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大型零件立式静平衡试验工具原理及结构设计

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  1 前言

  在机械制造行业中,对于一些小的或者重量不是很大的高速旋转类零件,我们可以直接上动平稳试验机做动平衡试验,来测定零件的不平衡度是很方便的。而对于那些大中型的低速旋转类零件,动平衡试验做起来就很困难了,而这些零件对于自身的不平衡度又都有严格的要求。所以我们就需要做静平衡试验,来确定零件的不平衡度,再通过加配重的方法来满足零件的不平衡度要求。在机械制造行业中,静平衡试验工具不仅能满足那些大中型旋转类零件的不平衡度要求,同样对于那些对称性要求较高的其它类大中型零件来说,也可以通过它来确定零件的不平衡度。这些大中型零件的重量往往都比较重,对平衡工具的强度要求都比较高。本文就是以大型水电站水轮机转轮为模型,和大家一起来分析一下立式静平衡试验工具的典型结构、基本工作原理、主要部件的设计步骤和使用方法。

  2 典型结构

  见图1。

  

  3 立式静平衡试验基本工作原理

  见图2。

  

  立式静平衡试验是将平衡物体(如转轮)悬置在平衡工具的平衡球体上(图1)其原理是利用平衡球心与平衡物体的重心的相应位置,在保证一定灵敏度下获得平衡。如图2中平衡物体的重心K不在平衡球心O的垂直线OE上,而在OF的K 上,此时平衡物体造成不平衡状态,与水平线倾斜ɑ角,平衡物体通过平衡球放在平衡底板上,平衡球的接触点不是E,而是F。

  平衡物体处于平衡状态,则必须在R处加上配重块m1,此时平衡物体绕平衡球心O,旋转α角而下降H值,平衡球的接触点由F回到E点,平衡物体的重心K就在平衡球心O的垂直线OE上,而达到稳定平衡,故平衡方程式:

  

  

  由式(2)中可知:

  ①当h值为正值时,即重心低于球心,则达到稳定水平平衡,当h值很小时,在同样R条件下所加配重m1越小即可使平衡物体达到稳定平衡,也就是说该平衡试验灵敏度高。

  ②当h值为0,即重心与球心重合,则出现随意平衡。

  ③当h值为负值时,即重心高于球心,出现不稳定平衡。

  在一定的h值下,在R处加1 kg的配重时所下降的H值称之为灵敏度,②、③两种情况不能作为平衡试验用。根据资料介绍,对于不同重量的平衡物体与h值的关系,采用表1数值。

  

  4 立式静平衡试验工具主要零部件的设计与计算

  4. 1 平衡球(见图1)

  平衡球是平衡试验工具的关键零件,它的球面半径r上的表面硬度,尺寸精度……等直接影响水轮机转轮静平衡试验的精度与灵敏度。

  平衡球球面直径d按球面接触应力公式计算(经验公式)

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