迴轉件的平衡

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迴轉件的平衡

一、迴轉件平衡的目的

繞固定軸線作迴轉運動的構件是迴轉件。如果迴轉件的結構不對稱、製造不均勻,便會使整個迴轉件在轉動時產生離心力系的不平衡,使離心力系的合力(主向量)和合力偶矩(主矩)不等於零。它們的方向隨著迴轉件的轉動而發生週期性的變化並在軸承中引起一種附加的動壓力,使整個機械產生振動,使機械工作精度和可靠性降低,零件材料的疲勞損壞,甚至使周圍的設備和廠房建築也會受到影響和破壞。因此,調整迴轉件的質量分佈,使迴轉件工作時離心力系達到平衡,以消除附加動壓力,儘可能減輕有害的機械振動,這就是迴轉件平衡的目的。

二、迴轉件的平衡計算

1.質量分佈在同一迴轉面內

(1)適用情況:軸向尺寸很小的迴轉件,其分佈質量可以近似地認為在同一迴轉平面內。

(2)靜平衡:對這種轉子的平衡,可通過重新調整轉子上的質量分佈,使其質心與迴轉軸線重合來達到,此時迴轉件質量對迴轉軸線的靜力矩為零,該回轉件可以在任何位置保持靜止,而不會自行轉動,因此這種平衡稱為靜平衡。

(3)靜平衡條件:F=Fb+∑Fi

∑miri+mbrb=0

即分佈於該回轉件上各個質量的離心力(或質徑積)的向量和等於零。式中:mi 、ri 為原有各質量及其質心的向徑;mb 、rb 為平衡質量及其質心的向徑;miri 稱為質徑積,是矢量。

(4)靜平衡計算:先按結構形狀及尺寸定的出各不平衡質量的大小和方位,然後根據靜平衡條件列出各質量(包含平衡質量和不平衡質量)質徑積平衡方程式,再用圖解法或解析法(列解析方程式)求出應加平衡質量的質徑積大小和方位,然後 mb、rb 任定一個便可求另一個。

2.質量分佈不在同一迴轉面內

(1)適用情況:軸向尺寸較大的迴轉件,其質量的分佈不能近似地認為是位於同一迴轉面內,而應看作分佈於垂直於軸線的許多互相平行的迴轉面內。

(2)動平衡:由於這類轉子的質量隨機地分佈在若干個不同的迴轉平面內,即使轉子的質心在迴轉軸線上,但由於各偏心質量及所產生的離心慣性力不在同一迴轉平面內,所形成的慣性力偶仍使轉子處於不平衡狀態。對於這類轉子,要調整轉子上的質量分佈,使轉子所產生的慣性力和慣性力偶都達到平衡,這種平衡稱為動平衡。

(3)動平衡條件:∑ F=0 ,∑M=0

即迴轉件上各個質量的離心力的向量和等於零;而且離心力所引起的力偶矩的向量和也等於零。

(4)動平衡計算:因為一個力可分解為與它平行的兩個分力。故我們根據該轉子的結構,選定兩個平衡基面Ⅰ及Ⅱ作為安裝配重的平面,並將各離心慣性力分別分解到平面Ⅰ及Ⅱ上。實際中常將各偏心質量分解到兩個基面上,各偏心質量的向徑在基面上大小和方向都不變,然後

據靜平衡原理,使每個基面達到靜平衡就可(以只有三個偏心質量為例,見圖8.2):

在基面Ⅰ內:m1'=m1·l1''∕l ;m2'=m2·l2''∕l ; m3'=m3·l3''∕l

則在Ⅰ內:mb'rb+ m1'r1+m2'r2+m3'r3=0

在基面Ⅱ內:m1''=m1·l1'∕l ;m2''=m2·l2'∕l ;m3''=m3·l3'∕l

則在Ⅱ內:mb''rb+ m1''r1+m2''r2+m3''r3=0

這樣就分別求得兩個基面內的平衡質徑積。即質量分佈不在同一迴轉面內的剛性轉子,必須分別在相應的兩個平衡基面內加上適當的平衡重量,才能達到完全平衡。因此動平衡又叫雙面平衡。

三、迴轉件的平衡實驗

1.靜平衡實驗:利用靜平衡架,找出不平衡質徑積的大小和方向,並由此確定平衡質量的大小和位置,使質心移到迴轉軸線上以達到平衡。

2.動平衡實驗:在動平衡機上進行。令迴轉件在動平衡實驗機上運轉,然後在兩個選定的平面內找出所需平衡質徑積的大小和方位,從而使迴轉件達到動平衡。


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