06-机械的平衡解析优秀PPT.ppt
俞爱林广东工业高校机电学院电话：39322212EMAIL：allan75126 机 械 原 理 Mechanisms and Machine Theory 6-1 机械平衡的目的及内容 6-2 刚性转子的平衡计算 6-3 刚性转子的平衡试验 6-4 转子的许用不平衡量 6-5 平面机构的平衡基本要求基本要求:了解机械平衡的目的及分类了解机械平衡的目的及分类娴熟驾驭刚性转子静、动平衡的原理和方法娴熟驾驭刚性转子静、动平衡的原理和方法明确转子许用不平衡量的意义明确转子许用不平衡量的意义了解平面四杆机构的平衡原理了解平面四杆机构的平衡原理第第6 6章章 机械的平衡机械的平衡运动的构件按运动形态可分为三类：运动的构件按运动形态可分为三类：定轴转动、往复直线运动、困难平面运动定轴转动、往复直线运动、困难平面运动除：除：1）等速直线运动的构件）等速直线运动的构件 2）质量分布对其转动轴线完全对称的等速转动构件）质量分布对其转动轴线完全对称的等速转动构件其它构件在运动过程中都将产生惯性力或惯性力偶矩其它构件在运动过程中都将产生惯性力或惯性力偶矩举例说明举例说明不平衡后果：动画不平衡后果：动画1、动画、动画2产生附加动压力产生附加动压力 摩擦摩擦、磨损、磨损、效率、效率、振动噪音、振动噪音.影响机械的工作精度、牢靠性、寿命影响机械的工作精度、牢靠性、寿命.造成破坏性事故造成破坏性事故6-1 6-1 机械平衡的目的及内容机械平衡的目的及内容一、惯性力及其影响一、惯性力及其影响例：设设偏偏心心质质量量m=10kg，偏偏心心距距e=1mm，=314 rad/s则：则：惯性力：惯性力：F=me2=10 1x10-3 3142=986 N重量：重量：G=mg=10 9.8=98 N可见可见：FG,F 惯性力的方向随构件的转动而作周期性变更惯性力的方向随构件的转动而作周期性变更eF二、机械平衡的目的二、机械平衡的目的消退或削减惯性力消退或削减惯性力1.刚性转子的静平衡对长径比=1/5的构件，作单面平衡2.刚性转子的动平衡对长径比1/5的构件，作双面平衡3.挠性转子的平衡刚性转子的平衡：n(0.60.75)nc、弹性变形不行忽视4.机构的平衡(机构在机架上的平衡)往复直线运动的构件和困难平面运动的构件m3m1m2FI1FI2FI3mFI三、机械平衡的分类三、机械平衡的分类1、平衡设计设计阶段从结构上实行措施，进行平衡设计2、平衡试验通过试验的方法加以平衡四、机械平衡的方法四、机械平衡的方法G1 静不平衡(b/D 1/5)静平衡静平衡平面汇交力系平面汇交力系单面平衡单面平衡2 动不平衡(b/D1/5)动平衡动平衡空间力系空间力系双面平衡双面平衡GF1F2m1m2SF1F26-2 6-2 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算一、刚性转子的不平衡类型一、刚性转子的不平衡类型条件：条件：b/D 1/5,全部惯性力可认为全部惯性力可认为在同一个平面上在同一个平面上惯性力为平面汇交力系：惯性力为平面汇交力系：m1m2m3m4F2F3F1F FF4r1r2r3r4mbrbW1W2WbW4W3ab其合力平衡方法：平衡方法：在合力P的反向加mb,使平衡：平衡：去重或配重则Fb二、刚性转子的静平衡计算二、刚性转子的静平衡计算质径积表达方式平衡方程：平衡方程：F2F3F1F FF4m1r1m2r2m3r3m4r4mbrbFbW1WbW4W3abW2质径积矢量方程解法：质径积矢量方程解法：1.图解法：定比例尺，作质径积矢量图，量平衡质径积的大小2.解析法：若各不平衡质量方向以角度给出v质径积矢量方程：v质径积矢量方程：静平衡结论产生静不平衡的缘由是合惯性力不为产生静不平衡的缘由是合惯性力不为零零 静平衡的条件：分布于转子上的各静平衡的条件：分布于转子上的各个偏心质量的离心惯性力的合力为零，个偏心质量的离心惯性力的合力为零，或质径积的向量和为零或质径积的向量和为零 对于静不平衡的刚性转子，无论它对于静不平衡的刚性转子，无论它有多少个偏心质量，只要适当增加有多少个偏心质量，只要适当增加（或减小）一个平衡质量，就能使其（或减小）一个平衡质量，就能使其获得平衡。即对静不平衡的转子，需获得平衡。