发布时间 : 星期日 文章刚性转动零件的静平衡与动平衡试验的概述 - 图文更新完毕开始阅读5a06161368dc5022aaea998fcc22bcd127ff42ce
- 1 -
刚性转动零件的静平衡与动平衡试验的概述
1. 基本概念: 1.1 不平衡离心力基本公式:
具有一定转速的刚性转动件(或称转子),由于材料组织不均匀、加工外形的误差、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=(G／g)×e×ω2=(G／g)×e×(πn／30)2--------(公斤)
式中: G------转子的重量(公斤)
e-------转子的重心对旋转轴线的偏心量(毫米) n-------转子的转速(转／分) ω------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量,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由之一.所以零件在加工和装配时,转子必须进行平衡.
1.2 转子不平衡类别:
1.2.1 静不平衡——转子的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.
1.2.2 动不平衡——转子的主惯性轴与旋转轴线主交错将产生不平衡的离心力,且相交于转子的重心
上,即转子重心在旋转轴线上, 如图1b所示.这时转子虽处于平衡状态,但转子旋转时将产生一不平衡力矩.
1.2.3 静动不平衡——大多数情况下,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.
即转子的主惯性轴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,将产生一个不平衡的离心力和一个力矩.
1.2.4 转子静不平衡只须在一个平面上(即校正平面)安放一个平衡重量,就可以使转子达到平衡,故又
称单面平衡.平面的重量的数值和位置,在转子静力状态下确定,即将转子的轴颈放置在水平刀刃支承上,加以观察,就可以看出其不平衡状态,较重部份会向下转动,这种方法叫静平衡.
1.2.5 转子动不平衡及静动不平衡必须在垂直于旋转轴的二个平面(即校正平面)内各加一个平衡重量,使转子达到平衡. 平面的重量的数值和位置, 必须在转子旋转情况下确定, 这种方法叫动平衡.因需两个
- 2 - 平面作平衡校正,故又称双面平衡 刚性转子只须作低速动平衡试验，其平衡转速一般选用第一临界转速的1/3以下。 .
1.3 转子不平衡产生的原因:
1.3.1 设计与制图的误差. 1.3.2 材料的缺陷.
1.3.3 加工与装配的误差.
1.4 转子不平衡产生的不良效应:
1.4.1 会对轴承、支架、基体产生作用力. 1.4.2 引起振动.
但不平衡与质量分布,机架的刚度有关,所以转子不平衡不一定就会产生振动.一般的说来,静不
平衡影响大于力矩不平衡的影响.
2. 动平衡与静平衡的选择: 2.1 一般选取的范围:
2.1.1 当转子厚度δ与外径D之比 (δ／D )≤0.2时(盘状转子), 需要作平衡试验的,不轮 其工作转速
高低,都只需进行静平衡.
2.1.2 当转子厚度δ(或长度)与外径D之比 (δ／D )≥1时(辊筒类转子),只要转子的转速＞1000转／
分,都要进行动平衡.
2.1.3. 当转子厚度δ与外径D之比 (δ／D )在0.2—1时和当转子厚度δ与外径D之比 (δ／D )≥1而
转子的转速＜1000转／分时,需根据转子的重量;使用功能;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还是静平衡.一般不重要部位使用的零件,旋转速度较低的转子零件, 设计需要作平衡试验的,一般只按排作静平衡.
2.2 按图表选择:(见图2)
- 3 -
图2表示平衡的应用范围.下一条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,两斜线之间的转子须根据转子的重量;使用功能;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还是静平衡.一般不重要部位使用的零件,旋转速度较低的转子零件, 设计需要作平衡试验的,一般只按排作静平衡.
3. 许用不平衡量的确定:
3.1 许用不平衡量的表示方法:
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. 也可用 偏心距表示,单位为微米.
1973年国际标准化协会对于刚性转子 相应不同平衡精度等级G的许用偏心距 和各种具有代表性的旋转机械钢性转子 应具有的精度等级分别表示在图3和表1 上.可供确定刚性转子许用不平衡量值的 参考.
