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第十三章机械的平衡和调速 13-1刚性转子的静平衡和动平衡 13-2机械的速度波动及其调节原理 13-1刚性转子的静平衡和动平衡 机械工作的平稳性是衡量其性能好坏的重要指标之-。影响机械工作平稳性的原因很多，其中回转构件的不平衡及速度波动是两个重要因素。本章将就这两个问题进行讨论，着重介绍回转构件静平衡和动平衡的原理及方法，分析机器周期性速度波动和非周期性速度波动产生的原因及其调节方法。 在机械中绕固定轴线回转的构件，常称为转子。对于刚性较好，且工作转速低于(0.6~0.75)nc1(nc1为转子的-阶临界转速)的转子，由于在此情况下，转子所产生的弹性变形甚小，可以忽略不计，故称为刚性转子; 13-1刚性转子的静平衡和动平衡1 而对于刚性较差，且工作转速很高的转子，由于其弹性变形的挠度较大，不能忽略，故称为挠性转子本节主要讨论刚性转子的平衡问题. 13-1-1产生不平衡的原因 机械中的转子，由于结构上的不对称、材料的不均匀以及制造和装配中的偏差，都会导致其质量中心和回转轴线的不重合，使转子在回转时产生离心惯性力。如图13-1所示，若转子以ω等速回转，设其偏心质量为m,偏心距矢径为e，则该偏心质量所产生的离心惯性力为: 13-1刚性转子的静平衡和动平衡 对于刚性转子的平衡，首先在设计阶段就需要根据转子的结构及质量分布的实际情况进行平衡计算，使转子在运转时其惯性力的矢量和在理论上等于零，即达到平衡。至于因材质不均匀和制造、装配偏差等原因而引起的不平衡，只能采用试验的方法加以平衡. 13-1-2刚性转子的静平衡 对于轴向尺寸b与直径d之比小于0.2的转子(如齿轮、带轮、飞轮、盘形凸轮及螺旋桨等)，其质量可近似地看做是分布在与其轴线垂直的同-平面内的。正因为如此，各个偏心质量所产生的离心惯性力是同-平面上的汇交力系，不会形成力偶矩。 13-1刚性转子的静平衡和动平衡2 故这类转子只要平衡其惯性力就可以了。我们把这类惯性力的平衡称为静平衡. 如图13-2所示，如果某-刚性转子具有偏心质量，m1, m2 , m3，它们的偏心距矢径分别为e1,e2,e3. 质径积写为-般形式为 平衡质量的质径积(mb eb)的大小和方位可通过计算予以确定 如图所示，先根据转子的结构情况，选定平衡质量的偏心距eb大小，然后将式(13-2)上投影可得中各项分别在两 13-1刚性转子的静平衡和动平衡 坐标轴 平衡质量为 13-1刚性转子的静平衡和动平衡 其方位角为 以上分析可知，-个静不平衡转子无论含有多少个偏心质量，均可在-个平面内的适当位置，用增加(或去除)-个平衡质量的办法予以平衡，故静平衡又可称为单面平衡. 转子经过上述平衡计算，并在适当位置安装了所需的平衡质量后，只是从理论上解决了静平衡问题。实际上由于材质的不均匀以及制造和安装偏差等原因所产生的不平衡 13-1刚性转子的静平衡和动平衡4 问题，是无法在设计阶段用计算的方法来加以估计和消除的。它只能借助于试验设备，经过静平衡试验来加以解决. 13-1-3刚性转子的动平衡 对于轴向尺寸较大的转子(h/b≥0. 2 )，其偏心质量很可能分布在几个不同的回转平曲上。如图13 -4所示的双凸轮轴转子即 为-例。在这种情况下，即使转子的质心C位于回转轴线上，满足静平衡条件，但在转子回转时，由于各偏心质量(m1, m2)所产生的离心惯性力(F1 , F2)不在同-回转平面内，将形成惯性力偶矩，因此仍然会在支承中引起附加的动载荷和机械振动。显然这类转子的平衡条件是:平衡质量和 13-1刚性转子的静平衡和动平衡 各偏心质量所产生的离心惯性力的矢量和以及这些惯性力所构成的惯性力偶矩的矢量和都等于零，即 这类平衡称为动平衡 就平衡基面I而言，其平衡条件是: 为了求得平衡质量mbI的大小和方向，先根据转子的结构情况，选定平衡质量的偏心距ebI大小，然后参照式（13-3），可得 13-1刚性转子的静平衡和动平衡 则平衡基面I上的平衡质量为 其方位角为 13-1刚性转子的静平衡和动平衡 由以上分析可知，不论转子在几个回转平面内，有多少个偏心质量，均可以通过在所选定的两个平衡基面上，分别加上(或去除)适当的平衡质量的办法，使该转子达到平衡。故动平衡又称为双面平衡。 13-2机械的速度波动及其调节原理 13-2-1引起机械速度波动的原因 对于大多数的机械来说，由于其原动机的驱动力和}-作机的阻抗力都是变化的，若两者不能时时相适应，就会引起机械速度的波动。根据能量守恒定律，-部机器在运转过程中的动能方程式