即对静不平衡的转子，需加平衡质量的最少数目为加平衡质量的最少数目为1F2F3F1F FF4m1r1m2r2m3r3m4r4mbrbFbW1WbW4W3abW2力学基础：力的平行分解力学基础：力的平行分解即以即以P1、P2等效代替等效代替P应满足：力等效、力矩等效应满足：力等效、力矩等效P12l1l2三、偏心质量的等效平衡三、偏心质量的等效平衡平衡条件：平衡条件：对随意一个偏心质量，可在另外两个回转平面内分别安对随意一个偏心质量，可在另外两个回转平面内分别安装平衡质量，即可使转子达到平衡。装平衡质量，即可使转子达到平衡。m,rFmb,rbFb将质量m(向径r)的偏心质量用另外两个平面的质量m1(r1),m2(r2)等效代替m2,r2m1,r1F2F1mb1,rb1mb2,rb2Fb1Fb2分别在两个平面内加上平衡质量使之静平衡三、偏心质量的等效平衡三、偏心质量的等效平衡条件：条件：b/D 1/5 1/5，不能认为质量分布在同一平面，不能认为质量分布在同一平面实例：实例：电动机的转子、汽轮机的转子、多缸内燃机曲轴电动机的转子、汽轮机的转子、多缸内燃机曲轴m3m1m2FFcm m不能认为质量分布在同一平面静平衡而动不平衡四、刚性转子的动平衡计算四、刚性转子的动平衡计算动平衡设计动平衡条件动平衡条件将全部质量向另外两个平面投将全部质量向另外两个平面投影影(等效替换等效替换),最终在两个平最终在两个平面内加上平衡质量使之静平衡面内加上平衡质量使之静平衡m1m2F1F2m1,r1F1F1m1,r1m2,r2F2m2,r2F2平面1平面2F F2F F3F F1123m2m1m3r2r1r3IIIF2IF3IF2 IIF3 IIF1IF1 IIrImb IPIrIImb IIFIILl1l2l3WIW1IW2IW3IW2IIW3IIW1IIWIImbIrI=WImbIIrII=WII平衡平面动平衡设计图示动平衡结论产生动不平衡的缘由是合惯性力、合惯性力偶矩均不为零（特殊状况产生动不平衡的缘由是合惯性力、合惯性力偶矩均不为零（特殊状况下，合惯性力为零，而合惯性力偶矩不为零）下，合惯性力为零，而合惯性力偶矩不为零）动平衡的条件：转子上各个质量所产生的空间惯性力系的合力及合力动平衡的条件：转子上各个质量所产生的空间惯性力系的合力及合力偶均为零偶均为零对于动不平衡的刚性转子，只要分别在选定的两个平面内各加适当的对于动不平衡的刚性转子，只要分别在选定的两个平面内各加适当的平衡质量，就能达到完全平衡。即要使转子达到动平衡，所需加的平平衡质量，就能达到完全平衡。即要使转子达到动平衡，所需加的平衡质量的最少数量为衡质量的最少数量为2。故动平衡又称双面平衡。故动平衡又称双面平衡由于动平衡同时满足静平衡的条件，故经过动平衡的转子确定静平衡；由于动平衡同时满足静平衡的条件，故经过动平衡的转子确定静平衡；反之，经过静平衡的转子不确定是动平衡的反之，经过静平衡的转子不确定是动平衡的问题：刚性回转件的平衡设计是要进行动平衡设计还是静平衡设计？问题：刚性回转件的平衡设计是要进行动平衡设计还是静平衡设计？在什么状况下经过静平衡的构件可认为是动平衡的？在什么状况下经过静平衡的构件可认为是动平衡的？随遇平衡刀刀 口口 式式 静静 平平 衡衡 架架动画演示动画演示6-3 6-3 刚性转子的平衡试验刚性转子的平衡试验一、静平衡试验一、静平衡试验滚滚 轮轮 式式 静静 平平 衡衡 架架QQc动画演示动画演示一、静平衡试验一、静平衡试验1.电机电机2.带传动带传动3.万向联轴节万向联轴节4.试件试件5-6.传感器传感器7.解算电路解算电路8.选频放大器选频放大器9.仪表仪表10.整形放大器整形放大器11.鉴相器鉴相器12.光电头光电头13.整形放大器整形放大器14.相位标记相位标记15.相位表相位表 134567891015111312142二、动平衡试验二、动平衡试验三、现场平衡三、现场平衡平衡计算和平衡试验后，转子的不平衡量大大减小，但不平衡计算和平衡试验后，转子的不平衡量大大减小，但不行能为行能为0实际工作中，应对不同工作条件的转子规定不同的许用不实际工作中，应对不同工作条件的转子规定不同的许用不平衡量平衡量1.质径积表示法质径积表示法许用不平衡质径积许用不平衡质径积 mr与转子质量有关的一个相对量与转子质量有关的一个相对量常用来衡量具体的转子的平衡常用来衡量具体的转子的平衡2.