量，表示各相應質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力的大小和方向。,5-2 回轉(zhuǎn)件的靜平衡,由公式：me=mbrb+miri=0知，回轉(zhuǎn)件平衡后 e=0。 即增加（
5、或減去）一平衡質(zhì)量后，總質(zhì)心和回轉(zhuǎn)中心重合。此時，回轉(zhuǎn)件的總質(zhì)量對回轉(zhuǎn)中心的靜力矩等于0。該回轉(zhuǎn)件在任意位置保持靜止，不會自動轉(zhuǎn)動。----靜平衡 靜平衡的條件是：分布在該回轉(zhuǎn)件上各質(zhì)量的離心力（或質(zhì)徑積）的向量和為零。即 質(zhì)心與回轉(zhuǎn)中心重合。,5-2 回轉(zhuǎn)件的靜平衡,3. 靜平衡的方法 工程中可以借助：配重法或去重法來實現(xiàn)靜平衡。,5-2 回轉(zhuǎn)件的靜平衡,一、適用情況： 對于B/D1/5的回轉(zhuǎn)件，因軸向尺寸較大，其質(zhì)量的分布不能近似地認為是位于同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，而應看作分布于垂直于軸線的許多互相平行的回轉(zhuǎn)面內(nèi)。 二、動平衡 當回轉(zhuǎn)件做勻角速度轉(zhuǎn)動時，回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動時各不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心力不在是
6、平面匯交力系，而是一個空間的平行力系。要使這個力系平衡，必須滿足離心力的合力和合力矩均為零。 1、動平衡的條件： 離心力合力為零，同時合力矩也為零，即： F=Fb+Fi=0 M=Mb+Mi=0,5-3 回轉(zhuǎn)件的動平衡,2、動平衡計算： 由于各偏心質(zhì)量不在同一平面內(nèi)，回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動時，離心力所形成的力偶不為零。在離心力偶矩的作用下，回轉(zhuǎn)件產(chǎn)生周期性的扭振，即存在動不平衡。,5-3 回轉(zhuǎn)件的動平衡,因為動平衡計算所得平衡質(zhì)量塊滿足靜平衡條件，故也是靜平衡的。 注意： 動平衡的不平衡質(zhì)量與所選兩個校正平面的相對位置有關； 動平衡包含了靜平衡的條件，故經(jīng)動平衡的回轉(zhuǎn)件一定也是靜平衡的。但是，靜平衡的回轉(zhuǎn)
7、件卻不一定是動平衡的。,5-3 回轉(zhuǎn)件的動平衡,5-4 回轉(zhuǎn)件的平衡試驗,結(jié)構上不對稱于回轉(zhuǎn)軸線的回轉(zhuǎn)件，可以根據(jù)質(zhì)量分布情況計算出所需的平衡質(zhì)量，使它滿足平衡條件。這樣，它就和對稱于回轉(zhuǎn)軸線的回轉(zhuǎn)件一樣在理論上達到完全平衡。 對于結(jié)構對稱的回轉(zhuǎn)件，由于制造和裝配誤差以及材質(zhì)不均勻等原因，也會引起不平衡，而這種不平衡是無法計算出來的，只能在平衡機上通過實驗的方法加以平衡。很據(jù)質(zhì)量分布的特點，平衡試驗法也分為兩種。,一、靜平衡試驗法 靜平衡試驗的基本原理是基于這樣一個普遍現(xiàn)象：任何物體在地球引力的作用下，其重心（也即質(zhì)心）總是處于最低位置。,如圖所示的盤型凸輪，其質(zhì)心s若在轉(zhuǎn)軸O的上方，它是無法
8、靜止的，必然會產(chǎn)生往復擺動，直至晃動到質(zhì)心s位于最低位置時才靜止不動。 由于回轉(zhuǎn)構件質(zhì)心偏離轉(zhuǎn)軸，不能使構件在任意位置保持靜止不動（即靜平衡），這種現(xiàn)象稱為靜不平衡。加平衡質(zhì)量實質(zhì)上就是調(diào)整回轉(zhuǎn)構件的質(zhì)心位置，使其位于轉(zhuǎn)軸上。,5-4 回轉(zhuǎn)件的平衡試驗,靜不平衡的回轉(zhuǎn)件，其質(zhì)心偏離回轉(zhuǎn)軸，產(chǎn)生靜力矩。利用靜平衡架，找出不平衡質(zhì)徑積的大小和方向，并由此確定平衡質(zhì)量的大小和位置，使質(zhì)心移到回轉(zhuǎn)軸線上以達到靜平衡。這種方法稱為靜平衡試驗法。,右圖所示為導軌式靜平衡架。其主要部分是安裝在同一水平面內(nèi)的兩個互相平行的刀口形導軌（也有棱柱形或圓柱形的）。,試驗時將回轉(zhuǎn)構件的軸頸支承在兩導軌上。若構件是靜不
