机械振动和零部件的平衡_.ppt

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机械振动和零部件的平衡_.ppt

机械振动和零部件的平衡机械振动和零部件的平衡一、一、振动振动的基本特性的基本特性一、一、振动振动的基本特性的基本特性旋转机械或零部件的种类繁多,旋转机械或零部件的种类繁多,如如:

发电机发电机齿轮齿轮离心式压缩机离心式压缩机水泵水泵通风机通风机电动机电动机砂轮机砂轮机曲轴曲轴等。

等。

这些旋转机械的主要部件是这些旋转机械的主要部件是转子转子。

这类机械或零。

这类机械或零部件的主要功能都是由旋转动作完成的,只部件的主要功能都是由旋转动作完成的,只要转子一开始转动,就不可避免的要产生要转子一开始转动,就不可避免的要产生振振动,动,振动过量,就一定要产生危害。

振动过量,就一定要产生危害。

不平衡不平衡的危害的危害1、转子振动和应力大,运行不安全。

转子振动和应力大,运行不安全。

2、恶化环境,浪费能源。

、恶化环境,浪费能源。

3、产品数量和质量下降。

、产品数量和质量下降。

但是,但是,只要振动不过量,是只要振动不过量,是完全允许完全允许的。

的。

1、转子涡动、转子涡动(图示图示3-1)一般情况下,旋转机械的转子轴心线是水平一般情况下,旋转机械的转子轴心线是水平的,转子的两个支承点在同一水平线上。

设的,转子的两个支承点在同一水平线上。

设转子上的圆盘位于转子两支承点的中央,当转子上的圆盘位于转子两支承点的中央,当转子静止时,由于圆盘的重力使转子轴弯曲转子静止时,由于圆盘的重力使转子轴弯曲变形产生静挠度,即静变形。

此时,由于静变形产生静挠度,即静变形。

此时,由于静变形较小,对转子运动的影响不显著,可以变形较小,对转子运动的影响不显著,可以忽略不计,即忽略不计,即圆盘的几何中心圆盘的几何中心O与与轴线轴线AB上上O点重合点重合,如图,如图3-1所示。

在转子开始转所示。

在转子开始转动后,由于离心力的作用,转子产生扰度。

动后,由于离心力的作用,转子产生扰度。

此时转子有两种运动:

一种是转子的自身转此时转子有两种运动:

一种是转子的自身转动,即圆盘绕其轴线动,即圆盘绕其轴线AOB的转动;另一种的转动;另一种是弓形转动,即弯曲的轴心线是弓形转动,即弯曲的轴心线AOB与轴承与轴承连线连线AOB组成的平面绕组成的平面绕AB轴线的转动。

轴线的转动。

O点的轨迹为一个椭圆。

点的轨迹为一个椭圆。

O的这种运动是的这种运动是一种涡动,或称进动。

转子的涡动方向与一种涡动,或称进动。

转子的涡动方向与转子的转动角速度转子的转动角速度同向时,称正进动;同向时,称正进动;与与反方向时,称反进动。

反方向时,称反进动。

汽轮机转子动平衡试验动画汽轮机转子动平衡试验动画.exe判断:

判断:

转子涡动方向与转子转动角速度同向时,称转子涡动方向与转子转动角速度同向时,称正进动。

(正进动。

()22、转子的临界转速、转子的临界转速在某些旋转机械的开机或停机过程中,当经过在某些旋转机械的开机或停机过程中,当经过某一转速某一转速附近附近时,会出现时,会出现剧烈振动剧烈振动。

这个转速在数值上非常接近。

这个转速在数值上非常接近于转子横向自由振动的于转子横向自由振动的固有频率固有频率,这个与转子固有频率,这个与转子固有频率相对应的转速,称为转子的临界转速。

但是,临界转速相对应的转速,称为转子的临界转速。

但是,临界转速的值的值并不等于并不等于转子的固有频率,而且在转子的固有频率,而且在临界转速临界转速时发生时发生的的剧烈振动与共振剧烈振动与共振是不同的物理现象。

是不同的物理现象。

转子的质量越转子的质量越大、刚度越小时,其临界转速越低,反之则越高。

大、刚度越小时,其临界转速越低,反之则越高。

判断:

当转子的转速大大高于临界转速时,振动剧烈。

()因为转子有一阶、二阶因为转子有一阶、二阶等一系列固有频率,所以转等一系列固有频率,所以转子在旋转时就可能遇到一阶、二阶等多个临界转速。

其中子在旋转时就可能遇到一阶、二阶等多个临界转速。

其中一一阶临界转速是阶临界转速是最低最低的一个的一个,在旋转机械中遇到的机会较多,在旋转机械中遇到的机会较多,而二阶及更高阶数的临界转速,只有在少数情况下才会遇而二阶及更高阶数的临界转速,只有在少数情况下才会遇到。

