【正文】 動(dòng)平衡原理 ....................................... 8 轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不平衡的原因及其危害 ....................... 8 不平衡的種類 ..................................... 10 靜不平衡 ............................................. 10 力偶不平衡 ........................................... 10 動(dòng)不平衡 ............................................. 10 準(zhǔn)靜不平衡 ........................................... 10 剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理 ............................. 11 撓性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理 ............................. 11 小結(jié) ............................................. 12 雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) V 3 平衡機(jī)的總體設(shè)計(jì) ...................................... 13 動(dòng)平衡機(jī)傳動(dòng)方式的選擇 ........................... 14 驅(qū)動(dòng)方式的選擇 ................................... 15 動(dòng)平衡機(jī)的 支承 方式的確定 ......................... 15 小結(jié) ............................................ 16 4 平衡機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ............................ 17 底座設(shè)計(jì) ........................................ 17 電機(jī)選型 ........................................ 18 電機(jī)支架設(shè)計(jì) ..................................... 20 V 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................... 22 主軸軸承的選型與校核 ............................. 27 主軸的設(shè)計(jì) ....................................... 28 左擺架軸的設(shè)計(jì) ................................... 30 右擺架軸的設(shè)計(jì) ................................... 31 擺架軸承的設(shè)計(jì)與校核 ............................. 31 平衡機(jī)擺架行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ........................ 32 小結(jié) ........................................... 34 5 平衡機(jī)的測(cè)量系統(tǒng) ...................................... 35 測(cè)量系統(tǒng)概述 ..................................... 35 測(cè)量原理 ......................................... 35 直流分量 ............................................. 37 基波分量 ............................................. 37 雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) VI 諧波分量 ............................................. 38 異頻分量和噪聲 ....................................... 39 小結(jié) ............................................. 39 結(jié)束語 ................................................. 41 致 謝 ................................................. 42 參考文獻(xiàn) ............................................... 43 附 錄 ................................................. 45 雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 1 1 緒論 課題的背景和意義 在工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展的當(dāng)今工業(yè)界 ,各類旋轉(zhuǎn)類機(jī)械轉(zhuǎn)子不論其轉(zhuǎn)速高還是低 ,對(duì)精度、穩(wěn)定性等性能要求都越來越高 ,隨之而來的平衡問題也越來越受到業(yè)界重視 ,相應(yīng)的平衡校正技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。 所謂 平衡機(jī) ，指的 是一種用 于測(cè)定轉(zhuǎn)子不平衡量的機(jī)器。