9、平衡的，則在偏心重力的作用下，將在刀口上滾動。當滾動停止后，構件的質(zhì)心s在理論上應位于轉(zhuǎn)軸的鉛垂下方，如下圖所示。,5-4 回轉(zhuǎn)件的平衡試驗,在判定了回轉(zhuǎn)構件質(zhì)心相對轉(zhuǎn)軸的偏離方向后，在相反方向(即正上方)的某個適當位置，取適量的膠泥暫時代替平衡質(zhì)量粘貼在構件上，重復上述過程。并逐步調(diào)整其大小或徑向位置，直到該回轉(zhuǎn)件在任意位置都能保持靜止。這時所加的平衡質(zhì)量與其向徑的乘積即為該回轉(zhuǎn)件達到靜平衡需加的質(zhì)徑積。 最后根據(jù)回轉(zhuǎn)構件的具體結(jié)構，按質(zhì)徑積的大小確定的平衡質(zhì)量固定到構件的相應位置（或在相反方向上去除構件上相應的質(zhì)量），就能使回轉(zhuǎn)構件達到靜平衡。,導軌式靜平衡架簡單可靠，其精度也能滿足一般主
10、產(chǎn)需要。其缺點是它不能用于平衡兩端軸徑不等的回轉(zhuǎn)件。,5-4 回轉(zhuǎn)件的平衡試驗,右圖所示為圓盤式靜平衡架。平衡時將回轉(zhuǎn)構件的軸頸支承在兩對圓盤上，每個圓盤均可繞自身軸線轉(zhuǎn)動，而且一端的支承高度可以調(diào)整，以適應兩端軸頸的直徑不相等的回轉(zhuǎn)構件。 它的試驗程序與上述相同。此種平衡架的安裝和調(diào)整都很簡便，但圓盤中心的滾動軸承易于弄臟，致使摩擦阻力矩增大，故精度略低于導軌式靜平衡架。,8-3 回轉(zhuǎn)件的平衡試驗,二、動平衡試驗法 由動平衡原理可知，軸向尺寸較大的回轉(zhuǎn)件，必須分別在任意兩個校正平面內(nèi)各加一個適當?shù)馁|(zhì)量，才能使回轉(zhuǎn)件達到平衡。令回轉(zhuǎn)件在動平衡試驗機上運轉(zhuǎn)，然后在兩個選定的平面內(nèi)分別找出所需平衡
11、質(zhì)徑積的大小和方位，從而使回轉(zhuǎn)件達到動平衡的方法稱為動平衡試驗法。,5-4 回轉(zhuǎn)件的平衡試驗,下圖所示為一種機械式動平衡機的工作原理圖。待平衡的回轉(zhuǎn)件1安裝在擺架2的兩個軸承B上。擺架的一端用水平軸線的轉(zhuǎn)動副O(jiān)與機架3相聯(lián)接；另一端用彈簧4與機架3相聯(lián)。調(diào)整彈簧使回轉(zhuǎn)件的軸線處于水平位置。當擺架繞O軸擺動時，其振幅大小可由指針5讀出。由此可測出校正平面T和T內(nèi)的不平衡質(zhì)徑積mbrb 和 mbrb 。,5-4 回轉(zhuǎn)件的平衡試驗,在進行動平衡時，調(diào)整回轉(zhuǎn)件的軸向位置，使校正面T通過擺動軸線O-O。這樣，當待平衡回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動時，T面內(nèi)mr 所產(chǎn)生的離心力將不會影響擺架的擺動。也就是說，擺架的振動完全是
12、由T面上質(zhì)徑積mr所產(chǎn)生的離心力造成的。,根據(jù)強迫振動理論，擺架振動的振幅Z與T面上的不平衡質(zhì)徑積mr成正比，即 Z=mr,5-4 回轉(zhuǎn)件的平衡試驗,的數(shù)值可用下述方法求得：取一個類似的、經(jīng)過動平衡校正的標準轉(zhuǎn)子，在其T面上加一已知質(zhì)徑積m0r0，并測出其振幅Z ，將已知值m0r0和Z代入式(8-5)，即可求出比例常數(shù) 。 當比例常數(shù)已知，讀出Z之后，便可由式(8-5)算出mr的大小。,至于 mr的方向，可用下述方法確定。 圖8-8a為校正平面T的右側(cè)視圖。 O1、O2分別為待平衡回轉(zhuǎn)件軸心在振動時達到的最低和最高位置。,5-4 回轉(zhuǎn)件的平衡試驗,車輪與輪胎的平衡,車輪與輪胎是高速旋轉(zhuǎn)的組件，如果不平衡，當汽車在超過某一速度行駛時，可能造成爆胎，從而引發(fā)交通事故。 不平衡也會引起底盤零部件損傷，從而使零件磨損或變形。因此，必須進行動平衡。 新車上安裝的車輪與輪胎都經(jīng)過了平衡，隨著車輛的行駛及輪胎的維護或修理，如果輪胎有不均勻或不規(guī)則磨損、車輪定位失準，此時就應當進行車輪維護工作了。,
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