静平衡(单面平衡)的许用不平衡 力矩为:
M=e×G (克／毫米) 动平衡(双面平衡)的许用不平衡 力矩为:
M=1／2(e×G) (克／毫米) 式中: e——许用偏心距(毫米,见图3)
G——转子重量(克) 图三
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中的数值的一半. (图3可参见附页图3放大图)
3.2许用不平衡量控制的误差如下:
平衡精度等级 允许偏差 G2.5~G16 ±15% G1 ±30% G0.4 ±50%
3.3 平衡精度的分类:
1973年国际标准化ISO推荐”旋转刚性平衡精度”的判断标准中,
根据eω乘积为一常数,按2.5倍阶比被分为下11等级,见下表1.
表1
- 4 - 精度等级G eω① (毫米／秒) 转 子 类 型 的 举 例 精密磨床主轴,磨轮及电枢,回转仪. 磨床驱动件,特殊要求的小型电枢,磁带录音机及留声机的驱动件. 汽轮机和燃气轮机的转子,发电机的刚性转子,离心式压缩机的转子,机床驱动件,特殊要求的中型和大型的电机转子,小型电机转子,汽轮机驱动的水泵转子. 船用主汽轮机齿轮,离心分离机的转鼓、通风机,装配的航空用燃气机轮子,飞轮,水泵叶轮,机床及一般机械的转动件,一般电机转子,特殊要求的发动机个别转动件. 特殊要求的驱动轴(螺旋桨轴,万向联轴节的轴),破碎机械的转动件,农业机械的转动件,汽车,卡车和机车发动机(汽油机或柴油机)的个别转动件, 特殊要求的六缸和多缸发动机的曲轴驱动件. 汽车车轮,轮纲、整套车轮、驱动轴,弹性安装六缸和多缸高速四冲程发动机③(汽油机和柴油机)的曲轴驱动件, 汽车,卡车和机车发动机的曲轴驱动件. 六缸和多缸高速柴油发动机③的曲轴驱动件, 汽车、卡车、机车发动机(汽油机和柴油机)的整机转子④ 固定安装四缸高速柴油发动机③的曲轴驱动件 固定安装大型四冲程发动机的曲轴驱动件,弹性安装船用柴油机的曲轴驱动件 固定安装大型二冲程发动机的曲轴驱动件 固定安装单数气缸低速船用柴油发动机③的曲轴驱动件② G0.4 G1.0 G2.5 G6.3 G16 0.4 1 2.5 6.3 16 G40 G100 G250 G630 G1600 G4000 40 100 250 630 1600 4000 注: 1、若n用转／分, ω用弧度／秒测定,则ω=2πn／60≈n／10
2、指曲轴驱动件是一个组合件,包括曲轴、飞轮、离合器、皮带轮、减振器和连杆的转动部份等. 3、指活塞速度低于9米／秒为低速柴油机发动机, 活塞速度高于9米／秒为高速柴油机发动机
4、发动机整机转子其重量包括注②所述的曲轴驱动件的全部重量.
3.4在外圆处许用静平衡配重值与平衡精度等级和工作转速度关系式
许用静平衡在外圆处配重值计算公式为： m= eω×G/R×10000/n---------- g 许用动平衡在外圆处配重值计算公式为： m= [eω×G/R×10000/n]/2------ g 注：1）后面除2是动平衡的两个端面处的每一端面的动平衡许用配重值。 2）其中：m--------许用配重值。g G--------工件重量。kg
eω-----选定的平衡精度等级数值。mm/s D/2；R------工件半径。mm
ω-----------工件角速度。弧度/秒 ω=n×π/30≈(1/10）n n------------工件转速。r/min
4. 长辊筒许用不平衡量的确定: 4.1 长辊筒的类别和动,静平衡的选择:
根据一些资料介绍,辊筒的总长与辊面直径之比L／D大于12为长辊筒, L／D大于20为细长辊筒, L／D大于30为超长辊筒. 其细长辊筒、超长辊筒，因细长,加工困难,易产生弯曲变形,是造成不平衡的一项重要原因. 辊筒的总长-----注:应包括轴径长度 辊筒一般是由薄臂管和轴头焊接而成, 长辊筒、超长辊筒的工作速度一般较低,在300-400转／分以下. 平衡的选择,根据动,静平衡选择的原则,大部份选用静平衡试验.
4.2 长辊筒许用不平衡量的选择:
4.2.1 长辊筒许用不平衡量的选择,可按上述图3和表1进行选取.
例如:6850.11.1-23海绵辊,φD=φ90±0.50;辊面长L=2700;总长3070;静重G=61;工作速 度为60转