动平衡基本理论
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转动件的平衡、操作和装运数据及设备基础
一、转动件的动平衡与静平衡[118、119]
(一) 基本概念
具有一定转速的转动件(或称转子),由于材料组织不均、零件外形的误差(尤其具有非加工部分)、装配误差以及结构形状局部不对称(如键槽)等原因,使通过转子重心的主惯性轴与旋转轴线不相重合,因而旋转时,转子产生不平衡离心力,其值由下式计算:
C=)()30
(22公斤n e g G ew g G π= (1-1) 式中:G-----转子的重量(公斤);
e-----转子重心对旋转轴线的偏移,即偏心距(毫米);
n-----转子的转速(转/分);
w-----转子的角速度(弧度/秒);
g-----重力加速度9800(毫米/秒2)。
由上式可知,当重型或高转速的转子,即使具有很小的偏心距,也会引起非常大的不平衡的离心力,成为轴或轴承的磨损、机器或基础振动的主要原因之一。所以,机器在装配时,转子必须进行平衡。
转子不平衡有两种情况:
1、静不平衡-----转子主惯性轴与旋转轴线不相重合,但相互平行,即转子重心不在旋转轴线上,如 图1a 所示。当转子旋转时,将产生不平衡的离心力。
2、动不平衡-----转子的主惯性轴与旋转轴线交错,且相交于转子的重心上,即转子的重心在旋转轴 线上,如图1b 所示。这时转子虽处于静平衡状态,但转子旋转时,将产生一不平衡力矩。
在大多数的情况下,转子既存在静不平衡,又存在动不平衡,这种情况称静动不平衡。此时,转子主惯性轴线与旋转轴线既不重合,又不平行,而相交于转子旋转轴线中非重心的任何一点,如图1c 所示。当转子旋转时,产生一个不平衡的离心力和一个力矩。
转子静不平衡只须在一个平面(即校正正面)安装一个平衡重量,就可以使转子达到平衡,故又称单
必须指出,以上所述系指刚性转子的平衡问题。挠性转子必须选定两个以上的校正平面,以及采用专门方法才能达到平衡。挠性转子的平衡问题请参阅有关专门资料。
(二)静平衡和动平衡的选择
厚度与直径之比小于0.2的
盘状转子。一般只需进行静平
衡。
圆柱形转子或厚度与直径之比
大于0.2的盘状转子应根据转子
的工作转速来决定平衡方式。图
2表示平衡的应用范围,用转子尺寸比D b
(b----转子厚度、D 转
子直径)和每分钟转速n 的关系
表达。下斜线以下的转子只需进
行静平衡,上斜线以上的转子必
须进行动平衡,两斜线间的转子
须根据转子的重量、制造工艺、
加工情况(部分加工还是全部加
工)及轴承的距离等因素,来确
定是否需要进行动平衡。
(三)平衡质量的确定
评价转子不平衡大小在图
纸上可以用许用不平衡力矩表
示,即转子重量与许用偏心距的
乘积,单位为克.毫米,亦可用许
用偏心距表示,单位为微米。
关于平衡质量的确定,1973年国
际标准化协会对于刚性转子相
应于不同平衡精度等级G 的许
用偏心距和各种具有代表性的
图2
图3
表1中的精度等级系指许用偏心距e 于转子角速度w 的乘积,单位+
为毫米/秒。按照ew 乘积的大小,共分11个精度等级,并用G 表示。
静平衡(单面平衡)的许用不平衡力矩为:
M=e.G (克.毫米) (1-2)
动平衡(双面平衡)校正平面的许用不平衡力矩为:
M=G e .2
1 (1-3) 式中 e-----许用偏心距(毫米)
G-----转子重量(克)。
若转子用许用偏心距表示不平衡大小时,则静平衡的许用值可取图3中的全数值;而动平衡的校正平面许用值取图3中的数值一半。
例:已知离心分离机转鼓直径D=450毫米。长度b=800毫米,重量G=250公斤,转速n=3000转/分,试确定转鼓的平衡方式及许用不平衡力矩。
解:根据转鼓尺寸8.1450
800≈=D b 和转速查图2得知,转鼓须作动平衡试验。 查表1得知,离心分离机转鼓平衡精度等级为G6.3,并查图3得校正平面许用偏心距e=20微米。在图纸上若用许用不平衡力矩表示,按式1-3计算得: M=毫米克•=⨯⨯⨯⨯=-25001025010202
12133eG
②指曲轴驱动件是一个组合体,包括曲轴、飞轮、离合器、皮带轮、减振器和连杆的转动部分等。
③指活塞速度低于9米/秒为低速柴油发动机,活塞速度高于9米/秒为高速柴油发动机。
④发动机的整机转子其重量包括注②所述的曲轴驱动件的全部重量。