平衡知識(shí)培訓(xùn)教材

平衡知識(shí)培訓(xùn)教材第1頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一、機(jī)械平衡的目的

對(duì)于現(xiàn)代高速機(jī)械的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，機(jī)械的平衡是一項(xiàng)相當(dāng)重要的課題。例如一個(gè)質(zhì)量為180Kg的燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)速為1600r/min，若轉(zhuǎn)子質(zhì)量的偏心距為0.25mm，則其離心慣性力為126300N,是其轉(zhuǎn)子本身重量的70倍左右。此慣性力將對(duì)軸承產(chǎn)生動(dòng)壓力，從而在軸承中引起附加摩擦力和附加應(yīng)力，致使軸承磨損加劇，壽命降低，另外還會(huì)產(chǎn)生有害震動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)械的工作精度、可靠性、機(jī)械效率和使用壽命降低，甚至可能因共振而使機(jī)械破壞。

因此為完全地或部分地消除慣性力和慣性力矩地影響，減小或消除附加動(dòng)壓力，盡量減輕有害地機(jī)械震動(dòng)，以改善機(jī)械工作性能和延長(zhǎng)其使用壽命，是研究機(jī)械平衡地主要目的！

第2頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二、機(jī)械平衡的分類機(jī)械平衡可分為轉(zhuǎn)子平衡與機(jī)構(gòu)平衡兩類：

★轉(zhuǎn)子平衡

轉(zhuǎn)子是指繞固定軸線回轉(zhuǎn)地構(gòu)件（鋁合金車輪安裝在汽車上時(shí)就為轉(zhuǎn)子），此種構(gòu)件的慣性力和慣性力矩的平衡問(wèn)題即為轉(zhuǎn)子平衡問(wèn)題。

★機(jī)構(gòu)平衡

對(duì)于整個(gè)機(jī)構(gòu)而言，所有構(gòu)件的慣性力和慣性力矩，可以合成為通過(guò)機(jī)構(gòu)總重心的總慣性力和總慣性力矩。它們可被部分或完全的平衡。有關(guān)它們的平衡問(wèn)題即為構(gòu)件的平衡問(wèn)題（車輪和輪胎及軸安裝在一起的機(jī)構(gòu)平衡問(wèn)題就是機(jī)構(gòu)平衡問(wèn)題）

第3頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、機(jī)械平衡的方法研究機(jī)械平衡的方法，一般分為：★計(jì)算法★試驗(yàn)法計(jì)算法又分為圖解法和解析法，圖解法簡(jiǎn)單方便；解析法結(jié)果準(zhǔn)確，它們皆用于各不平衡質(zhì)量大小及質(zhì)心位置已知的情況下。試驗(yàn)法主要適用于各不平衡質(zhì)量大小及質(zhì)心位置未知的情況下或雖經(jīng)計(jì)算法加平衡配重平衡，但實(shí)際由于材質(zhì)的不均勻、安裝制造誤差等原因，往往仍達(dá)不到預(yù)期的要求時(shí)可用試驗(yàn)法對(duì)其進(jìn)行平衡。第4頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三、轉(zhuǎn)子平衡★由于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不對(duì)稱（設(shè)計(jì)）、材料不均勻（內(nèi)在材質(zhì)）、制造和安裝誤差（加工及使用）等原因，均會(huì)引起偏心（質(zhì)心偏離形心）。由于偏心將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生離心慣性力，從而使轉(zhuǎn)子處于不平衡狀態(tài)?！镌谵D(zhuǎn)子上加減配重，以改善轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，從而保證轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由不平衡而引起的振動(dòng)或振動(dòng)力減小到允許范圍內(nèi)的措施稱為轉(zhuǎn)子平衡（車輪的平衡過(guò)程就為轉(zhuǎn)子的平衡）

根據(jù)轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的分布情況，轉(zhuǎn)子的平衡可分為靜平衡和動(dòng)平衡。第5頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一1、靜平衡一般機(jī)械中，當(dāng)轉(zhuǎn)子的直徑和寬度之比L≤D/5，且轉(zhuǎn)速較低時(shí)，可近似認(rèn)為其質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，如下圖所示,對(duì)于這類寬度不大的轉(zhuǎn)子（如齒輪、盤形凸輪、飛輪、帶輪等），其離心慣性力矩近似為零，故僅只消除離心慣性力即可達(dá)到平衡。為此可采取改善轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，使其質(zhì)心位于旋轉(zhuǎn)軸線的措施達(dá)到平衡，這稱為轉(zhuǎn)子的靜平衡（也稱為單面平衡）

