06第6章_机械的平衡.ppt

第六章 机械的平衡6-1 机械平衡的目的和内容6-2 刚性转子的平衡计算 6-3 刚性转子的平衡实验6-4 转子的许用不平衡量6-5 平面机构的平衡6 1 机械平衡的目的和内容 一、机械平衡的目的 回转件偏心时 惯性力neFFIs设：G=100 N；r=1 mm=0.001 m当 n=30 r/min 时当 n=3000 r/min 时可见：n FI 附加动载荷磨损、效率 震动 严重时，共振。平衡的目的：设法消除惯性力（力矩）的不良影响，改善工作性能，提高机器的精度和寿命neFFss 二、机械平衡的内容1、转子（回转件）的平衡（1）刚性转子的平衡 用理论力学的力系平衡方法研究。静平衡：惯性力平衡；动平衡：惯性力和惯性力矩平衡。2、机构的平衡 就整个机构加以研究，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平衡。机械在机座上的平衡。（2）挠性转子的平衡 用弹性力学（基于弹性梁的横向振动）的方法研究6 2 刚性转子的平衡计算一、刚性转子的静平衡计算质心与回转中心不重合 静不平衡调整质心，使其惯性力为零 静平衡m1m2r1r2FI1FI2mbFI2rb不平衡质量m1、m2，回转半径 r1、r1（转速）FI1、FI1加一平衡质量mb，矢径 rb Fb使 静平衡6 2 刚性转子的平衡计算一、刚性转子的静平衡计算质心与回转中心不重合 静不平衡调整质心，使其惯性力为零 静平衡m1m2r1r2FI1FI2mbFI2rb不平衡质量m1、m2，回转半径 r1、r1（转速）FI1、FI1加一平衡质量mb，矢径 rb Fb使 静平衡m1r1m2r2mbrb图解（或投影）法 mbrb选 mb rb选 rb mb静平衡条件：惯性力矢量和为零，即：或质径积矢量和为零，即：对于静不平衡转子，不论有多少个不平衡质量，都只需在同一个面内增加或减少一个平衡质量（配重）即可获得平衡（也称为单面平衡）。m1m2r1r2FI1FI2mbFI2rb投影法 mbrb选 mb rb选 rb mbXY12b由 FX 0及 FY 0，得（mb rb）X mi ri cos i（mb rb）Y mi ri sin i对薄型回转件 如：飞轮、齿轮、带轮可近似认为质量分布在同一平面内,惯性力平面汇交力系 只需静平衡。若结构上不允许 分解到两个平面，分别平衡。MI=F l 静平衡，但二、刚性转子的动平衡计算质心与轴线重合 静平衡如图：m1=m2；r1=r2 FI1=-FI2s s1 s2FI1FI2l惯性力矩存在 静不平衡设法消除惯性力、惯性力矩 动平衡动平衡条件：惯性力和惯性力矩的矢量和均为零，即：s s1 s2F1F2l不能只在一个平面内加平衡质量力学知识：一个力两个等效力 两个平面内分别平衡，使 对于动不平衡转子，不论有多少个不平衡质量，都只需在两个面内增加或减少一个平衡质量（配重）即可获得平衡（也称为双面平衡）。对轴向尺寸比较大（b/D0.2）回转件 如：曲轴、机床主轴、电机轴其质量不能视为分布在同一平面内,惯性力空间力系 静平衡、动平衡。计算步骤：m1r1m2r2m3r3Ll1l2l3(m1r1)(m1r1)(m2r2)(m2r2)(m3r3)(m3r3)1）将miri向、面分解2）在两个基面上分别进行一次静平衡 两个平衡的平面汇力系之间不会产生力矩。因此，达到了动平衡。达到动平衡的回转件肯定是静平衡，达到静动平衡的回转件不一定动平衡静平衡条件：只需在一个平面内加平衡质量 静平衡 动平衡条件：需在两个平面内加平衡质量 动平衡6 3 刚性转子的平衡实验 设计计算达到平衡的转子，由于制造、装配误差、材质不均匀 不平衡 实验调整。一、静平衡实验一、静平衡实验二、动平衡实验 转子的动平衡实验一般需要在专用的动平衡机上进行。