机械的平衡.资料优秀PPT.ppt
机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering第六章第六章 机械的平衡机械的平衡6-1 机械平衡的目的及内容机械平衡的目的及内容6-2 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算6-3 刚性转子的平衡试验刚性转子的平衡试验6-4 转子的许用不平衡量转子的许用不平衡量6-5 挠性转子动平衡简述挠性转子动平衡简述(没有内容没有内容)6-6 平面机构的平衡平面机构的平衡返回返回1机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering6-1 机械平衡的目的及内容机械平衡的目的及内容1.机械平衡的目的机械在运转时，构件所生产的不平衡惯性力将在运动副中引起附加的动压力。例6-1磨削工件的砂轮增大了运动副中摩擦和构件中的应力，降低了机械效率和运用寿命，影响机械本身的正常工作，也必将引起机械及其基础产生强迫振动，甚至产生共振。会导致工作机械及其厂房建筑受到破坏。ABSSm=12.5kge=1mmn=6000r/minFF=me 2=5000N其方向作周期性变更F在转动副中引起的附加反力是砂轮自重的40倍。2机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering对于高速高精密机械尤为重要；机械平衡的目的就是设法将构件的不平衡惯性力加以平衡，以消退或削减惯性力的不良影响。机械的平衡是现代机械的一个重要问题。对于此类机械则是如何合理利用不平衡惯性力的问题。但某些机械却是利用构件产生的不平衡惯性力所引起的振动来工作的。2.机械平衡的内容 在机械中,由于各条件的结构及其运动形式的不同,其所产生的惯性力和平衡方法也不同。（）转子的平衡转子的不平衡惯性力可利用在其上增加或除去一部分质量的方法加以平衡。其实质是通过调整转子自身质心的位置来达到消除或削减惯性力的目的。机娥平衡的目的及内容机娥平衡的目的及内容(2/3)3机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering1）刚性转子的平衡刚性转子n(0.60.75)nc1的平衡，是按理论力学中的力学平衡理论进行的。静平衡动平衡只要求其惯性力平衡；同时要求其惯性力和惯性力偶矩的平衡。2）挠性转子的平衡挠性转子n(0.60.75)nc1的平衡，其平衡是基于弹性梁的横向振动理论。（2）机构的平衡作往复移动或平面复合运动的构件，其所产生的惯性力无法在该构件上平衡，而必需就整个机构加以平衡。即设法使各运动构件惯性力的合力和合力偶得到完全或部分的平衡，以消退或降低其不良影响。此类平衡问题为机构的平衡或机械在机座上的平衡。机械平衡的目的及内容机械平衡的目的及内容(3/3)4机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering故这类转子称为静不平衡转子。其质量可近似认为分布在同一回转平面内。这时其偏心质量在转子运转时会产生惯性力，6-2 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算为了使转子得到平衡，在设计时就要依据转子的结构，通过计算将转子设计成平衡的。1.刚性转子的静平衡计算（1）静不平衡转子对于轴向尺寸较小的盘形转子(b/D 0.2)，因这种不平衡现象在转子静态时就可表现出来，bABD回转平面mmrFG5机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering平衡后转子的各偏心质量（包括平衡质量）的惯性力的合力为零。对于静不平衡转子，利用在其上增加或除去一部分质量，使其质心与回转轴心重合，即可使转子的惯性力得以平衡的方法。（2）静平衡及其条件静平衡静平衡的条件F0即（3）静平衡计算静平衡计算主要是针对由于结构所引起的静不平衡的转子而进行平衡的计算。依据其结构，计算确定需增加或除去的平衡质量，使其在设计时获得静平衡。刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算(2/4)6机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering盘形转子的静平衡设计举例：盘形转子的静平衡设计举例：已知：已知：分布于同一回转平面内的偏心质分布于同一回转平面内的偏心质量为量为m1,m2和和m3 从回转中心到各偏心质量中心的从回转中心到各偏心质量中心的向径为向径为r1，r2 和和r3。当转子以等角速度当转子以等角速度w w转动时，各转动时，各偏心质量所产生的离心惯性力分别偏心质量所产生的离心惯性力分别为：为：F1，F2，F3。7机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering 增加一个平衡质量增加一个平衡质量mb，其向径为，其向径为rb 所产生的离心惯性力为所产生的离心惯性力为Fb。