最終撰寫產(chǎn)品設(shè)計(jì)說明書，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文答辯。總的來講，動(dòng)平衡技術(shù)裝備可以簡要的分為三類：動(dòng)平衡機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀和自動(dòng)平衡裝置。 為了尋求解決方案雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 3 既 1870 年加拿大 工程師 [1]申請(qǐng)了平衡機(jī) 歷史上 的第一個(gè)專利 之后， 1907 年德國人 Franz Lawaczek[2]研制了 世界上第一臺(tái)平衡機(jī)，后來 在 Heymann 改進(jìn) 后 ，由德國申克公司正式生產(chǎn)并應(yīng)用于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中。 1968 年之后，硬 支承 平衡機(jī)逐漸發(fā)展為平衡機(jī)行業(yè)的驕子，這種平衡機(jī) 支承 剛度較大，振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)高于平衡轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，比較符合實(shí)際的工況。 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，以及 各種復(fù)雜的工況的出現(xiàn)， 為了 解決轉(zhuǎn)子在裝配過程中出現(xiàn)的新的不平衡問題，學(xué)者專家相繼研究了 針 對(duì)于旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù)， 針對(duì)柔性轉(zhuǎn)子的現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡技術(shù) 和現(xiàn)今 的各種智能化現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡儀。 1989 年 Smalley 等研發(fā)了一種基于燃燒氣體重復(fù)爆破的高性能噴槍平衡裝置，并 用計(jì)算機(jī)控制噴槍噴射時(shí)刻和持續(xù)時(shí)間，提高了該裝置的實(shí)用性 [9]。 與此 同時(shí)， 在 現(xiàn)場(chǎng) 動(dòng) 平衡技術(shù)的發(fā)展 大背景下 ， 各種各樣借助PC 輔助的動(dòng)平衡 檢測(cè) 設(shè)備 以及運(yùn)用了 可編程 控制 芯片的新 一代 動(dòng)平衡 檢測(cè) 設(shè)備也都 逐步面世 。 mm/kg， 去重 率約為 90%。 從 原理層面來分， 平衡機(jī) 可以 大致 分為 三類： 硬支承 平衡機(jī) 、軟支承 平衡機(jī) 和 半硬支承 平衡機(jī) 。 動(dòng)平衡機(jī)的用途 非常之 廣泛，具體可 以細(xì) 分為 以下幾 類： （ 1） .重工業(yè) 領(lǐng)域 ：大型發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子 ， 大形變速齒輪 、大型馬達(dá)離心機(jī) 轉(zhuǎn)子 ，垃圾處理機(jī) 等 。 雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 8 2 轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡原理 這里所說的的 轉(zhuǎn)子 指的是 機(jī)器中 可以繞著軸線旋轉(zhuǎn)的零部件 。 ( 2 ) 原材料或毛坯的缺陷： 由于材料的缺陷， 而導(dǎo)致 機(jī)械 轉(zhuǎn)子的不平衡 進(jìn) 而 造成 零部件的 非正常失效是機(jī)械領(lǐng)域 中經(jīng)常 會(huì)碰到 的 問題 。 這時(shí)如果 將曲軸飛輪組件 進(jìn)行動(dòng) 平衡 校正 ，問題就 會(huì)得到很好的解決 。據(jù)報(bào)導(dǎo)，在 1972 年 6 月，日本關(guān)西海南電廠一臺(tái) 600MW 的汽輪機(jī)組在試車時(shí)，因振功過大而造成飛車，致使機(jī)組全部損壞 [19]。將轉(zhuǎn)子軸頸 放 在刀口上，不平衡點(diǎn)將移到 底 部，這時(shí)即可用靜止方法觀察到，故了“靜不平衡”一詞 [20]。 所以， 動(dòng)不平衡 的校正 需在垂直于 轉(zhuǎn)子 軸線的兩個(gè)平面內(nèi) 進(jìn)行 ，必要時(shí)也可將 轉(zhuǎn)子的 力偶不平衡和靜不平衡 進(jìn)行 分別 校正。 所以 在某一 旋 轉(zhuǎn)速 度 下平衡校正過 的剛性轉(zhuǎn)子，其剩余不平衡量的 數(shù) 值在其它 的 轉(zhuǎn)速、 甚至是 最高轉(zhuǎn)速下，也不會(huì)發(fā)生明顯的改變 。 這就要求 撓性轉(zhuǎn)子不僅要在 正常的 工作轉(zhuǎn)速下 進(jìn)行 平衡，而且在 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的 整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都 必須 進(jìn)行 相應(yīng)的 動(dòng)平衡校驗(yàn)。 ( 4 ) 因 轉(zhuǎn)子的 不平衡離心力必然會(huì) 使 轉(zhuǎn)子 軸承振動(dòng)。 mar） ≤ 5g （ 8）一次降低率（ %） ≥ 85 （ 因?yàn)槠噦鲃?dòng)軸設(shè)計(jì)時(shí)一般已經(jīng)考慮到了動(dòng)平衡要求，所以最大平衡量在 1000g以內(nèi)可以滿足一般的校驗(yàn)要求 ） 總體的設(shè)計(jì)方案如 圖 31 所示 ： 雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 14 圖 31 總體方案 動(dòng)平衡機(jī)傳動(dòng)方式的選擇 動(dòng)平衡機(jī)傳動(dòng)方式的 選擇， 應(yīng) 該 綜合考慮 所需的 傳遞功率 和 平衡機(jī)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速兩個(gè)方面。