第6頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一2、動(dòng)平衡對(duì)于寬度較大的一類轉(zhuǎn)子（L>D/5），如多缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、機(jī)床主軸、渦輪機(jī)、和電機(jī)的轉(zhuǎn)子等或轉(zhuǎn)速特別高時(shí)，其質(zhì)量分布不能認(rèn)為分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，而可看作分布在沿軸向互相平行的的若干回轉(zhuǎn)面內(nèi)（如圖所示），在此情況下，即轉(zhuǎn)子質(zhì)心S在其軸線上，也會(huì)形成慣性力矩（如圖F1與F2形成的力矩），使轉(zhuǎn)子處于不平衡狀態(tài)。此種不平衡狀態(tài)可通過(guò)在垂直轉(zhuǎn)子軸線的兩個(gè)平面（校正平面）內(nèi)，加（減）平衡配重，而達(dá)到平衡。這種改善轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布，使其慣性力和慣性力矩均被平衡的措施，稱為轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡（也稱為雙面平衡）

第7頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3、動(dòng)、靜平衡的關(guān)系通過(guò)上面的介紹我們可以知道，由于動(dòng)平衡同時(shí)滿足靜平衡的條件（慣性離心力），故經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡的轉(zhuǎn)子一定能保證靜平衡，但經(jīng)過(guò)靜平衡的轉(zhuǎn)子卻不一定能保證動(dòng)平衡。4、轉(zhuǎn)子平衡的計(jì)算（1）靜平衡計(jì)算我們上面已經(jīng)介紹過(guò)對(duì)于軸向?qū)挾炔淮蟮霓D(zhuǎn)子，其質(zhì)量可近似認(rèn)為分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)。當(dāng)此轉(zhuǎn)子等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)這些質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力構(gòu)成一相交于轉(zhuǎn)動(dòng)中心的平面匯交力系，若該力系不平衡則它們的合力∑Fi不等于零。由平面匯交力系的平衡條件可知若欲使其平衡只要在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)加（減）一校正質(zhì)量使其產(chǎn)生的離心慣性力Fb與原有質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力之和等于零。則成為平衡力系,轉(zhuǎn)子即處于平衡狀態(tài),故其平衡條件為F=Fb+∑Fi=0第8頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4、轉(zhuǎn)子平衡的計(jì)算由于F＝mrε*ε故可以得到下面等式：

Mr=mbrb+∑miri=0

式中：m,r分別為轉(zhuǎn)子的總質(zhì)量和總質(zhì)心的向徑；MB,rb分別為校正質(zhì)量及質(zhì)心的向徑；mi，ri分別為原有各質(zhì)量及質(zhì)心的向徑。

質(zhì)量與其質(zhì)心的乘積稱為質(zhì)徑積，它是矢量，相對(duì)表達(dá)了各質(zhì)量在同一轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的離心慣性力的大小和方向，是轉(zhuǎn)子平衡的重要參數(shù)。由此可見(jiàn)離心力不是取決于質(zhì)量和向徑，而是取決于二者的乘積。

轉(zhuǎn)子平衡的條件：分布于該轉(zhuǎn)子上各質(zhì)量的離心力的向量和等于零，或只徑積的向量和等于零。（1）靜平衡計(jì)算第9頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一4、轉(zhuǎn)子平衡的計(jì)算對(duì)于軸向?qū)挾燃哟蟮霓D(zhuǎn)子，其質(zhì)量分布應(yīng)看作分布于沿軸向的若干互相平行的回轉(zhuǎn)面內(nèi)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的離心力系不再是平面匯交力系而是一空間力系，但其原理及計(jì)算方法于靜平衡基本相似，只是其多了一項(xiàng)：慣性離心力力矩，具體的計(jì)算這里就不再詳細(xì)闡述了