要求平衡时，要求平衡时，Fb,F1,F2,F3所形成的合力所形成的合力F应为零：应为零：F=F1+F2+F3+Fb=0 8机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering质量与向径的乘积称为质径积质量与向径的乘积称为质径积，表示在同一转速下转子上各表示在同一转速下转子上各离心惯性力的相对大小和方位。离心惯性力的相对大小和方位。m和和e分别为转子的总质量和总质心的向径；分别为转子的总质量和总质心的向径；mi和和ri分别为转子各个偏心质量及其质心的向径；分别为转子各个偏心质量及其质心的向径；mb和和 rb分别为所增加的平衡质量及其质心的向径。分别为所增加的平衡质量及其质心的向径。转子平衡后，其总质心将与回转轴线相重合，即转子平衡后，其总质心将与回转轴线相重合，即ee=0。9机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering依据质径积依据质径积mbrbmbrb，确定，确定rbrb和平衡质量大小。和平衡质量大小。安装方向：向量图上所指的方向。安装方向：向量图上所指的方向。若转子的实际结构不允许在向径若转子的实际结构不允许在向径rb的的方向上安装平衡质量，如何做？方向上安装平衡质量，如何做？为了使设计出来的转子质量不致为了使设计出来的转子质量不致过大，一般应尽可能将过大，一般应尽可能将rb选大些，选大些，这样可使这样可使mb小些。小些。10机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering在向径在向径rb的相反方向上去掉一部分质量的相反方向上去掉一部分质量来使转子得到平衡！来使转子得到平衡！可在另外两个回转平面内分别安装平衡质量，可在另外两个回转平面内分别安装平衡质量，以使转子得以平衡。以使转子得以平衡。若在所需平衡的回转面内实际结构若在所需平衡的回转面内实际结构不允许安装或削减平衡质量？不允许安装或削减平衡质量？11机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering（2）对于静不平衡的转子，无论它有多少个偏心质量，）对于静不平衡的转子，无论它有多少个偏心质量，都只须要适当地增加一个平衡质量即可获得平衡都只须要适当地增加一个平衡质量即可获得平衡,即对于静不平衡的转子，需加平衡质量的最少数即对于静不平衡的转子，需加平衡质量的最少数目为目为1。结论：（1）静平衡的条件：分布于转子上的各个偏心质量的离静平衡的条件：分布于转子上的各个偏心质量的离心惯性力的合力为零或质径积的向量和为零。心惯性力的合力为零或质径积的向量和为零。12机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering第三节第三节 刚性性转子的子的动平衡设计动平衡设计 径宽比径宽比D/b 5的转子（多缸发的转子（多缸发动机的曲柄、汽轮机转子）。动机的曲柄、汽轮机转子）。特点：轴向宽度较大，其质量分特点：轴向宽度较大，其质量分布在几个不同的回转平面内。布在几个不同的回转平面内。转子的动平衡设计：转子的动平衡设计：依据转子结构确定出各个不同回依据转子结构确定出各个不同回转平面内偏心质量的大小和位转平面内偏心质量的大小和位置。置。计算出为使转子得到动平衡所需计算出为使转子得到动平衡所需增加的平衡质量的数目、大小增加的平衡质量的数目、大小及方位；及方位；在转子设计图上加上这些平衡质在转子设计图上加上这些平衡质量，以便使设计出来的转子在量，以便使设计出来的转子在理论上达到动平衡。理论上达到动平衡。动不平衡问题：动不平衡问题：在转子运动的状况下才能显示出来的不平衡现象。13机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering设转子上的偏心质量设转子上的偏心质量m1,m2和和m3分别在回分别在回转平面转平面1，2，3内，其质心的向径分别为内，其质心的向径分别为r1、r2、r3。当转子以等角速度当转子以等角速度 w w转动时，平面转动时，平面1内的偏心质量内的偏心质量m1所产生的离心惯所产生的离心惯性力：性力：F1 1=m1 1w w2 2。在转子的两端选定两个垂直转子在转子的两端选定两个垂直转子轴线的平面轴线的平面 T、T。设设 T与与 T相距相距 l l，平面，平面1到平面到平面 T、T 的距离分别为的距离分别为 、F1可用分解到平面可用分解到平面 T 和和T中的力中的力 、来代替。来代替。14机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering由理论力学的学问可知由理论力学的学问可知、分别为平面分别为平面、中向径为中向径为r1 1的偏心质量的偏心质量、所产生的离心惯性力。所产生的离心惯性力。原分布在平面原分布在平面1 1、2 2、3 3上的偏心质量上的偏心质量、，完全可以用平面，完全可以用平面 、上上的的 和和 ，和和 ，和和 所代替，它们的不平衡效果所代替，它们的不平衡效果是一样的。是一样的。