非機(jī)械方式主要有電磁驅(qū)動(dòng)、壓縮空氣驅(qū)動(dòng)和自驅(qū)動(dòng) 。所以有的振動(dòng)系統(tǒng)被做成整體式，及擺架的簧板、振動(dòng)橋，底座 由整塊的鋼板切制而成。從而可以實(shí)現(xiàn)兩擺架跨距的調(diào)整，滿足不同長度的傳動(dòng)軸的裝夾需求。耐磨性能相對(duì)較高 灰鑄鐵中含有一定的硅錳金屬元素，使灰鑄鐵基體的硬度高于鋼材料。 高速時(shí)還需考慮空氣阻力，適當(dāng)增加電動(dòng)機(jī)的功耗，實(shí)際情況下， 電機(jī) 啟動(dòng) 功耗 往往較大 。30n?(kg為了使平衡機(jī)得到上述調(diào)速效果，最直接方便的方法就是多速電機(jī)。主軸 底座 通過螺栓和電機(jī)支架 連接在一起，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，避免了 復(fù)雜的動(dòng)力輸入裝置對(duì)動(dòng)平衡的干擾。 參照《機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)》 （王三民 第二版） 由電機(jī)功率 P=，小帶輪 轉(zhuǎn)速 n1=3200r/min，大帶輪轉(zhuǎn)速為 n2=3000 r/min，允許誤差定為177。n1/60x1000=≤Vmax， Vmax=25~30m/s （ 48） 一般情況下，為充分發(fā)揮帶傳動(dòng)的工作能力，要求 V5m/s，有又上式計(jì)算可知，帶速滿足要求。 （ 10） 實(shí)驗(yàn)條件下單根普通 V 帶的額定功率 P0: 查表 87 得 P0 約為 。此次設(shè)計(jì) 由于帶輪直徑較小，所以兩帶輪均采用實(shí)心式設(shè)計(jì)，其具體結(jié)構(gòu)如 如圖 46 所示 。經(jīng)由上面的計(jì)算可知，B 處軸承所受的徑向力最大，為 Fr max= FB = （ 1） 初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 P 按照輕微沖擊設(shè)計(jì)取載荷系數(shù) fd=，則當(dāng)量動(dòng)載荷： P=fd mm； WT—— 軸的抗扭截面系數(shù)， mm3。 圖 412 右擺架軸 擺架軸承的設(shè)計(jì)與校核 擺架軸承主要承受徑向力， 軸向力較小 ，為安全起見， 擺架軸承選用可 承受 一定 軸向力的角接觸球軸承。 雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 31 圖 411 左擺架軸 右擺架軸的設(shè)計(jì) 右擺架軸的設(shè)計(jì)結(jié)果入下，其結(jié)構(gòu)較左擺架軸簡單， 如圖 412 所示， 具體設(shè)計(jì)過程這里也不再贅述。對(duì)于不太重要的軸，通過此方法計(jì)算的結(jié)果可以作為最終的設(shè)計(jì)結(jié)果。下圖 311 即為主軸受力簡圖。 Zsin（ α1/2） = (415) （ 15）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 圖 46 帶輪 雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 27 帶輪的設(shè)計(jì)力求結(jié)構(gòu)簡單，便于制造 ，質(zhì)量輕且質(zhì)地均勻。120176。dd1(1ε) =n1n2帶傳動(dòng)的主要失效形式是打滑和疲勞破壞， 相應(yīng)的 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是：在保證帶傳動(dòng)不打滑的條件下，使帶具有一定的疲勞強(qiáng)度和壽命 [26]。 雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 21 圖 43 電機(jī)支架 此次設(shè)計(jì)沒有將電機(jī)直接安裝在 底座 上，而是采用在電機(jī)和 底座 之間加裝了一個(gè) 電機(jī)支架（ 主軸機(jī)架 ） 的設(shè)計(jì)方案 ，如圖 43 和 44 所示 。又考慮到轉(zhuǎn)子的重量較大時(shí)，要求驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩也要較大，而當(dāng)電機(jī)的功率一定時(shí)， 根據(jù)功率守恒定律易知 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速 之間 成反比 關(guān)系 。? =Wgρ2 電機(jī) 選型 此次動(dòng)平衡機(jī)選用電動(dòng)機(jī)來輸入動(dòng)力，用來拖動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。它相當(dāng)與是在鋼的基體上嵌入了石墨，因此它 和鋼材料相比 強(qiáng)度和塑韌性偏低：因?yàn)槭牧W(xué)性能幾乎為零 ，相當(dāng)于在鑄鐵中布滿了裂紋和孔洞，降低了材料自身的強(qiáng)度，韌性和塑性。 其結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)如 圖41 所示 ： 圖 41 底座 底座兩側(cè)設(shè)計(jì)有滑軌，滑軌上開有 T 型槽，擺架安放在滑軌上。 眾所周知，動(dòng)平衡機(jī)的 支承 系統(tǒng)是整個(gè)動(dòng)平衡的 核心，其振動(dòng)特性的優(yōu)劣直接影響到平衡機(jī)的性能。另外， V 帶 傳動(dòng) 允許的傳動(dòng)比 較 大，結(jié)構(gòu)雙面 硬支承 臥式傳動(dòng)軸動(dòng)平衡機(jī)設(shè)計(jì) 15 緊湊， 在 實(shí)際生產(chǎn)中 的應(yīng)用 也 相當(dāng)廣泛。 此次雙面臥式硬支傳動(dòng)軸平衡機(jī)的總體設(shè)計(jì)的 基本性能及 技術(shù) 指標(biāo) 如下： （ 1） 工件最大質(zhì)量（ kg） 200 （ 2） 工件最大校驗(yàn)長度（ mm） 2020 （