动平衡机有各种不同的型式，各种动平衡机的构造及工作原理也不尽相同，有通用平衡机、专用平衡机，但其作用都是用来测定需加于两个平衡基面中的平衡质量的大小及方位，并进行校正。动平衡实验机主要由驱动系统、支承系统、测量指示系统和校正系统等部分组成。当前工业上使用较多的动平衡实验机是根据振动原理设计的，测振传感器将因转子所引起的振动转换成电信号，通过电子线路加以处理和放大，最后用电子仪器显示出被试转子的不平衡质径积的大小和方位。二、动平衡实验试验转子 弹性支承带传动 双万向联轴器传感器解算电路选频放大器 选择开关 仪表 整形放大器光电头鉴相器整形放大器标记相位表三、现场平衡 对于尺寸很大的转子，在实验机上进行平衡是很困难的，一般可进行现场平衡。此外，对于某些高速转子，虽然在制造期间已经经过平衡，但由于装运、蠕变和工作温度过高或电磁场的影响等原因，又会发生微小的变形而造成不平衡，也要进行现场平衡。在现场通过直接测量机器中转子支架的振动，来确定不平衡量的大小及方位，进而进行平衡。6 4 转子的许用不平衡量 不平衡量不可避免，不平衡 成本 适当。一、许用不平衡量的表示方法许用质径积法：mr mr两者关系：e=mr/m 表示被平衡转子允许的剩余不平衡质径积。用于动平衡的计算和实验，可以比较方便地确定所需配重的大小和方位。许用偏心距法：e e 是与质量无关的绝对量，表示单位质量下允许的剩余不平衡质径积。可以（在相同转速下）直观的比较两构件平衡精度。二、平衡精度等级 G P82 表6-1 各种典型转子的平衡等级和许用不平衡量1）转子的平衡精度，除了考虑许用不平衡量外，还必须考虑角速 度大小。2）G 平衡精度，当=1000 时 G=e。3）G 值选定后 e和 mr 直接用于静平衡；对于动平衡，需将mr 换算到两个平衡基面上。6 5 平面机构的平衡S1S2S3ABCS1ABCDS2S3S11234机构运动特点 直线运动、平面复杂运动构件，其惯性力无法自身平衡。机构的平衡问题 1)机构运动时，其总惯性力、惯性力矩 机座上 附加动压力 设法消除 2)平衡惯性力矩，必须考虑驱动力矩和工作阻力矩的变化情况 较复杂。单独研究无意义。3)只介绍机构惯性力的平衡问题，FI=m as=0 vs=0 方法：在各构件上增减配重 调节机构的总质心到机架上。平面机构惯性力的平衡可分为惯性力的完全平衡和部分平衡。1、完全平衡利用平衡机构平衡ABCABC D1243 S1S2S3m2m1m3利用平衡质量平衡曲柄摇杆机构中，已知各构件的质量m1、m2、m3 位于 S1、S2、S3 处，试平衡其总惯性力。m2Bm2crmr m 1）将构件2 的质量m2 分解到 B、C 处 2）加配重m，使 m2B、m1、m的 质心落在 A点 3）加配重 m，使 m2C、m3、m 的 质心落在 D点机构的质心落在机架上，质心的加速度必为零 总惯性力在机架上达到平衡。利用平衡质量平衡曲柄滑块机构中，已知各构件的质量m1、m2、m3 位于 S1、S2、S3 处，试平衡其总惯性力。1）加配重m，使 m2、m3、m 的质心落在 B点 2）设B点有一集中质量 mB 3）加配重 m，使 mB、m1、m 的质心落在 A点S1S2S3ABC m2m1m3r m m r mB 采用配重法完全平衡惯性力（n个构件的单自由度机构，至少要加n/2个平衡质量）重量大大增加，结构设计不便 用部分平衡。利用平衡机构平衡ABC2、部分平衡法（非完全平衡法）1）将质量m2 分解到 B、C 处2）加配重m，平衡 m2B和m13）再加配重 m，部分平衡 m3、m2Cr m m m2Bm2CS1S2S3ABC m2m1m3FIh FIVF mC=m2C+m3 为避免FIV 过大 部分平衡利用平衡质量平衡利用弹簧力平衡ABCD注意：要获得高品质的平衡效果，只在最后做机械的平衡检测是不够的，应在机械生产的全过程中（即原材料的准备、加工装配等各个环节）都关注到平衡问题。