实验五 刚性转子动平衡设计与实验.doc

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1、实验五刚性转子动平衡设计与实验一、实验目的1、掌握刚性转子动平衡设计的原理和方法；2、掌握在动平衡机上对刚性转子进行动平衡的原理和方法。二、实验预习的内容1、预习与动平衡相关的知识；掌握动平衡设计的原理和方法；了解动平衡机的结构、工作原理和使用方法；了解动平衡实验的原理和方法。2、动平衡设计1）动平衡设计原理在转子的设计阶段，尤其在设计高速转子及精密转子结构时，必须进行平衡计算，以检查惯性力和惯性力矩是否平衡。若不平衡则需要在结构上采取措施，以消除不平衡惯性力的影响，这一过程称为转子的平衡设计。转子的平衡设计分为静平衡设计和动平衡设计，静平衡设计指对

2、于D/b≥5的盘状转子，近似认为其不平衡质量分布在同一回转平面内，忽略惯性力矩的影响。动平衡设计指径宽比D/b＜5的转子（如多缸发动机曲轴、汽轮机转子等），其特点是轴向宽度较大，偏心质量可能分布在几个不同的回转平面内，因此，不能忽略惯性力矩的影响。此时，即使不平衡质量的惯性力达到平衡，惯性力矩仍会使转子处于不平衡状态。由于这种不平衡只有在转子运动时才能显示出来，因此称为动不平衡。为避免动不平衡现象，在转子设计阶段，根据转子的功能要求设计转子后，需要确定出各不同回转平面内偏心质量的大小和位置，然后运用理论力学中平行力的合成与分解的原理，将每一个离心惯性

3、力分解为分别作用于选定的两平衡基面内的一对平行力，并在每个平衡基面内按平面汇交力系求解，从而得出两个平衡基面分别所需的平衡配重的质径积大小和位置，然后在转子设计图纸上加上这些平衡质量，使设计出来的转子在理论上达到平衡。2）转子动平衡设计的方法及步骤A：根据转子的结构确定出偏心质量所在的平面，并计算出各个偏心质量m1、m2、…、mi，向径r1、r2、…、ri，方位角θ1、θ2、…、θi和惯性力F1、F2、…、Fi；B：选定平衡基面Ⅰ、Ⅱ，将惯性力F1、F2、…、Fi分解到所选定的平衡基面Ⅰ、Ⅱ，其分力分别为F＇1、F＇2、…、F＇i和F″1、F″2、…

4、、F″i，设在Ⅰ、Ⅱ面上所加的配重为mⅠ、mⅡ，其向径为rⅠ、rⅡ，其方位角为θⅠ、θⅡ；确定两个平衡基面Ⅰ、Ⅱ的距离L和各个偏心质量分别到平衡基面Ⅰ的距离l＇1、l＇2、…、l＇i和到平衡基面Ⅱ的距离l″1、l″2、…、l″i，；C：分别列出平衡基面Ⅰ、Ⅱ动平衡方程式D：求解mⅠ、θⅠ和mⅡ、θⅡ。解法一：（1）取质径积（miri）比例μmr；（2）分别作出平衡基面Ⅰ、Ⅱ质径积矢量多边形，求出mⅠrⅠ、θⅠ和mⅡrⅡ、θⅡ；（3）分别选取平衡质量mⅠ、mⅡ在平衡基面Ⅰ、Ⅱ的向径为rⅠ、rⅡ，计算出mⅠ、mⅡ。解法二：（1）列出平衡基面Ⅰ、Ⅱ的动平衡

5、方程式分别在x、y方向上的投影方程式计算出mⅠrⅠ、mⅡrⅡ和θⅠ、θⅡ；（2）选取mⅠ、mⅡ在平衡基面的向径rⅠ、rⅡ，计算出mⅠ、mⅡ。3、动平衡设计报告1）转子结构图2）转子动平衡设计参数：平衡基面的位置、转子材料密度ρ、不平衡质量所在回转平面位置、不平衡质量所在的向径ri和方位角θi、不平衡质量mi、平衡基面之间的距离L、平衡质量mⅠ、mⅡ在平衡基面上的向径rⅠ、rⅡ。3）动平衡设计计算要求列出平衡基面动平衡方程式，用图解法和解析法分别进行计算。三、实验设备和工具1、实验用刚性转子（同动平衡设计）；2、平衡用钢块及橡皮泥；3、天平；4、动平衡

6、机如下图所示。a）RYQ-30b）YYH-500图5-1动平衡机