机械原理 第10章 机械的平衡

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1、●10.1机械平衡的目的与分类10.1.1机械平衡的目的10.1.2机械平衡的分类●10.2刚性回转件的平衡10.2.1刚性回转件的静平衡及其计算10.2.2刚性回转件的动平衡及其计算●10.3刚性回转件的平衡试验法10.3.1静平衡试验法10.3.2动平衡试验法10.3.3回转件的许用不平衡量及平衡精度的概念●10.4挠性回转件平衡概述10.4.1挠性回转件平衡的特点10.4.2挠性回转件的平衡原理●10.5机架上的平衡10.5.1完全平衡法10.5.2近似平衡法10.5.3对称布置法●思考与习题第10章机械

2、的平衡内容提要：本章主要介绍机械平衡的基本概念；刚性转子的静平衡、动平衡的设计与实验，平衡精度及剩余不平衡量的计算；平面机构平衡的基本概念，质量代换方法，机构惯性力的完全平衡方法及部分平衡方法。重点介绍刚性转子的动平衡计算，并简要介绍挠性转子平衡的基本知识和方法。第10章机械的平衡●10.1机械平衡的目的与分类●10.1.1机械平衡的目的机械在运转时，构件所产生的不平衡惯性力将在运动副中引起附加的动压力。这不仅会增大运动副中的摩擦和构件中的内应力，降低机械效率和使用寿命，而且由于这些惯性力的大小和方向一般都是周

3、期性变化的，所以必将引起机械及其基础产生强迫振动。这种周期性的振动将降低机器工作的精度和可靠性、加剧零件的磨损和疲劳以及产生危害人体健康的噪声。如该振动频率接近振动系统的固有频率时，有可能引起共振而使机器损坏，甚至影响周围建筑和人员的安全。随着近代高速、重载和精密机械的发展，上述问题就显得更加突出。由此可知，机械的平衡是现代机械的一个重要问题，尤其在高速机械及精密机械中，更具有特别重要的意义。因此，设法将构件的不平衡惯性力加以平衡以消除或减小惯性力的不良影响，提高机械的工作性能，就是研究机械平衡的目的。由于在机

4、械中各构件的运动形式不同，对其产生的惯性力的平衡方法也不同。根据机械中的构件运动形式及对惯性力的平衡方法，机械的平衡问题可以分为下列两大类。1.回转件(转子)的平衡在平衡技术中，常把作定轴转动的构件称为转子。绕固定轴回转构件的惯性力平衡，简称回转件(转子)的平衡。这类问题主要发生在回转机构中，如构成电动机、发电机和离心机的双杆回转机构。因这类机构只有一个作回转运动的活动构件，运动副中动压力的产生主要是由于回转件上质量分布不均匀所致，故可用重新调整其质量大小和分布的方法使回转件上所有质量的惯性力形成一个平衡力系，

5、从而消除运动副中的动压力及机架的振动。在实际生产中，此类问题又有两种不同的情况。在构件转速较低、变形不大时，回转件完全可以看作刚性物体，称为刚性回转件，这类问题用刚体力学的方法处理可得到理想结果，称为刚性回转件的平衡。当构件转速接近回转系统的第一阶临界转速时，回转件将产生明显变形，且随着转速的上升而变化，故称为挠性回转件。由于增加了因变形而产生的不平衡，使问题出现了新的因素，故将这类问题称为挠性回转件的平衡。●10.1.2机械平衡的分类2.渐开线的性质机构各构件的惯性力和惯性力偶矩在机架上的平衡，简称机架上的平

6、衡。在一般机构中，存在着作往复运动和平面复合运动的构件，不论其质量如何分布，构件的质心总是随着机械的运转各沿一条封闭曲线而循环变化的，因此不可能在各个构件的内部消除运动副中的动压力。但就整个机构而言，其所有运动构件的惯性力和惯性力偶矩可以合成为一个通过运动构件总质心的总惯性力和一个总惯性力偶矩，它们全部作用于机架。为了消除或降低机架的振动，可针对作用于机架的总惯性力和总惯性力偶矩加以平衡。其中总惯性力一般可以通过重新调整各运动构件的质量等方法在机架上予以平衡；而总惯性力偶矩还必须与机构的驱动力矩与生产阻力矩一起

7、加以考虑。故在本课程中，主要研究总惯性力在机架上的平衡。●10.2刚性回转件的平衡对于结构不对称、其质心偏离回转轴线的回转构件，在设计时必须计算出应加的平衡质量(即配重)的大小和方位。然后将平衡质量按确定的方位配置在该回转构件上，使其达到平衡。根据构件的尺寸和不平衡质量的分布情况，可分为两种不同情况进行研究。1.静平衡的概念对于轴向尺寸较小的盘状转子(轴向宽度与其直径之比)，如齿轮、盘形凸轮、带轮、链轮及叶轮等，它们的质量可以视为分布在同一平面内。在此情况下，若其质心不在回转轴线上，则当其转动时，其偏心质量就会

8、产生惯性力，从而在转动副中引起附加动压力。要消除此种惯性力，使转子的惯性力得以平衡，就可利用在刚性转子上加减配重的方法使质心与轴线相重合，这种平衡质量，使其质心回到回转轴线上，从而使惯性力得以平衡(即惯性力之和为零)的措施称为转子的静平衡。●10.2.1刚性回转件的静平衡及其计算2.静平衡的计算结构上对其回转轴线不对称的盘状转子，设计时，应先根据结构定出其偏心质量的大小及位置，然后再计