机械原理课件第13章机械的平衡

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1、第13章机械的平衡13－1机械平衡目的及内容13－2刚性转子的平衡设计13－3刚性转子的平衡试验13－4转子的许用不平衡量13－5平面机构的平衡设计作者：潘存云教授回转件（或转子）——绕定轴作回转运动的构件。F=mrω2当质心离回转轴的距离为r时，离心力为F=ma=Geω2/g举例：已知图示转子的重量为G=10N，重心与回转轴线的距离为1mm，转速为n=3000rpm,求离心力F的大小。=10×10-3[2π×3000/60]2/9.8=100N如果转速增加一倍:n=6000rpmF=400N由此可知：不平衡所产生的惯性力对机械运转有很大的影响。大小方向变化N21N21N21GGFFθe1

2、3－1机械平衡目的及内容一、平衡的目的ωω①增加运动副的摩擦，降低机械的使用寿命。②产生有害的振动，使机械的工作性能恶化。③降低机械效率。附加动压力会产生一系列不良后果：离心力F力的大小方向始终都在变化，将对运动副产生动压力。有些机械则是巧妙地利用不平衡完成作业过程：潘存云教授研制打夯机潘存云教授研制振动打桩机潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制振实机潘存云教授研制按摩椅平衡目的：研究惯性力分布及其变化规律，并采取相应的措施对惯性力进行平衡，从而减小或消除所产生的附加动压力、减轻振动、改善机械的工作性能和提高使用寿命。静止作者：潘存云教授运动ω作者：潘存云教授二、平衡的内容1.回转件

3、的平衡a)刚性转子的平衡工作转速n<(0.6~0.75)ne1转子一阶自振频率。可忽略运动时的轴线变形。平衡时可采用理论力学力系平衡的原理。当转子工作转速n≥(0.6~0.75)ne1，且重量和跨度较大，运转时会产生较大的变形，使离心惯性力大大增加。此类问题复杂，有专门的学科论述。b)挠性转子的平衡根据构件运动特点形式的不同，平衡问题可归纳为如下两个方面：2.机构的平衡对平面连杆机构，由于作往复运动和平面运动的构件总是存在加速度，就单个构件而言，是无法平衡的。但可以将整个机构一并考虑，采取措施对总的惯性力或惯性力矩进行平衡。本章重点介绍刚性转子的平衡问题。结构不对称材料缺陷制造误差质量分布

4、不均匀中心惯性主轴与回转轴线不重合离心惯性力系的不平衡静平衡分类动平衡所谓刚性转子的不平衡，是指由于作者：潘存云教授ωω潘存云教授研制ω特点：稳态位置重心铅锤朝下，重力矩为零。━━静平衡。单车轮一、质量分布在同一回转面内(静平衡)平衡原理：在重心另一侧加上一定的质量，或在重心同侧去掉一些质量，使质心位置落在回转轴线上，使离心惯性力达到平衡。适用范围：轴向尺寸较小的盘形转子（B/D<0.2），如风扇叶轮、飞轮、砂轮等回转件，12－2刚性转子的平衡设计BDG如果该力系不平衡，那么合力:增加一个重物Gb后，可使新的力系之合力：潘存云教授研制m1m2m3F3F1F2ω偏心设各偏心质量分别为mi，偏

5、心距为ri,转子以ω等速回转，Fi=miω2rir2r1r3∑Fi≠0平衡计算方法：同一平面内各重物所产生的离心惯性力构成一个平面汇交力系:FiF=Fb＋∑Fi=0产生的离心惯性力为：∑Fi=∑miω2ri∑FiFb视频潘存云教授研制m1m2m3F3F1F2ωr2r1r3∑Fi称miri为质径积平衡配重所产生的离心惯性力为：总离心惯性力的合力为：Fb=mbω2rb大小：？√√√方向：？√√√可用图解法求解此矢量方程(选定比例μw)。约掉公因式m3r3mbrbm2r2m1r1F=Fb+∑Fi=0mω2e=mbω2rb+m1ω2r1+m2ω2r2+m3ω2r3=0me=mbrb+m1r1+m

6、2r2+m3r3=0Fbrb作者：潘存云教授me=mbrb+m1r1+m2r2+m3r3=0很显然，回转件平衡后：e=0回转件质量对轴线产生的静力矩：mge=0静平衡或单面平衡该回转件在任意位置将保持静止：从理论上讲，对于偏心质量分布在多个运动平面内的转子，对每一个运动按静平衡的方法来处理（加减质量），也是可以达到平衡的。问题是由于实际结构不允许在偏心质量所在平面内安装平衡配重，也不允许去掉不平衡重量(如凸轮轴、曲轴、电机转子等)。解决问题的唯一办法就是将平衡配重分配到另外两个平面I、II内。IIIm1m2m平衡面内不允许安装平衡配重时，可分解到任意两个平衡面内进行平衡。潘存云教授研制作者

7、：潘存云教授m1m2mLl1FbFbIFbII理论力学：一个力可以分解成两个与其平行的两个分力。两者等效的条件是：IIImb若取：rbI=rbII=rb，则有消去公因子ω2，得rbrbIrbII得强调重要结论约去作者：潘存云教授m1m2m重要结论：某一回转平面内的不平衡质量m，可以在两个任选的回转平面内进行平衡。二、质量分布不在同一回转面内（动平衡）mbIII潘存云教授研制作者：潘存云教授ωLF1F2图示凸轮轴在任意静止