15机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering对于平面：对于平面：刚性转子的动平衡设计问题可以刚性转子的动平衡设计问题可以用静平衡设计的方法来解决！用静平衡设计的方法来解决！对于平面对于平面 ：无论是用解析法还是图解法，均可解出无论是用解析法还是图解法，均可解出 ，的大小及方位。的大小及方位。16机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering动平衡设计步骤：动平衡设计步骤：1)1)在转子上选定两个适于安装平衡质量的平面作为平在转子上选定两个适于安装平衡质量的平面作为平衡平面或校正平面；衡平面或校正平面；2)2)确定需在两个平衡平面内增加的平衡质量的质径积确定需在两个平衡平面内增加的平衡质量的质径积大小和方向；大小和方向；3)3)选定向径，将平衡质量加到转子相应的方位上选定向径，将平衡质量加到转子相应的方位上。17机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering小结：小结：(1)动平衡的条件：当转子转动时，转子上分布在不同平面内的各个质量所动平衡的条件：当转子转动时，转子上分布在不同平面内的各个质量所产生的空间离心惯性力系的合力及合力矩均为零。产生的空间离心惯性力系的合力及合力矩均为零。(2)对于动不平衡的转子，需加平衡质量的最少数目为对于动不平衡的转子，需加平衡质量的最少数目为2。动。动不平衡又称为双面平衡，而静平衡则称为单面平衡。不平衡又称为双面平衡，而静平衡则称为单面平衡。(3)(3)经过动平衡的转子确定静平衡；反之，经过静平衡的经过动平衡的转子确定静平衡；反之，经过静平衡的转子则不确定是动平衡的。转子则不确定是动平衡的。18机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering第四第四节 刚性性转子的平衡子的平衡试验试验缘由及目的：试验缘由及目的：平衡设计：理论上是完全平衡的。还会出现不平衡现象。平衡设计：理论上是完全平衡的。还会出现不平衡现象。须要用试验的方法对其做进一步平衡。须要用试验的方法对其做进一步平衡。19机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering 当刚性转子的径宽比当刚性转子的径宽比D/b5时，通常只需对转子进行静平衡试验。时，通常只需对转子进行静平衡试验。静平衡试验所用的设备称为静平衡试验所用的设备称为静平衡架。静平衡架。导轨式静平衡架：应将两导轨调整为水平且相互平行；将转子放在导轨上，让其轻轻地自由滚动；待转子停止滚动时，其质心S必在轴心的正下方，这时在轴心的正上方随意向径处加一平衡质量（一般用橡皮泥）；反复试验，加减平衡质量，直至转子能在任何位置保持静止为止；依据橡皮泥的质量和位置，得到其质径积；依据转子的结构，在合适的位置上增加或削减相应的平衡质量。20机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering径宽比径宽比D/b5的刚性转子：必要时在制成后还要进行的刚性转子：必要时在制成后还要进行动平动平衡试验。衡试验。动平衡试验一般须要在专用的动平衡机上进行，确定需加于两个平衡平面中的平衡质量的大小及方位。21机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering6-6 平面机构的平衡平面机构的平衡机构的平衡，由于机构各构件在运动时所产生的惯性力可以简化为一个通过质心的总惯性力和总惯性力偶矩，并全部由基座承受。所以，平面机构的平衡就要设法平衡这个总惯性力和总惯性力偶矩。机构平衡的条件作用于机构质心的总惯性力和总惯性力偶矩应分别为零。通常，对机构只进行总惯性力的平衡，所以欲使机构总惯性力为零，应使机构的质心加速度为零，即应使机构的质心静止不动。即F0，M022机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering平面机构的平衡平面机构的平衡(2/3)1完全平衡机构的完全平衡是指机构的总惯性力恒为零。为了达到机构的完全平衡的目的，可接受如下措施：（1）利用对称机构平衡23机械基础教研室机械基础教研室 杜微 CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY School of Mechatronics Engineering 接受完全平衡法，平衡效果很好。但会使机构的质量或体积大为接受完全平衡法，平衡效果很好。但会使机构的质量或体积大为增加，故一般接受部分平衡法。增加，故一般接受部分平衡法。完全平衡完全平衡n个构件的单自由度机构的惯性力，应至少加个构件的单自由度机构的惯性力，应至少加 n/2个个平衡质量，这样就使机构的质量大大增加。所以一般不接受这种方法，而多平衡质量，这样就使机构的质量大大增加。所以一般不接受这种方法，而多接受部分平衡的方法。接受部分平衡的方法。（2）利用平衡质量平衡探讨表明探讨表明结论结论24