偏心距表示法偏心距表示法许用偏心距许用偏心距 e与转子质量无关的确定量与转子质量无关的确定量二者关系：二者关系：e=mr/m常用来衡量转子平衡、检测精度常用来衡量转子平衡、检测精度6-4 6-4 转子的许用不平衡量转子的许用不平衡量一、许用不平衡量的表示方法一、许用不平衡量的表示方法平衡精度平衡精度A：表示转子平衡状态的优良程度表示转子平衡状态的优良程度转子的不平衡量以平衡精度的形式表示转子的不平衡量以平衡精度的形式表示表示方法：表示方法：e ISO平衡品质的等级标准：平衡品质的等级标准：各种典型转子的平衡等级见表各种典型转子的平衡等级见表6-1/P82二、平衡精度二、平衡精度平衡精度用法说明1.确定平衡精度，计算许用偏心距确定平衡精度，计算许用偏心距2.对静不平衡转子，许用不平衡量取计算值对静不平衡转子，许用不平衡量取计算值3.对动不平衡转子，计算值应支配在两个平衡平面上对动不平衡转子，计算值应支配在两个平衡平面上和 mr=mesIIIab 对于机构中作往复运动或平面复合运动的构件，在运动时产生的惯性力不行能在构件本身上予以平衡，必需对整个机构加以平衡。Fi=0 Mi=0一、平面机构惯性力的平衡条件二、机构惯性力的完全平衡1.利用对称机构平衡2.利用平衡质量平衡三、机构惯性力的部分平衡1.利用平衡机构平衡2.利用平衡质量平衡四、结论6-5 6-5 平面机构的平衡平面机构的平衡设活动构件的总质量为设活动构件的总质量为m，机构总质心，机构总质心S的加速度为的加速度为aS机构作用于机构上的总惯性力机构作用于机构上的总惯性力:F=maS平衡的目的：平衡的目的：F=0平衡条件：平衡条件：aS=0即，机构的总质心静止不动即，机构的总质心静止不动Fi=0 Mi=0一、平衡条件一、平衡条件1.对称布置法优缺点优缺点？BC abcDAeABC abeBCabeBCabecDll二、机构惯性力的完全平衡二、机构惯性力的完全平衡2.平衡质量法质量替代法质量替代法：指将构件的质量简化成几个集中质量，并使质量替代法：指将构件的质量简化成几个集中质量，并使它们所产生的力学效应与原构件所产生的力学效应完全它们所产生的力学效应与原构件所产生的力学效应完全相同。相同。替代条件：替代条件：替代质量之和与原构件质量相等替代质量之和与原构件质量相等替代质量总质心与原构件质心重合替代质量总质心与原构件质心重合全部替代质量对质心的转动惯量与原构件质量对对质心的全部替代质量对质心的转动惯量与原构件质量对对质心的转动惯量相同转动惯量相同动替代：满足上述三个条件动替代：满足上述三个条件质量静替代：满足前两个条件质量静替代：满足前两个条件2）在构件1的延长线上r处加平衡质量m,平衡m2B和m1:m”mABCD123S1m1S2m2S3m3rr”在构件3的延长线上r”处加平衡质量m”,平衡m2C和m3:机构总质心位置?例：铰链四杆机构平衡设计1)用mB和mC代替m2：即将构件2的质量替换到B、C两点m”mBABC32mrm3m2S2m1S1mB=m+m2+m3r”优点：机构总惯性力得到完全平衡缺点：质量大大增加优缺点？例:曲柄滑块机构平衡设计1)加平衡质量m,使m,m3,m2的总质量心落在B点:2)1构件延长线上r”处加平衡质量m”,使总质心落在A点:AB abBCaCbBC acAbDBbacC优缺点？1.近似对称布置三、机构惯性力的部分平衡三、机构惯性力的部分平衡m”m1Am2Bm1BmABC32m3m2S2m1S1rm2C2）用m1B、m1A替代m1：mB=m1B+m2B3)在r处加平衡质量m?mC=m3+m2C引起的往复惯性力如何平衡往复惯性力r处再加质量m”,使m”产生的惯性力的正交分力：2.平衡质量法例：曲柄滑块机构的部分平衡设计1）用m2B、m2C替代m2：m”m1Am2Bm1BmABC32m3m2S2m1S1rm2C往复惯性力与往复惯性力平衡。是在平衡时新产生的惯性力。工程中，为不致使太大，取即取：部分平衡PC,使新产生的惯性力P”h不至太大2.平衡质量法进行机构型式设计时，确定要分析机构的受力状况。从进行机构型式设计时，确定要分析机构的受力状况。从而依据不同的机构类型，选择适当的平衡方法而依据不同的机构类型，选择适当的平衡方法在尽可能消退或削减机构的总惯性力或惯性力矩的同时，在尽可能消退或削减机构的总惯性力或惯性力矩的同时，还应当使机构的结构简洁，尺寸较小，从而使整个机械还应当使机构的结构简洁，尺寸较小，从而使整个机械系统具有良好的动力学特性系统具有良好的动力学特性四、结论四、结论作业作业:P87习题：6-6
