双面硬支撑卧式传动轴动平衡机设计毕业设计(编辑修改稿)

双面硬支撑卧式传动轴动平衡机设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

用于 具体 某 一 种零 部 件的 专用平衡机和适用于大多数转子的 通用平衡机。 若 按转子轴线方向 来分，大致又 可分为卧式和立式 两类。 动平衡机的用途 非常之 广泛，具体可 以细 分为 以下几 类： （ 1） .重工业 领域 ：大型发电机 转子 ， 大形变速齿轮 、大型马达离心机 转子 ，垃圾处理机 等。 （ 2） .汽车工业 领域 ：轮胎、曲轴、驱动轴、离合器、剎车鼓 等。 （ 3） .家电电机 领域 ：吸尘机 电机转子 、果汁机马达、计算机磁盘 等。 （ 4） .农机具 领域 ：引擎零件 (曲轴、飞轮等 )刀具，链锯等 旋转类 零件。 （ 5） .航空 领域 ：陀螺仪，航空用引擎，螺旋浆叶，飞机用轮胎 等。 （ 6） .其它：捻线机 ,磨擦轮等等。 动平衡发展趋势与展 望 随着时代的发展，回顾动平衡技术发展的整个历程，不难看出动平衡技术今后必有如下的发展趋势： （ 1） 从设计制造的角度来讲，必然会向着 低成本，高精度， 模块化，通用化的方向发展； （ 2） 从操作应用的角度来讲，必然会向着高度自动化，智能化，人机交互更加简易化方向发展； （ 3） 从能耗角度来讲，必然会向着节能降耗，环境友好型方向发展； 双面 硬支承 卧式传动轴动平衡机设计 7 （ 4） 现场动平衡设备也必将趋于集成化，智能化，便携化，操作更加人性化； （ 5） 在线自动平衡技术的应用愈来愈广泛，机构趋于简单，体积越来越小，加工和安装 越来越简便，平衡能力逐步提高，成本随之降低，能够满足各种尺寸转子，各种复杂转子、高速转子的平衡需求； （ 6） 平衡范围可以覆盖转子生产加工、装配、应用的整个过程。 小结 本章简要介绍了动平衡研究的现实背景和意义，然后说明了本文研究内容和要求，论述了国内外动平衡技术的研究发展的历史和现状，以及动平衡设备的基本构成、种类和具体应用。 双面 硬支承 卧式传动轴动平衡机设计 8 2 转子的动平衡原理 这里所说的的 转子 指的是 机器中 可以绕着轴线旋转的零部件。 理想情况下，假如 一个转子 它 的质量分布均匀，制造和安装都非常精密，那么它的 运转是 应该是绝对 平稳的 ，这时转子无论旋转还是没有有旋转 ， 它对轴承 只有静压力 [15]。 这种旋转 情况下 与不旋转情况下 对轴承都只有静压力 作用 的转子， 我们 称 其 为平衡的转子。 如果转子在旋转 情况下 对轴承除 了 有静压力 之 外还附加有 其它 动压力， 我们 称 这种转子 为不平衡的转子 ， 转子如果不平衡 ,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 ,产生噪音 ,加速轴承的磨损 ,降低机器的寿命 ,甚至使机器控制失灵 ,发生严重事故 [16]。 工业快速发展的当今世界，现代化的机械设备 正 朝着 高速、高效、高精度 方向 发展， 如何 为操作工人 创造 更加 舒适 ，人性化 的工作 环境 、 同时 节 能高效成为现代工业追求的目标。 所以 ， 怎样才能合理有效地 限制 并消除不必要的机械 振动 和噪声 就 显得非常重要。 转子产生不平衡的原因及其危害 转子产生不平衡的原因是很多的，但大致可以 分为如下的几类 ： ( l ) 转子结构的不对称： 日常生活中我们不难发现 ， 对于 不同旋转 类机械，它们 的结构 往往 是不 相 同的， 其中就有相当一部分的旋转部件从结构上来看 是不对称的， 例如我们常见的 曲轴。 曲轴设计时， 由于 所设计的 发动机气缸排列 的形式不尽相同 ， 随之 气缸 的 工作顺序 也不一定相同 ， 再加上不同发动机 气缸 的 数目 根据不同的需求各有差异 ， 所以设计 人员设计 的方案必然是多种多样的 ； 性质使然， 曲轴 在机械 结构上 存在 不对称 在所难免 ， 所以 ， 曲轴设计时 要求必须 要给 曲轴设计 相应的 配重， 而且加工成型的曲轴在出厂前 还必须 要 对 其 做动 平衡 校验 ， 只有完成校验 剩余不平衡量 达到 要求 的曲轴才能正常 投入使用。 ( 2 ) 原材料或毛坯的缺陷： 由于材料的缺陷， 而导致 机械 转子的不平衡 进 而 造成 零部件的 非正常失效是机械领域 中经常 会碰到 的 问题。 