理论教育 汽车发动机机械系统检修中的回转件平衡知识

汽车发动机机械系统检修中的回转件平衡知识

时间:2023-10-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:本任务着重介绍转子(回转件)的平衡。刚性转子的平衡,按转子质量分布的情况不同,可分为静平衡与动平衡两类。若回转件不平衡,则该力系的合力就不等于零。反之,静平衡的回转件不一定是动平衡的。

汽车发动机机械系统检修中的回转件平衡知识

机械在运转时,做变速运动的构件将产生惯性力,即使是绕固定轴线做等速转动的构件,如果结构形状不对称、质量分布不均匀,其重心与回转中心不重合,也将产生惯性力。惯性力将使运动副产生附加动压力,增大运动副的摩擦力,加快磨损,影响构件的强度,降低机器效率和使用寿命。并且,惯性力随机械的运动而做周期性的变化,将引起机械的振动和噪声。当振动频率接近机械系统固有频率时,还会产生共振,使机械破坏,甚至危及安全。

合理分配机构中各构件的质量,使惯性力得到平衡,这就是机械的平衡问题。机械的平衡可分为两类:转子的平衡、机构的平衡。本任务着重介绍转子(回转件)的平衡。

1. 机构的平衡

若机构中包含有做往复运动或做平面运动的构件,则此机构不能采用各个构件分别进行平衡的方法来解决,必须就整个机构来研究,使其在机架上得到平衡,这类平衡称为机构在机架上的平衡。

2. 转子的平衡

绕固定轴线回转的构件称为转子(回转件)。转子回转时,本身变形很小,可以忽略不计的称为刚性转子;本身变形不可忽略的称为挠性转子,汽车上的回转件大都为刚性转子。转子的平衡,就是将其质量的大小和分布重新调整,使惯性力形成平衡力系。

刚性转子的平衡,按转子质量分布的情况不同,可分为静平衡与动平衡两类。

(1)静平衡。(www.daowen.com)

对于宽径比B/D≤1/5 的回转件(B 为转子的宽度,D 为转子的直径),如叶轮、飞轮、砂轮、盘形凸轮等,其质量的分布可近似地认为在同一回转面内。因此,当回转件等速转动时,这些质量所产生的离心力构成同一平面内的汇交于回转中心的力系,若回转件平衡,则该力系的合力等于零,总的质心便与回转轴线相重合,因通过质心的重力对于回转轴线的静力矩等于零,所以转子可静止在任何位置,这种平衡称为静平衡(也称为单面平衡)。若回转件不平衡,则该力系的合力就不等于零。由汇交力系的平衡条件可知,如要达到平衡,应在同一回转面内加一质量块(或在相反位置减一质量块),使其相应的离心力与原有质量所产生的离心力的矢量和等于零,该力系就成为平衡力系,回转件即达到平衡状态。

由此可知,刚性转子静平衡的条件为平衡后的转子的质心与回转轴心重合或各偏心质量(包括平衡质量)的惯性力的合力为零。

(2)动平衡。

对于宽径比B/D>1/5 的回转件,如多缸发动机曲轴、车轮、半轴(传动轴)、电动机的转子、汽轮机的转子以及一些机床主轴等,其质量的分布不能再近似地认为位于同一回转面内,而应看作分布于沿轴向的许多互相平行的回转面内,因而回转件转动时所产生的离心力不再是一个平面汇交力系,而是空间力系,所以不能在一个回转面内配重来解决其不平衡的问题。

根据理论力学的力系等效原则可知,质量分布不在同一回转面内的回转件,它的不平衡都可以认为是在两个任选回转面内各有一个不平衡的质量所产生的,因此要达到完全平衡,必须在上述任选的两个回转面(称为平衡校正面)内加上适当的平衡质量,使回转件离心力系的合力和合力偶都等于零,这类平衡称为动平衡(也称为双面平衡)。

从静平衡和动平衡的定义可以看出,经过动平衡的回转件一定是静平衡的。反之,静平衡的回转件不一定是动平衡的。

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