到。

如果机器的工作转速小于一阶临界转速,则转轴称为刚如果机器的工作转速小于一阶临界转速,则转轴称为刚性轴;性轴;刚性转子在工作中刚性转子在工作中不会遇到不会遇到临界转速。

临界转速。

如果工作转速如果工作转速高于一阶临界转速,则转轴称为柔性轴。

具有柔性轴的旋转高于一阶临界转速,则转轴称为柔性轴。

具有柔性轴的旋转机器运转时较为平稳,但在启动工程中,机器运转时较为平稳,但在启动工程中,要经过临界转速要经过临界转速。

如果缓慢启动,经过临界转速时,也会发生剧烈的振动。

如果缓慢启动,经过临界转速时,也会发生剧烈的振动。

(柔性转子在工作中(柔性转子在工作中一定要经过一定要经过临界转速。

)临界转速。

)选择题选择题

(1)转子有一阶,二阶转子有一阶,二阶等一系列固有频等一系列固有频率,其中一阶临界转速()。

率,其中一阶临界转速()。

a、最高、最高b、最低、最低c、中等、中等

(2)刚性转子在工作中不会遇到()刚性转子在工作中不会遇到()a、平速涡动、平速涡动b、临界转速、临界转速c、剧烈振动、剧烈振动使转子产生干扰力的因素,最基本的就是由于不平使转子产生干扰力的因素,最基本的就是由于不平衡而引起的衡而引起的离心力离心力。

离心力的作用频率就等于转子离心力的作用频率就等于转子的转速频率,因此,旋转机械的工作转速不应等于的转速频率,因此,旋转机械的工作转速不应等于或接近于临界转速,否则将使转子产生剧烈振动而或接近于临界转速,否则将使转子产生剧烈振动而可能带来严重后果。

可能带来严重后果。

判断题:

使转子产生干扰力的最基本的因素是不平判断题:

使转子产生干扰力的最基本的因素是不平衡而引起的离心力。

(衡而引起的离心力。

()对于柔性轴(或挠性转子),一般要求做到对于柔性轴(或挠性转子),一般要求做到对于刚性轴(或刚性转子),也要求做到对于刚性轴(或刚性转子),也要求做到式中:

式中:

n工作转速(工作转速(r/min)n1一阶临界转速(一阶临界转速(r/min)n2二阶临界转速(二阶临界转速(r/min)判断题:

对于挠性转子要求做到工作转速判断题:

对于挠性转子要求做到工作转速小于小于0.55-0.8倍一阶临界转速。

(倍一阶临界转速。

()3、影响转子、影响转子临界转速临界转速的因素的因素

(1)陀螺力矩)陀螺力矩

(2)弹性支承

(1)陀螺力矩对转子临界转速的影响)陀螺力矩对转子临界转速的影响当圆盘不装在两支承点的中心而偏于一边时,转轴变形后,当圆盘不装在两支承点的中心而偏于一边时,转轴变形后,圆盘的轴线与两支承点圆盘的轴线与两支承点A和和B的连线有夹角的连线有夹角。

如课本图。

如课本图3-2当转轴有自然振动时,由于转子进动,圆盘对质心当转轴有自然振动时,由于转子进动,圆盘对质心O的动量的动量距将不断改变方向。

惯性力矩方向与平面距将不断改变方向。

惯性力矩方向与平面OAB垂直,这个惯性垂直,这个惯性力矩称为陀螺力矩或回转力矩。

这个力矩与力矩称为陀螺力矩或回转力矩。

这个力矩与成正比,相当于成正比,相当于弹性力矩。

在转子正进动(弹性力矩。

在转子正进动(0/2)的情况下,力矩使转)的情况下,力矩使转轴的变形减小,因而提高了转轴的弹性刚度,即提高了转子的轴的变形减小,因而提高了转轴的弹性刚度,即提高了转子的临界角速度;在转子反进动(临界角速度;在转子反进动(/2)的情况下,力矩)的情况下,力矩使转轴的变形增大,从而降低了转轴的刚度,即降低了转子的使转轴的变形增大,从而降低了转轴的刚度,即降低了转子的临界角速度。

故陀螺力矩对转子临界转速的影响是:

临界角速度。

故陀螺力矩对转子临界转速的影响是:

正进动正进动时,它时,它提高提高了临界转速;反进动时,它了临界转速;反进动时,它降低降低了临界转速。

了临界转速。

选择题:

陀螺转矩对转子临界转速的影响是:

