旋转零件和部件的平衡

在机器中的旋转零件和部件(如带轮、齿轮、飞轮、曲轴、叶轮、砂轮等),由于内部组织密度不均,加工不准或本身形状不对称等原因,其重心与旋转中心发生偏移。零件在高速旋转时,由于重心偏移(简称偏重)将产生一个很大的离心力。

例如:当一旋转零件在离旋转中心50mm处有5kgf(注:kgf即千克力为非法定许用单位,1kgf≈9.8N。)的偏重时,如果以1400r/min的转速旋转,则将产生的离心力大小为:

式中 F——离心力(kgf);

W——转动零件的偏重(kgf);

g——重力加速度,g＝9.81m/s2;

n——每分钟转速(r/min)。

这个离心力如果不给以平衡,则将引起机器工作时的剧烈振动,使零件的寿命和机器的工作精度大大降低。

零件或部件由于偏重而产生的不平衡情况主要有两种:零件或部件在径向位置上有偏重时,叫静不平衡(图1.11-4(a))。静不平衡的零件只有当它的偏重在铅垂线下方时才能静止不动,在旋转时则由于离心力而使轴产生向偏重方向的弯曲,并使机器发生振动。零件或部件在径向位置上有偏重(或相互抵消),而在轴向位置上两个偏重相隔一定的距离时,叫做动不平衡。如图1.11-4(b)所示为一曲轴,其重心显然不在回转轴线上,因而是动不平衡。这种动不平衡的零件虽然在任何位置都可以静止不动(即静平衡,也可称单纯动不平衡),但在旋转时将由轴向位置上有偏重而产生力偶矩,同样会使机器发生振动。

对旋转零件或部件作消除不平衡的工作,叫做平衡(静平衡或动平衡)。

图1.11-4 零件偏重产生不平衡

(a)静不平衡;(b)动不平衡

1.静平衡

静平衡用以消除零件在径向位置上的偏重,根据偏重总是停留在铅垂方向的最低位置的道理,在菱形、圆柱形或滚轮等平衡架上测定偏重方向和大小。平衡架必须置于水平位置,且须有光滑和坚硬的工作表面,以减少摩擦阻力,提高水平精度。

静平衡的试验方法有装平衡杆和装平衡块两种。

装平衡杆试验法的具体平衡步骤如下:

(1)将齿轮部件放在水平的静平衡装置上。

(2)使齿轮缓慢转动,待静止后在零件的正下方作一记号S。

(3)重复转动齿轮若干次。如S始终处于最下方,就说明零件有偏重,其方向是指向记号处的。

(4)装上平衡杆。

(5)调整水平块,使平衡力矩等于重心偏移而形成的力矩(L0P0＝L1P1)。设L1＝L0＝40cm,当平衡块P1＝0.01kg时,在零件的偏重一边离中心40cm处,钻去0.01kg金属,就可消除静不平衡。

2.动平衡

对长径比很小的零件,进行静平衡就可以了;对长径比很大的旋转零件或部件,只进行静平衡是不够的,还必须进行动平衡。

动平衡试验室是在零件或部件旋转时进行的。在动平衡时,不但要平衡偏重所产生的离心力,而且要平衡离心力所组成的力偶矩,因此动平衡包括静平衡。但在动平衡之前,一般先要校正好它们的静平衡。

动平衡在动平衡机上进行。动平衡机有框架式平衡机、弹性支梁平衡机、摆动式平衡机、电子动平衡机、动平衡仪等。