转子平衡临界转速与强度讲解学习.ppt

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1、转子平衡临界转速与强度一、转子刚性动平衡叶轮机械转子的质量偏心来源于材质的不均匀，加工、装配误差等，实际上很难消除。但如偏心量过大，则会使叶轮机械在运转中剧烈振动。所以转子在运行前都是作平衡试验，力求偏心量尽量小，使得叶轮机械能平稳运行。对于一个完全平衡的转子，理论上要求转子旋转时的离心惯性力的合力与合力偶都等于零。转子对轴承只有自重引起的静力作用。反之转子即处于不平衡状态。转子偏心质量可引起转子的静不平衡或动不平衡。1.静平衡问题当偏心质量全部处于一个平面内，如薄圆盘，在旋转时将产生离心惯性力F力在圆盘平面内，并通过转轴，所以只有一个合力，无合力偶，如图4-1a这

2、种不平衡可用静力实验法来找，将转子放到一对水平轨道上，轻轻滚动，转子总是在偏心质量垂直向下的位置停下来。这时只要在轮子相反的方向加配重或在相同的方向钻孔，去掉一些重量就可以达到目的。最后要使转子在重力作用下能随遇平衡。此时就称转子已达静平衡了。图4-12.动平衡问题如图4-2转子，两个薄圆盘各有一同样大小的偏心质量m，其偏心距e也相等。显然此转子是静平衡的（ΣF=0）。但当转子旋转时，就会有一合力偶，此合力偶最终作用到支承上，引起机组振动。这就是所谓动不平衡。转子动不平衡需用动平衡机做试验才能检验。薄圆盘装斜了也可产生动不平衡。在转速较高的情况下,只要有很小的偏斜（

3、约1°），就会引起超过静反力百倍以上的反力。现有如图4-3所示长转子，长度为l，半径为R。在距左端l/3的平面内垂直方向有偏心量，在中间平面内水平方向有偏心量偏心质量产生的离心惯性力总可以合成一通过旋转轴并与之垂直的合力和一个合力偶，要平衡它们一般可选转子的两个端面和加配重或钻削掉一些重量。重量的大小和方位很容易确定。设转子以转速ω旋转，令将用同在垂直平面且又分别位于两端面的平行力代替，则应有同理，对有将几何相加，可得现可在端面Ⅰ半径R处，去掉质量为，则方位为端面Ⅱ半径R处钻孔，去掉质量为，则也可在相反的方向加配重，这样转子就可达到刚性动平衡。如不垂直，则可将它们分

4、解到垂直与水平方向，而后如上所算。二、转子柔性动平衡（高速动平衡）由离心惯性力引起的动挠度是和转速有关的。因此，在低速时平衡（又称刚性平衡）的转子，到高速时又可能会失稳而剧烈振动。校正这种动不平衡必须把离心惯性力引起的动挠度影响考虑进去，故称为柔性动平衡或高速动平衡。图4-4为一经过低速动平衡的转子，不平衡重量为，配重为，转子半径为R。设转速提高后转子旋曲如图4-4（b）所示，这时离心惯性力为由于已经过静平衡，所以代入上式有由上式知，当转速提高后由于动挠度的影响，经过低速动平衡的转子又出现了新的不平衡惯性力，使转子产生振动。如转速进一步提高，使转子二阶以至更高振型出

5、现，那么由于振型的变化，将又有新的不平衡。对柔性转子的平衡，常用的是振型平衡法。首先对转子进行低速平衡，以消除一些明显的不平衡量，然后使转速接近第一阶临界转速，在转子中部配量以消除一阶振型时的不平衡量（设为对称转子）；再使转速接近第二阶临界转速，在二阶振型的反节点处加配重以消除二阶振型m不平衡量，这样一直进行到稍超过转子的工作转速。然后再对转子进行一次刚性动平衡。(4-3)第二节转子的临界转速一、单圆盘转子的临界转速现考察一单圆盘无重量轴系统，如图4-5所示，圆盘放置在中点。设转子以匀角速度ω绕AO’B轴线旋转，由于离心力的作用，使转轴产生动挠度，呈弓状。由图可见，

6、轴中心的挠度为OO’。此弓状平面又以一定角速度绕轴承连心线AOB旋转，这两种转动的角速度并不一定相同。此种现象称为转轴的弓状旋曲，或称涡动，进动。这里仅讨论转速相等的情况，即所谓同步正进动。同步正进动是工程中最为常见的。取o点为坐标原点，O‘点的坐标为（x，y），则圆盘质心C的坐标为（x+ecosωt,y+esinωt），可得质心C的运动方程为在转子的加工及平衡过程中，使转子的重心与其几何轴线完全重合是很难做到的，总有残余不平衡度。设圆盘的质量为m，对称安装在轴上，盘的质心c的偏心距为e，即O’C=e，O’为圆盘的几何中心。轴承中心线穿过盘平面O点。图4-5由质量不

7、平衡产生的对称弓状旋曲或式中k为转轴的横向弯曲刚度，c为阻尼其解为式中(4-4)(4-5)(4-6)O’(x,y)点的运动轨迹是一个圆，其半径即转轴的动挠度从以上两式可见动挠度R随频率比r的变化而变化。当r值较小时（r<<1），线段O‘C=e比盘心位移段OO’=R导前的相位角,动挠度R值亦较小。当r=1，即时，，如在无阻尼情况下，此时动挠度趋于无限大，实际上由于阻尼的作用，动挠度为有限值。这个较大的动挠度仍将会导致转子的破坏，并使机组受到巨大的激振力而剧烈振动。这时的转速称为临界转速，以表示，及临界转速在数值上等于转子横振动的固有频率，所以它的数值可以用计算转子