机械振动第六章( 第5节)转子动平衡技术.ppt

6.5 转子动平衡技术 6.5 转子动平衡技术 6.5 转子动平衡技术 6.5 转子动平衡技术 6.5 转子动平衡技术 6.5 转子动平衡技术 6.5 转子动平衡技术 6.5 转子动平衡技术 6.5 转子动平衡技术 转子动平衡概述 振动是影响机械结构系统工作精度和性能的重要原因之一，因此，必须采取各种有效措施，把机械系统的振动量限制在允许的范围内，使之能够保持正常的运行性能。机器转子的动平衡（治本）和机械振动控制（治标）都是减小振动的有效措施之一。 转子系统是汽轮机、发电机、电动机、车床、内燃机一类旋转机械的关键结构。如前所述，转子系统运转的平稳性极大地影响机器的工作质量、工作效率、工作寿命和工作环境。研究和改善转子系统运转的平稳性是力学的一个重要分支―机械动力学的核心研究课题。 转子动平衡概述 刚性转子：一个转子在较低转速下运转时，因不平衡离心力导致的动挠曲量很小，对转子本身的强度、轴承支反力和机器性能不产生显著影响，这样的转子可视为刚性转子，即把它作为不会变形的刚体来对待. 转子分类：工程上根据转子运转时的力学特征分为刚性转子与柔性转子。 柔性转子：反之，虽是同一转子，但在较高转速下运转，尤其是接近或超过其固有频率转速（临界转速）时，转子产生的显著变形已不容忽视，这样的转子即称为柔性转子。 转子动平衡概述 如果一个转子的质量分布均匀，制造和安装都合格，则运转是平衡的，理想情况下，它对轴承的压力，除重力外无其他的力，即只有静压力，这种旋转与不旋转时对轴承都只有静压力的转子，称为平衡的转子。 转子如果是不平衡的，附加动压力将通过轴承传递到机器上，引起整个机器的振动，产生噪声，加速轴承磨损和机器零部件的疲劳破坏，从而降低机器的寿命，甚至使机器控制失灵、发生严重事故。这些有害的现象在日常生活中也是常见的，如吊扇由于叶片制造和安装不平衡，运转时摇摇晃晃，威胁到人身安全。 平衡转子与不平衡转子： 1 刚性转子的平衡 从牛顿运动定律知道，任何物体在匀速旋转时，体内各质点都会产生离心惯性力，简称离心力。如果转子是以角速度?作匀速转动，则体内任一质点A1将产生离心力：F1=m1r1?2，这里m1，r1为A1点的质量和至旋转中心的距离。当然体内任一质点都会产生类似的离心力，这无数个离心力组成一个惯性力系作用在轴承上，所形成对轴承动压力的大小完全决定于转子质量的分布情况。 转子不平衡的原因 如转子的质量关于转轴对称分布，各对应质点的离心力互相平衡，如图6.5-1中A1点与相对的A?1点； 1 刚性转子的平衡 反之，转子的质量非完全对称分布，惯性离心力系不平衡，对轴承产生动压力，且随着转速?的增大而加大。 平衡原理 匀速转动的转子上各质点所产生的惯性力组成一个惯性力系，要确定该转子是否为平衡转子，必须根据转子惯性力系合成的结果来定。这个合成结果可以利用理论力学中的力系向任一点简化的原理来分析。一般而言，转子的惯性力系向任一点简化的结果可以得到一个力（力系的合力，作用在进行简化的参考点上）和一个力偶（力系的合力偶，使转子绕参考点转动）。转子在旋转时，合力和合力偶的方向都在变化，成为引起轴承振动的激发源。所以理论上认为，刚性转子平衡的必要与充分条件是惯性力系向任一点简化的合力和合力偶都为零。 1 刚性转子的平衡 使不平衡转子变为平衡转子的过程称为平衡校正，简称为平衡。平衡的操作原理就是根据转子惯性力系简化的结果确定在某一个或两个校正平面上的适当位置加重或去重，这在理论上容易理解，但实际操作是一项技术性很强的工作，要借助高精度平衡机，同时要涉及到较为繁复的力学理论计算和复杂的平衡工艺与方法。 平衡方法 2 柔性转子的平衡 当柔性轴在转动时，在某一速度下，转轴会呈现弯曲现象，这个弯曲轴线以一定的频率绕支承中心线以圆形、椭圆形或其他复杂的形状为轨迹作回旋， 这种现象称为转轴的回旋，亦称转轴的 进动。这里只讨论由不平衡离心力激励 产生的圆形轨迹的简单情况。 如图6.5-2所示的单圆盘转轴，轴自重不计。圆盘装在轴的中部，故当轴弯曲后作回转时，圆盘只作平面运动，没有偏转。设由于制造或材料上的缺陷，圆盘质心C与轴心A存在偏心距e。 2 柔性转子的平衡 当轴转动时，由于离心力的作用，使轴产生弯曲变形，轴将绕轴承连线