江苏大学机械原理及设计课件第十二章 机械的平衡.ppt

12.2 刚性转子的平衡 12.2.1 刚性转子的静平衡设计 静不平衡现象： 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。 已知： 分布于同一回转平面内的偏心质量为m1, m2和m3. 。从回转中心到各偏心质量中心的向径为r1，r2 和r3。 当转子以等角速度w转动时，各偏心质量所产生的离心惯性力分别为：F1，F2，F3。 增加一个平衡质量mb，其向径为rb 所产生的离心惯性力为Fb。 12.2.2 刚性转子的动平衡设计 径宽比D/b 5的转子（多缸发动机的曲柄、汽轮机转子）。 特点：轴向宽度较大，其质量分布在几个不同的回转平面内。 设转子上的偏心质量m1, m2和m3分别在回转平面1，2，3内，其质心的向径分别为r1 、r2 、r3。 由理论力学的知识可知 对于平面 ： 12.2.2 刚性转子的动平衡设计 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产生的空间离心惯性力系的合力及合力矩均为零。 12.2.3 刚性转子的平衡试验 试验原因及目的： ???平衡设计：理论上是完全平衡的。 还会出现不平衡现象。 1、 刚性转子的静平衡试验 当刚性转子的径宽比D/b≥5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架。 2、 刚性转子的动平衡试验  径宽比D/b＜5的刚性转子：必要时在制成后还要进行动平衡试验。 12.2.5 平面机构的平衡简介 一般存在往复运动或平面复合运动构件，其惯性力和惯性力矩不可能在构件内部平衡。 ? 1．利用附加质量的平衡法: 在某些机构中,可通过在构件中添加平衡质量的方法来完全平衡其惯性力。 2．利用附加机构的平衡法 ??? (2)由于采用的是非完全对称布置，所以只能使惯性力在机架上得到部分的平衡。 机械工程学院机械设计系 * 第12章 机械平衡 使运动副中产生附加的动压力，增加运动副的磨损、影 响构件的强度、降低机械的效率。 使机械及其基础产生强迫振动，导致工作精度和可靠性 下降，零件疲劳损伤加剧，并产生噪声污染。 引起共振，使机械遭到破坏，甚至危及人员及厂房安全。 机械平衡的目的: 消除或尽量减小惯性力的不良影响，提高机械的工作性能、延长机械的使用寿命并改善现场的工作环境。 12.2.1 机械平衡的分类 1. 转子的平衡 刚性转子的平衡 工作转速与一阶临界转速之比小于 0.7，弹性变形可忽略； 利用力系平衡理论解决。 挠性转子的平衡 工作转速与一阶临界转速之比大于 0.7 ，挠曲变形不可忽略；挠性转子的平衡问题比较复杂，必须考虑变形（动挠度）对平衡的影响。 2. 机构的平衡 若机构中含有作往复运动或一般平面运动的构件，其产生的惯性力、惯性力矩无法在构件内部平衡，必须对整个机构进行研究。 由于各运动构件产生的惯性力、惯性力矩可合成为一个作用于机架上的总惯性力及一个总惯性力矩，故可设法使总惯性力与总惯性力矩在机架上得以完全或部分的平衡。 ---------机构在机架上的平衡 若不平衡，则需要在结构上采取措施消除不平衡惯性力的影响。 转子的平衡设计: 在转子的设计阶段，尤其是在对高速转子及精密转子进行结构设计时，必须对其进行平衡计算，以检查其惯性力和惯性力矩是否平衡。 根据转子结构定出偏心质量的大小和方位； 计算出为平衡偏心质量需添加的平衡质量的大小及方位； 在转子设计图上加上该平衡质量，以便使设计出来的转子在理论上达到平衡。 径宽比D/b≥5的转子（砂轮、飞轮、齿轮）：可近似地认为其不平衡质量分布在同一回转平面内。 静平衡设计： 要求平衡时，Fb, F1, F2, F3所形成的合力F应为零： F=F1+F2+F3+Fb=0 也可根据理论力学的解析法求得。 由矢量方程图解法可求得: 转子的动平衡设计： 根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置。 计算出为使转子得到动平衡所需增加的平衡质量的数目、大小及方位； 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理论上达到动平衡。 动不平衡问题： 在转子运动的情况下才能显示出来的不平衡现象。 当转子以等角速度 w转动时，平面1内的偏心质量m1所产生的离心惯性力： F1 = m1w2。 在转子的两端选定两个垂直转子轴线的平面 T 、 T 。 设 T与 T相距 l，平面1到平面 T 、 T 的距离分别为 、 F1可用分解到平面 T