机械设计基础（于彩云）10拓展阅读十.doc

《机械设计基础（于彩云）10拓展阅读十.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、【拓展阅读十】刚性回转体的平衡机械中有许多构件是绕固定轴线转动的，这类作回转运动的构件称为刚性回转件（也称转子）。每个刚性回转件都可看作是由若干质量组成的。如刚性回转件的结构不对称、制造装配有误差或材质分布不均匀，回转时将产生不平衡的离心力系，即离心力系的合力和合力偶矩不等于零。由于它们的方向随着回转件的转动而不断改变，致使在轴承中产生一种附加动压力，最终导致整个机械及其基础发生周期性的振动。这种周期性的机械振动会降低机械的工作精度和可靠性，并引起机械零件的疲劳损坏。特别是当它的振动频率接近系统的固有频率时，将引

2、起共振，其破坏性更大。由于近代高速重型和精密机械的发展，使上述问题显得更加突出。因此，机械中的回转件，特别是高速回转件必须进行平衡，尽对能地消除离心力的不良影响，从而达到改善机械性能、延长使用寿命的目的。对于绕固定轴线转动的回转件，若已知组成该回转件的各质量的大小和位置，则可用数学方法分析回转件达到平衡的条件，并求出所需的平衡质量的大小和位置。根据组成回转件各质量的不同分布，回转件的平衡可分为静平衡和动平衡两种类型，下面分别进行介绍。一、刚性回转件静平衡的计算对于轴向尺寸较小的回转件（一般限于宽径比bg2的盘状转

3、子），如叶轮、飞轮等,可以近似地认为质量分布在同一回转而内。此时，若其质心不在回转轴线上，则其偏心质量就会产生离心惯性力从而引起不平衡。因这种不平衡现象在回转件静止时就可表现出来，所以称为静不平衡。刚性回转件的静平衡，就是在回转件上增加或减去一部分质量的方法，使其质心和回转中心重合，从而平衡惯性力。当该回转件匀速转动时，这些质量所产生的离心力构成同一平面内汇交于回转中心的力系，其平衡条件可表示为P=Pb+》Pi=O（9-8）式中，P、Pb和工R分别表示总离心力、平衡质量的离心力和原有质量离心力的合力。由理论力学可

4、知，一个偏心为e的回转质量m,当以角速度®作等速转动时，其离心力P为P=meo）2则式（9-8）可写成：mecD—mbrbQ'+KmiFia?=0简化为me=mb「b+》mi「i=0（9-9）式中，m、e为回转件的总质量和总质心的向径；mb、几为平衡质量及其质心的向径；g、n为原有各质量及其质心的向径，如图9・34所示的情况。b)图9-34静平衡图解法刚性回转件的静平衡计算通常有两种方法，即解析法和向量图解法。向量图解法是利用任意平衡力系都可组成首尾相连的封闭向量多边形的原理，由几何作图直接求出未知力的大小和方位

5、。向量图解法简单直观，容易掌握，故工程实际中应用较广。二、刚性回转件动平衡的计算有些转子的结构不允许在所需平衡的平面内加装（或减去）平衡质量，这种情况下，可将静平衡看成是动平衡的特例进行平衡。当回转件的轴向尺寸较大时（一般限于宽径比b/D>0.2或有特殊耍求的重耍转子），如多缸发动机曲轴、航空涡喷发动机的转子等，其质暈的分布就不能再近似地认为在同一回转面内，而应看作分布于垂直回转轴线的多个相互平行的平面内。这类回转件转动时产生的离心力系不再是平面汇交力系，而是空间力系。因此，单靠在某一回转面内加平衡质量的静平衡力

6、法就不能消除这类回转件转动时的不平衡。如图9-35a）所示为双缸发动机曲轴，其质量分布可简化成图9・33b）所示形式。假定它被加工得很精确，质心位于回转轴线上，即已经达到静平衡。但因质量分布不在同一回转面内，故当其转动时，支承处仍然有附加的动反力，会发生振动。由于这种不平衡的情形只有在曲轴转动起来之后才会显霍其影响，所以称为动不平衡。通常情况下，动不平衡的回转件也兼有静不平衡的问题，即其质心也不在回转轴线上。因此，刚性回转件达到动平衡的条件是：刚性回转件各个质量的离心力的向量和等于零，同时离心力所引起的力偶矩的向

7、量和也要等于零。L-III图9-35双缸发动机曲轴如图9-36a）所示，设有一转了，其偏心质量mi、和m3分别位于平面1、2和3内,相应的向径为口、「2和「3。可由任选的两个平行平面「和「内的另两个质量时和代替,且ml和m"i处于冋转轴线和g的质心组成的平面内。现将平面1、2、3内的质量g、m2>m3分别用任选的两个回转面「和T”内的质量ml、mJmJ和m”】、m”2、mJ来代替。上述回转件的不平衡质量可以认为集中在「和T”两个回转而内。对回转ffir,其平衡方程为对回转面T",其平衡方程为作向量图如图9-36b

8、）>c）所示。由此求出质径积和。选定和后即可确定和。上述分析方法对偏心质量分布在任意多个回转面内的转子仍然适用，因为不论多少个偏心质量总是可以分解到两个选定的平衡校正面内分别实施平衡的。从上面的分析可得到如下结论：（1）任意回转面内的质量g均可由任选的两个平衡基面I和I［内的另两质量以ml和m"i来代替，且mi=mri+m"i；（2）质量分布不在同一回转面内的刚性回转件，