机械原理 作者 师忠秀 CH11.ppt

第 11 章 机械的平衡 §11-1 机械平衡的类型和方法 §11-2 刚性转子的平衡 11.2.1 刚性转子的静平衡设计 11.2.2 刚性转子的动平衡设计 11.2.3 刚性转子的平衡试验 §11-3 平面机构的平衡设计 11.3.1 机构惯性力的完全平衡 11.3.2 机构惯性力的部分平衡 §11-1 机械平衡的类型和方法 §11-2 刚性转子的平衡 §11-3 平面机构的平衡设计 在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： 【内容提示】：机械在运转时，运动构件所产生的惯性力将会在运动副中产生附加动压力，并引起机械的振动，降低机械的精度、效率和使用寿命。特别是对于高速、高精度机械危害甚大。 本章研究机械的平衡，采用平衡设计和平衡试验的方法，完全或部分地平衡惯性力，以消除或尽量减轻惯性力的有害影响。 【基本要求】：掌握刚性转子静平衡、动平衡的基本原理和设计方法；了解刚性转子平衡试验方法和平面机构平衡的基本概念。 11.1.1 机械平衡的分类 11.1.2 机械平衡的方法 转子的平衡 机械平衡类型 刚性转子的平衡 挠性转子的平衡 转子的静平衡 转子的动平衡 机构的平衡 机械平衡方法 平衡设计 平衡试验 1. 转子的平衡 绕固定轴转动的构件又称为转子。当转子的质量分布不均匀，或由于制造误差而造成质心与回转轴线不重合时，在转动过程中将产生惯性力。这类构件的惯性力可以通过重新调整转子上质量的分布，使其质心位于旋转轴线上的方法予以平衡。 （1）刚性转子的平衡 工作转速低于一阶临界转速、其旋转轴线挠曲变形可以忽略不计的转子称为刚性转子。刚性转子的平衡问题可以应用理论力学中的力系平衡理论予以解决。若只要求其惯性力达到平衡，则称之为转子的静平衡；若同时要求其惯性力和由惯性力引起的力偶矩都得到平衡，则称之为转子的动平衡。本章主要介绍刚性转子的静平衡和动平衡的原理与方法。 11.1.1 机械平衡的分类 （2）挠性转子的平衡 工作转速高于一阶临界转速、其旋转轴线挠曲变形不可忽略的转子称为挠性转子。如航空发动机、汽轮机、发电机等大型高速转子，其工作转速很高，质量和跨度很大，而径向尺寸很小，故在工作过程中将会产生很大的挠性变形，从而使其惯性力显著增大，其平衡问题非常复杂 。 2. 机构的平衡 对于存在有往复运动或平面复合运动构件的机构，其惯性力和惯性力矩不可能在构件内部通过重新分布质量而予以平衡，但所有构件上的惯性力和惯性力矩可合成为一个通过机构质心并作用于机架上的总惯性力和总惯性力矩。因此，这类平衡问题必须就整个机构加以研究，设法使其总惯性力和总惯性力矩在机架上得到完全或部分平衡，简称为机构在机架上的平衡。 11.1.2 机械平衡的方法 在机械的设计阶段，通过平衡计算在结构上采取措施以消除或减小不平衡惯性力和惯性力矩的影响，即平衡设计。 经过平衡设计的机械，虽然从理论上已达到平衡，但由于制造误差、材质不均及安装不准确等非设计方面的原因，实际制造安装出来后往往达不到原来的设计要求，还会有不平衡现象。这种不平衡在设计阶段是无法确定和消除的，必须通过试验的方法加以平衡。 1. 平衡设计 2.平衡试验 11.2.1 刚性转子的静平衡设计 11.2.2 刚性转子的动平衡设计 11.2.3 刚性转子的平衡试验 刚性转子的静平衡设计，就是要根据转子偏心质量的大小和方位，计算出为平衡偏心质量需要加或减的平衡质量的大小及方位，利用在转子上加或减平衡质量的办法，使其质心与固定回转轴线相重合，从而使设计出来的转子在理论上达到静平衡。 对于径宽比 的盘形转子，如齿轮、带轮、链轮、盘形凸轮、砂轮、飞轮等构件，可以近似地认为其质量分布在通过质心的同一回转平面内。在此情况下，若转子的质心不在回转轴线上，当其转动时，其偏心质量就会产生离心惯性力，从而在运动副中引起附加动压力，这种不平衡现象称为静不平衡。 消去 得 设 和 分别为增加或减少平衡质量后转子的总质量和质心向径。 上式表明：转子平衡后，其总质心将与回转轴线相重合，即 。 称为质径积 当已知各不平衡质量的质径积 时，便可求出为了使转子静平衡所需增加的平衡质量的质径积 的大小及方位。 注意：根据分子、分母的正负号确定 所在象限。 结论： （1）刚性转子静平衡的条件是，分布于转子上的各偏心质量的离心惯性力的合力为零，或质径积的矢量和为零。