常见的情况有 ：原材料 自 身的 密度 分布 不均匀， 铸造 毛坯 存在 气孔、砂眼 、缩孔 等 组织 缺陷；锻件 内部有 夹杂物等， 这些 都 常常 导致 转子 出现 不平衡。 ( 3 ) 转子加工和装配有误差： 假如机械 转子在加工或 者 装配 的 过程中 有 误差 存在 ， 那么这样就会使 转子绕轴线的质量分布 状况发生改变 ， 在所难免地就会造成机械转子的不 平衡。 比 如： 机械 转子与轴双面 硬支承 卧式传动轴动平衡机设计 9 颈 的 轴线 不重合 ；装配时 零部件的 径向间隙不均匀或 者存在 不同轴 的 现象 等 都会 导致机械 转子的不平衡 问题。 ( 4 ) 机器在运转过程中所产生的不平衡： 比 如：砂轮、离心机分离钵等 由于工作性质原因 难免会有的 不均匀磨损； 机器 运转过程中温度变化而 导致 的变形，离心力 的存在而 引起的零部件的微小移动或弹性变形等，也都会破坏转子原来的平衡状态 [17]。 ( 5 ) 机器在维修过程中产生的不平衡： 一般来讲各个行业的机械 维修部门 的 设备 都比较 落后 ，技术力量 也相对较 差， 工作人员 在维修过程中 ，通常在排除 主要故障的同时，却引 入了一些 潜在的隐患， 尤其 是对于转子的动平衡 问题，人们通过肉 眼 很难观察 到，手也感觉 很难感觉的到 ， 这种情况下就 必须 借助于 动平衡试验才能 给出 结论， 这就导致动平衡问题很容易被人们忽略。 在汽车维修行业中，由于发动机曲轴动不平衡过大，而使飞轮壳碎裂报废数个却使一些维修人员找不到原因的现象， 常常遇到 [18]。 这种现象很可能就是由于维修过程中的引入的不平衡造成的。 这时如果 将曲轴飞轮组件 进行动 平衡 校正 ，问题就 会得到很好的解决。 所以 ， 伴 随着机械 转子 运 行 速度的 逐步 提高，转子的 不 平衡 所带来的 问题， 人们就不得不面对，也不得不给予充分的重视。 显然， 在 绝大多数情况下，机械振动是有百害而无一利 的，其危害性主要有： ( 1 ) 使机器 的 支承 受到动裁荷的 破坏 ，影响 支承 系统 的正常工作。 ( 2 ) 加剧 机械 损 坏 ，致使机器 产品 经常修理或 非正常报废。 ( 3 ) 对周围 的机械设备和仪表 造成干扰 ，使设 其 无法正常工作。 ( 4 ) 产生噪音， 对员工 的身心健康 造成伤害。 假如机械 转子 的 转速与转子 自身 轴系的固有频率相同或 相 近， 设备就很可能出现 共振 现象。 一旦发生共振以后 ，振幅 会 迅速 被放大 ， 整个设备 将产生剧烈 的 振动 严重时将导致设备损毁。 据报导，在 1972 年 6 月，日本关西海南电厂一台 600MW 的汽轮机组在试车时，因振功过大而造成飞车，致使机组全部损坏 [19]。 当然，其它 的很多 原因也 都会导致 机器 发生 振功， 比 如大型汽轮发电机组的转子还会 因为 油膜振荡、间隙振荡等 其它 原因 产生机械 振动。 但 是很据 概率 统计 得到的数据来看 ， 机械 转子质量分布不均匀 所 引起 的振动占据了相当大的比例，甚至可达 70~80％ 左右。 所以 ， 机械 转子的 动 平衡 检测与 校正 就显得尤为重要。 双面 硬支承 卧式传动轴动平衡机设计 10 不平衡的种类 转子的不平衡 可分为以下四类 ：静不平衡、力偶不平衡、动不平衡和准静不平衡。 静不平衡 转子的静不平衡即 转子的 不平衡 量仅 作用 于 转子的重心所在的径向平面 内。 当转动转子时 ，转子上 只存在通过质心的不平衡质量引起的 静不平衡力 ， 而 没有 不平衡离心力偶 存时即为 静不平衡： 在 航天航空 领域内， 转子的 静不平衡 通 常指 的是转子的 重心偏移。 历史上， 人们最早发现的不平衡就是这种转子静不平衡。 将转子轴颈 放 在刀口上，不平衡点将移到 底 部，这时即可用静止方法观察到，故了“静不平衡”一词 [20]。 力偶不平衡 转子的 力偶不平衡也称力矩不平衡。 当 转子的中心主惯性轴 线 相对于旋转轴线 存在角位移、 且和旋转 轴线交于重心时 而产生 的不平衡 量， 称为转子的力偶不平衡。 这种情况下，我们 通常可 以 用两个互 成 180 ˚、空间上相距一定距离、且大小相等的不平衡 量来 简化 表示。 航空航天 领域中常称 其 为“惯性积”。 力偶不平衡在静止状态下无法观察到，只有在转子旋转时才能观察，这时转子上加有摇摆型振动，中心主惯性轴线相对于旋转轴线是以锥形轨迹运动 [21]。 