14ph6中国石油university讲义考研必看.ppt

* 第十四章 机械的平衡及调节 回转体平衡和机械调速是两个不同的机械动力学问题。在机械设计中，特别是设计高速机械和精密机械时必须予以考虑。 §14—1机械平衡的目的、分类及方法 1.目的：机械运动时，各运动构件由于制造、装配误差，材质不均等原因造成质量分布不均，质心做变速运动将产生大小及方向呈周期性变化的惯性力。 （1）在构件运动副中引起附加动压力。 （2）加剧运动副磨损，降低机械效率。 （3）降低构件有效承载能力，缩短寿命。 （4）引起机器及基础产生强迫振动，影响机械工作质量。 （5）当震动频率接近系统的共振范围时，将会波及到周围的设备及厂房建筑。　对于高速、重型和精密机械，惯性力的不良影响更为严重。为了完全或部分消除这些不良影响，需设法减少或消除惯性力，这就是机械的平衡问题，也是机械平衡的目的所在 2.分类： 1).转子平衡 转子平衡问题：绕固定轴线回转的构件的惯性力和惯性力矩的平衡问题。 刚性转子的平衡问题：转子转速低于一阶临界转速，挠曲线变形忽略 挠性转子的平衡问题：转子转速高于一阶临界转速，其旋转轴线的挠曲线的变形不能忽略。 2)．机构平衡 机构的平衡问题：对整个机构而言，所有构件的惯性力和惯性力矩，可以合成为通过机构总重心的总惯性力和总惯性力矩。它们可被部分或完全地平衡。有关它们的平衡问题即为机构的平衡问题。 机构的平衡：为了减小或消除机构中各构件的惯性力和惯性力矩所引起的振动、附加动压力和减小输入转矩波动而采用的改善质量分布、附加机构等的措施，称为机构的平衡，如内燃机曲柄连杆机构等的平衡。 3.研究机械平衡的方法 计算法： 图解法与解析法。图解法简单方便；解析法计算结果准确，它们皆用在各不平衡质量大小及质心位置已知的情况下。 试验法则适用于各平衡质量大小及质心位置未知的情况下或虽经计算法加平衡配重平衡，但实际由于材质不均匀、安装制造误差等原因，往往仍达不到预期的要求时，可用试验法平衡之。 这里主要阐述图解法。 一、转子平衡的分类 1.概念：由于转子结构不对称、材质不均匀、制造和安装误差等原因，均会引起偏心(质心偏离形心)。由于偏心将导致转子运转时产生离心惯性力，从而使转子处于不平衡状态。在转子上加减配重，以改善转子的质量分布，从而保证转子在运转时，由不平衡而引起的振动或振动力减小到允许范围内的措施称为转子平衡 2.分类：根据转子不平衡质量的分布情况，转子的平衡可分为静平衡和动平衡。 1)．静平衡 ?对于轴向尺寸较小的零件，也称为盘状零件（直径D与宽度L之比:：D/ L≥5），如飞轮、砂轮等，其质量分布可以近似认为在同一回转面内。当回转件匀速转动时，各质量所产生的离心力构成同一平面内交于回转中心点的力系。如果该力系不平衡，则它们的合力不等于零。为了使力系达到平衡，只需在同一平面内加上一个平衡质量，使其所产生的离心力等于原离心力的合力且方向相反。这样，加上一个平衡质量后，由回转件上各质量所产生的离心力组成的力系就达到平衡。这种平衡称静平衡。 §14—2 转子的平衡 2).动平衡 对于轴向尺寸较大的回转件（直径D与宽度L之比:：D/L＜5），即称为轴类零件，如电动机的转子、机床主轴等，其质量分布不能近似地认为是位于同一回转面内。这类回转件转动时产生的离心力不再是平面力系，而是空间力系。因此，单靠在某一回转面内加一平衡质量的静平衡方法不能使这类回转件转动时达到平衡。对于这种转子的不平衡问题进行平衡时，一般的方法是先选定两个辅助平面，再将各个质量按其所在平面与两辅助平面的距离的比值，按比例将质量分解到两辅助平面上，最后再采用静平衡的方法使这两个辅助平面达到静平衡。（亦称双面平衡） 动平衡 静平衡 一定 不一定 二、转子平衡的计算 1.静平衡的计算 原理：对于轴向宽度不大的转子，其质量可近似认为在同一回转平面内，回转体其质量不平衡产生的离心惯性力可用平面汇交力系表示，因合力不为零回转体不平衡，产生不均匀转动，转速逐渐降低，静止时合力方向在铅垂线轴心下方。在铅垂线上方，做一平衡质量mb，使其产生的离心力与汇交力系合力矢大小相等，方向相反，这样，回转体才能平衡，保持均匀转动。 计算：如图示回转体，以角速度ω回转时，其质量产生的离心惯性力构成了一个平面汇交力系，若此力系的合力不为零，则该回转体不平衡。若使回转体平衡，则应在回转体内，增加或减少一平衡质量。使其产生的离心力Fb与原力系的离心力的矢量和ΣFi等于零，此时回转体必达到平衡状态。 平衡的条件：F=Fb+ΣFi=0 式中：F为总离心力。 分别用质量和向径表示，可写成 mrω2= mbrbω2+Σmiriω2 mr=mbrb+Σmiri=0 式中mr、ri分别为回转平面内各偏心质量及其向径；mb、ri分别