实验五 刚性转子动平衡设计与实验.doc

实验五 刚性转子动平衡设计与实验 一、实验目的 1、掌握刚性转子动平衡设计的原理和方法； 2、掌握在动平衡机上对刚性转子进行动平衡的原理和方法。 二、实验预习的内容 1、预习与动平衡相关的知识；掌握动平衡设计的原理和方法；了解动平衡机的结构、工作原理和使用方法；了解动平衡实验的原理和方法。 2、动平衡设计 1）动平衡设计原理 在转子的设计阶段，尤其在设计高速转子及精密转子结构时，必须进行平衡计算，以检查惯性力和惯性力矩是否平衡。若不平衡则需要在结构上采取措施，以消除不平衡惯性力的影响，这一过程称为转子的平衡设计。转子的平衡设计分为静平衡设计和动平衡设计，静平衡设计指对于D/b≥5的盘状转子，近似认为其不平衡质量分布在同一回转平面内，忽略惯性力矩的影响。动平衡设计指径宽比D/b＜5的转子（如多缸发动机曲轴、汽轮机转子等），其特点是轴向宽度较大，偏心质量可能分布在几个不同的回转平面内，因此，不能忽略惯性力矩的影响。此时，即使不平衡质量的惯性力达到平衡，惯性力矩仍会使转子处于不平衡状态。由于这种不平衡只有在转子运动时才能显示出来，因此称为动不平衡。为避免动不平衡现象，在转子设计阶段，根据转子的功能要求设计转子后，需要确定出各不同回转平面内偏心质量的大小和位置，然后运用理论力学中平行力的合成与分解的原理，将每一个离心惯性力分解为分别作用于选定的两平衡基面内的一对平行力，并在每个平衡基面内按平面汇交力系求解，从而得出两个平衡基面分别所需的平衡配重的质径积大小和位置，然后在转子设计图纸上加上这些平衡质量，使设计出来的转子在理论上达到平衡。 2）转子动平衡设计的方法及步骤 A：根据转子的结构确定出偏心质量所在的平面，并计算出各个偏心质量m1、 m2、…、mi，向径r1、r2、…、ri，方位角θ1、θ2、…、θi和惯性力F1、F2、…、Fi； B：选定平衡基面Ⅰ、Ⅱ，将惯性力F1、F2、…、Fi分解到所选定的平衡基面 Ⅰ、Ⅱ，其分力分别为F＇1、F＇2、…、F＇i和F″1、F″2、…、F″i，设在Ⅰ、Ⅱ面上所加的配重为mⅠ、mⅡ，其向径为rⅠ、rⅡ，其方位角为θⅠ、θⅡ；确定两个平衡基面Ⅰ、Ⅱ的距离L和各个偏心质量分别到平衡基面Ⅰ的距离l＇1、l＇2、…、l＇i和到平衡基面Ⅱ的距离l″1、l″2、…、l″i，； C：分别列出平衡基面Ⅰ、Ⅱ动平衡方程式 D：求解mⅠ、θⅠ和mⅡ、θⅡ。 解法一： （1）取质径积（miri）比例μmr； （2）分别作出平衡基面Ⅰ、Ⅱ质径积矢量多边形，求出mⅠrⅠ、θⅠ和mⅡrⅡ、 θⅡ； （3）分别选取平衡质量mⅠ、mⅡ在平衡基面Ⅰ、Ⅱ的向径为rⅠ、rⅡ，计算出mⅠ、mⅡ。 解法二： （1）列出平衡基面Ⅰ、Ⅱ的动平衡方程式分别在x、y方向上的投影方程式 计算出mⅠrⅠ、mⅡrⅡ和θⅠ、θⅡ； （2）选取mⅠ、mⅡ在平衡基面的向径rⅠ、rⅡ，计算出mⅠ、mⅡ。 3、动平衡设计报告 1）转子结构图 2）转子动平衡设计参数： 平衡基面的位置、转子材料密度ρ、不平衡质量所在回转平面位置、不平衡质量所在的向径ri和方位角θi、不平衡质量mi、平衡基面之间的距离L、平衡质量mⅠ、mⅡ在平衡基面上的向径rⅠ、rⅡ。 3）动平衡设计计算 要求列出平衡基面动平衡方程式，用图解法和解析法分别进行计算。 三、实验设备和工具 1、实验用刚性转子（同动平衡设计）； 2、平衡用钢块及橡皮泥； 3、天平； 4、动平衡机如下图所示。 a）RYQ-30 b）YYH-500 图5-1动平衡机 1