动不平衡 事实上 ，转子 中心主惯性轴 线和 旋转轴线既不平行也不重合最 为 常见 ，这种情况称为转子的动不平衡。 动不平衡 有的特点 为 不平衡 的 离心力 和 离心力偶 均不为零。 所以， 动不平衡 的校正 需在垂直于 转子 轴线的两个平面内 进行 ，必要时也可将 转子的 力偶不平衡和静不平衡 进行 分别 校正。 准静不平衡 转子的准静不平衡是指 由不 位于重心平面内的、以单一不平衡质量为代表的不平衡现象 ， 由于转子的 中心主惯性轴线与 转子的 旋转轴线 的 交点不在重心上，所以 转子的 准静不平衡是 转子 静不平衡 和转子 力偶不平衡 组合 的特例 [28]。 若 已知准静不平衡的精确平面， 则 可用单个校正质量在这平面内校正， 否 则 需要像动不平衡 校正 那样在两个平面内进行校正 [28]。 双面 硬支承 卧式传动轴动平衡机设计 11 刚性转子的动平衡原理 在 转子的 平衡技术中，刚性转子 指的是转子 在重力和 由于转子 不平衡所产生的离心力作用下转轴的变形 量非常小以至于 可以忽略 不计 ， 而 且 这种变形对转子的正常工作几乎没有什么影响。 实际生产生活中 ，绝对刚性的转子 只是一种假设并不存在 ， 而我们习惯于把那些工作转速远 远低于转子的第一临界转速， 而且由于转子的 不平衡离心力 而 使转子产生的变形 极 小的转子 称之为 刚性转子。 实际情况下 ， 对于 低速的 转子 ，转子的 不平衡质量所产生的离心力 很小 ， 所以我们可以认为这样的转子是刚性的。 其动平衡原理如下： ( 1 ) 无论 起初 转子的不平衡 量是怎样 分布的， 我们 总 是能够 在预 先 选 定好 的两校正平面内 通过适当的加重去重来 进行 动平衡校正。 这时因为忽略了转子的变形之后，仅考虑离心力的作用的情况下，由于 离心力 的大小 与转速的平方成正比， 同一转子的旋转角速度是相等的，所以 刚性转子的平衡 就 与 转子的 转速无关。 所以 在某一 旋 转速 度 下平衡校正过 的刚性转子，其剩余不平衡量的 数 值在其它 的 转速、 甚至是 最高转速下，也不会发生明显的改变。 ( 2 ) 经过动平衡校正的转子一定满足转子的静平衡，无需 再 进行静平衡校正 ，反之怎不然。 显然， 刚性转子的动平衡 校正 原理 较为 简单，它转子动平衡 问题 的基础。 挠性转子的动平衡原理 与刚性转子相对应 ， 我们将 不符合刚性转子定义的转子统称为挠性转子。 严格来说 ，对于工作转速接近或高于转子自身的第一临界转速 的转子都属于 挠性转子。 比 如套装式叶轮的汽轮机转子、 大部分 发电机 的 转子。 尤其 是 在 现代化设备中 出现 的 一些长径比很大的转子， 它们 的临界转速 较低 ，工作转速 却较高 ， 高速 工作 时 ，转子 会 呈现挠曲状，如果还像 平衡 刚性转子那样， 忽略 转子的挠曲变形， 很难 得到 预期的 平衡 效果， 甚至 会越校正越不平衡。 下面对挠性转子的动平衡原理做简要的介绍 ： ( 1 ) 失 去平 衡 的 挠性转子的动挠度 会 随 着 转速 实时的发生变化。 这就要求 挠性转子不仅要在 正常的 工作转速下 进行 平衡，而且在 机器运转的 整个转速范围内都 必须 进行 相应的 动平衡校验。 ( 2 ) 当 挠性转子 接 近临界转速时， 其旋转 轴线上各点同时出现最大挠度 变形 时所形双面 硬支承 卧式传动轴动平衡机设计 12 成的弹性曲线可近似 看作转子在这一转的速时 振型。 经过数学分析计算， 振型可 以表示成适当的 函数形式， 而 且振型函数具有正交 特 性。 这样 ，挠性转子 就 可以按振型逐阶地进行 平衡校正。 如果 转子 逐阶 均进行了 平衡 校正 ， 那么 转子在整个工作转速范围内也就完成了平衡校正。 ( 3 ) 挠性转子 平衡校正时，所添加或者去除的平衡块 ，不 仅 应 该 使轴承 所受的 动反力为零，还应 让 转子所受的挠矩 尽量最小甚至为零 ，这样 挠性 转子所产生的变形 也就相应的最小或者为零 ， 从而 使 转子 因挠曲 而 产生的附加不平衡离心力 最小或者为 零。 校正时， 显然 就不能像刚性转子那样只在两个面内 进行校正。 正确的做法是 根据起始不平衡量轴向 的 位置和大小，在其所在的轴向平面上 的 对侧位置处加上平衡配重， 使 转子达到平衡。 ( 4 ) 因 转子的 不平衡离心力必然会 使 转子 轴承振动。 所。