總之，質(zhì)量分布在不同回轉(zhuǎn)面內(nèi)的轉(zhuǎn)子，只要分別在選定的兩個(gè)校準(zhǔn)平面內(nèi)各加上適當(dāng)?shù)钠胶馀渲?，就能達(dá)到完全平衡。這種平衡（動(dòng)平衡）的條件為：轉(zhuǎn)子上各質(zhì)量的離心慣性力的向量和等于零，同時(shí)離心慣性力引起的力偶矩的向量和也等于零。（2）動(dòng)平衡的計(jì)算第10頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問(wèn)題1、車輪平衡的分類

車輪平衡為一種旋轉(zhuǎn)體平衡問(wèn)題（轉(zhuǎn)子平衡問(wèn)題），其遵守轉(zhuǎn)子平衡的分類標(biāo)準(zhǔn)。

（1)靜平衡，對(duì)于軸向?qū)挾容^小的車輪其平衡為靜平衡（摩托車車輪一般按靜平衡處理）。

靜不平衡量的表達(dá)方式，例如：A、小于30g，其意義為靜平衡，平衡塊位置已經(jīng)確定；B、小于600g.cm，其意義為靜平衡，平衡塊位置未確定

（2）動(dòng)平衡，對(duì)于軸向?qū)挾容^大的車輪其平衡一般以動(dòng)平衡處理（汽車車輪一般按動(dòng)平衡處理）

動(dòng)平衡表達(dá)方式舉例：內(nèi)側(cè)小于20g，外側(cè)小于40g，內(nèi)外側(cè)和小于50g,其意義為動(dòng)平衡，平衡塊位置已經(jīng)確定第11頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問(wèn)題2、車輪平衡的檢測(cè)方法

車輪不平衡量的檢測(cè)一般用平衡機(jī)檢測(cè)，其檢測(cè)過(guò)程中需注意：

（1）檢測(cè)時(shí)應(yīng)輸入?yún)?shù)：輪輞類型（JJ、J、B等類型）平衡模式、車輪直徑、車輪寬度及內(nèi)輪緣的位置參數(shù)（主要目的是確定校準(zhǔn)平面位置和平衡塊安裝位置）

（2）影響檢測(cè)精度的主要因素有：A：平衡機(jī)的準(zhǔn)確性（主軸精度）；B：測(cè)量參數(shù)的正確性（按車輪標(biāo)準(zhǔn)輸入相應(yīng)參數(shù)）；C：車輪安裝方法的正確性（目前平衡機(jī)的定位方式主要有，中心孔定位及蓋口定位兩種方式，其要求安裝時(shí)必須保證車輪定位部分與平衡機(jī)定位工裝完全配合且必須保證“正”）

（3）車輪平衡機(jī)的準(zhǔn)確性主要體現(xiàn)在：重復(fù)性和穩(wěn)定性一定要好（平衡質(zhì)量和平衡位置）；線性要好，線性標(biāo)定（校準(zhǔn)）方法一定要正確。第12頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問(wèn)題2、車輪平衡的檢測(cè)方法

（3）檢測(cè)時(shí)要注意不要魯莽作業(yè)，那不但會(huì)造成檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確還會(huì)直接影響平衡機(jī)的檢測(cè)精度甚至對(duì)被檢測(cè)車輪造成損壞（磕碰傷、墊傷中心孔或安裝面，現(xiàn)代產(chǎn)品試做送樣時(shí)就曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)安裝面批量墊傷事件）

3、車輪的平衡模式

根據(jù)平衡塊粘貼的位置不同（即加平衡配重的位置不同）可以把車輪平衡分為下面幾種模式：第13頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問(wèn)題3、車輪的平衡模式

第14頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問(wèn)題3、車輪的平衡模式

第15頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問(wèn)題3、車輪的平衡模式

第16頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問(wèn)題3、車輪的平衡模式

第17頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問(wèn)題3、車輪的平衡模式

第18頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問(wèn)題3、車輪的平衡模式

第19頁(yè)，共21頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四、車輪平衡問(wèn)題4、影響車輪不平衡量的主要因素：

（1）結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性，這主要是指車輪模具在設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有考慮車輪的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，或者模具在長(zhǎng)期的使用過(guò)程中由于磨損其結(jié)構(gòu)有了明顯的變化造成整個(gè)旋轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，致使整個(gè)車輪的幾何形心與車輪的質(zhì)量重心不重合而產(chǎn)生不平衡量

（2）材料密度的不均勻性，這主要指的是車輪材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)存在著不同（如局部大的縮松、渣孔等），造成密度的不均勻，致