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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(yàn),5-1 回轉(zhuǎn)件平衡的目的,基本概念 回轉(zhuǎn)件(轉(zhuǎn)子)：機(jī)械中繞固定軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的構(gòu)件。 回轉(zhuǎn)件的離心力（慣性力）：從理論力學(xué)可知，一偏離回轉(zhuǎn)中心距離為r的質(zhì)量m，當(dāng)以角速度轉(zhuǎn)動時(shí)，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(gòu)不對稱、制造不準(zhǔn)確、材質(zhì)不均勻，便會使整個(gè)回轉(zhuǎn)件在轉(zhuǎn)動時(shí)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(jī)械的影響：不平衡離心力對機(jī)械正常運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生不利的影響，尤其對高速機(jī)械的影響更為重要：

2、使各運(yùn)動副中產(chǎn)生附加的動反力，從而加大了運(yùn)動副中摩擦力，使運(yùn)動副磨損加劇，導(dǎo)致機(jī)械效率下降。 使各構(gòu)件的材料內(nèi)部引起附加內(nèi)應(yīng)力，影響機(jī)械及各構(gòu)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(dǎo)致機(jī)械及其基礎(chǔ)（機(jī)架）產(chǎn)生強(qiáng)迫振動，從而降低機(jī)械的運(yùn)動精度，增大噪音，甚至產(chǎn)生共振，由此會帶來更嚴(yán)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(jī)械則是利用不平衡原理而工作的，如蛙式打夯機(jī)、振動打樁機(jī)、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(shí)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(rèn)為其質(zhì)量都集中在垂直于回轉(zhuǎn)軸線的同一個(gè)平面上。,5-2 回轉(zhuǎn)件的靜平衡,二、靜平衡： 當(dāng)回轉(zhuǎn)件做勻角速度轉(zhuǎn)動時(shí)，其偏心質(zhì)量產(chǎn)生的離心力構(gòu)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(jì)算： 離心力是慣性力，所以上式可寫成 me2=mbrb2+miri2=0 在同一個(gè)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(yīng)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(shí)，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(shí)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(rèn)為是位于同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，而應(yīng)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(dāng)回轉(zhuǎn)件做勻角速度轉(zhuǎn)動時(shí)，回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動時(shí)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(gè)空間的平行力系。要使這個(gè)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(shí)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(jì)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(shí)，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?yàn)閯悠胶庥?jì)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(gè)校正平面的相對位置有關(guān)； 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(yàn),結(jié)構(gòu)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(jì)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(dá)到完全平衡。 對于結(jié)構(gòu)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(jì)算出來的，只能在平衡機(jī)上通過實(shí)驗(yàn)的方法加以平衡。很據(jù)質(zhì)量分布的特點(diǎn)，平衡試驗(yàn)法也分為兩種。,一、靜平衡試驗(yàn)法 靜平衡試驗(yàn)的基本原理是基于這樣一個(gè)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(fù)擺動，直至晃動到質(zhì)心s位于最低位置時(shí)才靜止不動。 由于回轉(zhuǎn)構(gòu)件質(zhì)心偏離轉(zhuǎn)軸，不能使構(gòu)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(shí)質(zhì)上就是調(diào)整回轉(zhuǎn)構(gòu)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(yàn),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(dá)到靜平衡。這種方法稱為靜平衡試驗(yàn)法。,右圖所示為導(dǎo)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(gè)互相平行的刀口形導(dǎo)軌（也有棱柱形或圓柱形的）。,試驗(yàn)時(shí)將回轉(zhuǎn)構(gòu)件的軸頸支承在兩導(dǎo)軌上。若構(gòu)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(dāng)滾動停止后，構(gòu)件的質(zhì)心s在理論上應(yīng)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(yàn),在判定了回轉(zhuǎn)構(gòu)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(gè)適當(dāng)位置，取適量的膠泥暫時(shí)代替平衡質(zhì)量粘貼在構(gòu)件上，重復(fù)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(shí)所加的平衡質(zhì)量與其向徑的乘積即為該回轉(zhuǎn)件達(dá)到靜平衡需加的質(zhì)徑積。 最后根據(jù)回轉(zhuǎn)構(gòu)件的具體結(jié)構(gòu)，按質(zhì)徑積的大小確定的平衡質(zhì)量固定到構(gòu)件的相應(yīng)位置（或在相反方向上去除構(gòu)件上相應(yīng)的質(zhì)量），就能使回轉(zhuǎn)構(gòu)件達(dá)到靜平衡。,導(dǎo)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(diǎn)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(yàn),右圖所示為圓盤式靜平衡架。平衡時(shí)將回轉(zhuǎn)構(gòu)件的軸頸支承在兩對圓盤上，每個(gè)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(yīng)兩端軸頸的直徑不相等的回轉(zhuǎn)構(gòu)件。 它的試驗(yàn)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(dǎo)軌式靜平衡架。,8-3 回轉(zhuǎn)件的平衡試驗(yàn),二、動平衡試驗(yàn)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(gè)校正平面內(nèi)各加一個(gè)適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量，才能使回轉(zhuǎn)件達(dá)到平衡。令回轉(zhuǎn)件在動平衡試驗(yàn)機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)，然后在兩個(gè)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(dá)到動平衡的方法稱為動平衡試驗(yàn)法。,5-4 回轉(zhuǎn)件的平衡試驗(yàn),下圖所示為一種機(jī)械式動平衡機(jī)的工作原理圖。待平衡的回轉(zhuǎn)件1安裝在擺架2的兩個(gè)軸承B上。擺架的一端用水平軸線的轉(zhuǎn)動副O(jiān)與機(jī)架3相聯(lián)接；另一端用彈簧4與機(jī)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(dāng)擺架繞O軸擺動時(shí)，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(yàn),在進(jìn)行動平衡時(shí)，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(dāng)待平衡回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動時(shí)，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(qiáng)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(yàn),的數(shù)值可用下述方法求得：取一個(gè)類似的、經(jīng)過動平衡校正的標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)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(shí)達(dá)到的最低和最高位置。,5-4 回轉(zhuǎn)件的平衡試驗(yàn),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(dāng)汽車在超過某一速度行駛時(shí)，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(jìn)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(hù)或修理，如果輪胎有不均勻或不規(guī)則磨損、車輪定位失準(zhǔn)，此時(shí)就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行車輪維護(hù)工作了。,