正进动时它()选择题:

陀螺转矩对转子临界转速的影响是:

正进动时它()临界转速。

临界转速。

a、等于、等于b、降低、降低c、提高、提高

(2)弹性支承对转子的临界转速的影响)弹性支承对转子的临界转速的影响只有在支架即轴承架完全不变形的条件下,支点才能只有在支架即轴承架完全不变形的条件下,支点才能在转子运动时保持不动。

实际上,支架并不是绝对刚性不在转子运动时保持不动。

实际上,支架并不是绝对刚性不变的,因而考虑支架的弹性变形时,支架就相当于弹簧与变的,因而考虑支架的弹性变形时,支架就相当于弹簧与弹性转轴相串联。

支架与弹性转轴串联后,其总的刚度要弹性转轴相串联。

支架与弹性转轴串联后,其总的刚度要低于转轴本身的弹性刚度。

因此,低于转轴本身的弹性刚度。

因此,弹性支承弹性支承可使转子的进可使转子的进动角速度或临界转速降低动角速度或临界转速降低;减小支承刚度可以使临界角速;减小支承刚度可以使临界角速度显著降低。

另外,转子在油膜刚度、基础刚度等改变度显著降低。

另外,转子在油膜刚度、基础刚度等改变时,其临界转速数值也要有一定的变化。

时,其临界转速数值也要有一定的变化。

判断题:

判断题:

弹性支承使转子的临界转速提高。

()4、转子重心的相位和振动波德图、转子重心的相位和振动波德图转子在振动时有一定的相位特性。

如课本图转子在振动时有一定的相位特性。

如课本图3-3,如果圆盘的重心如果圆盘的重心G与转轴中心与转轴中心O不重合,不重合,e为圆盘为圆盘的偏心距即的偏心距即OG=e。

L为临界角速度,当圆盘以为临界角速度,当圆盘以角速度角速度转动时,转子旋转时因离心力作用使转转动时,转子旋转时因离心力作用使转子产生动挠度和振动,在转子的圆周方向上任何子产生动挠度和振动,在转子的圆周方向上任何一点,都可测得其最大的振动值一点,都可测得其最大的振动值A,其方向即为动,其方向即为动挠度的方向,此测点位置称为高点挠度的方向,此测点位置称为高点h。

在转子振动时,只有当转速很低,振动的高点在转子振动时,只有当转速很低,振动的高点位置才与重心同相位;但位置才与重心同相位;但当转速升高到一定数当转速升高到一定数值时,振动的值时,振动的高点高点总要滞后于重心某一相位总要滞后于重心某一相位,即当转子的重心转到某一角度时,在该角度位即当转子的重心转到某一角度时,在该角度位置并不能及时出现振动高点,而要当重心转过置并不能及时出现振动高点,而要当重心转过一个相位角一个相位角后才能出现。

转子的转速越高,高后才能出现。

转子的转速越高,高点滞后于重心的相位角点滞后于重心的相位角也越大也越大。

选择题:

选择题:

转子转速升高到一定值时,振动的()总要滞后于重点转子转速升高到一定值时,振动的()总要滞后于重点某一相位角。

某一相位角。

a、高点、高点b、低点、低点c、烈度、烈度在正常运转的情况下:

在正常运转的情况下:

1)当)当L时,时,L时,时,90重心重心G处于转子动挠度方向处于转子动挠度方向的对面,重心的对面,重心G所产生的离心力已有一部分分力能所产生的离心力已有一部分分力能起抑制振动的作用,这就是为什么在临界转速以起抑制振动的作用,这就是为什么在临界转速以后,转子的振幅反而会逐渐减小的原因,这种作后,转子的振幅反而会逐渐减小的原因,这种作用称为转子的自定心作用,或称自动对心。

用称为转子的自定心作用,或称自动对心。

当当L时时,180,OO-OG,圆盘,圆盘的重心的重心G近似地落在固定点近似地落在固定点O上,振动很小,上,振动很小,转动反而比较平稳。

转动反而比较平稳。

根据以上振动的各种特性及其规律,可以画根据以上振动的各种特性及其规律,可以画出振幅出振幅转速特性图和相位转速特性图和相位转速特性转速特性图,将这两个图对应的画在一起,叫做波德图,将这两个图对应的画在一起,叫做波德图,它是表示转子振动基本特性的典型曲线图,它是表示转子振动基本特性的典型曲线图,如课本图图,如课本图3-4。

二、旋转机械振动标准二、旋转机械振动标准振动标准从振动标准从使用者使用者的角度可以分为两类,的角度可以分为两类,即即运行管理标准运行管理标准和和制造厂出厂标准制造厂出厂标准。

两者。

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