机械原理 英汉双语 教学课件 作者 张春林 第13章 机械的平衡.pptx

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1、第13章机械的平衡1.研究机械平衡的目的13.1　机械平衡概述研究机械平衡的目的就是根据惯性力的变化规律，进行平衡设计和平衡实验，消除或减少构件所产生的惯性力，减轻机械振动，降低噪声，提高机械系统的工作性能和使用寿命。(1)刚性转子的平衡　工作转速低于一阶临界转速，转子本身弹性变形可以忽略不计时，称其为刚性转子。Fig.13-1　Centrifugalforcesoftherotor(转子的惯性力)2.机械平衡的种类(2)挠性转子的平衡　有些长圆柱形的转子在高速运转过程中，转子本身会发生明显的弯曲变形，产生动挠度，从而使其惯性力显著增大，称这类发生弹性变形的转

2、子为挠性转子。(3)机构的平衡　当机构中含有往复移动的构件和平面运动的构件时，因构件质心位置随机构运动发生变化，故质心处的加速度与惯性力也随构件的运动而变化，所以不能针对某一构件进行平衡，只能对整个机构进行研究，通过合理设计，设法使各运动构件惯性力的合力和合力偶作用在机架上，故此类平衡问题又称为机械在机座上的平衡。1.刚性转子的静平衡设计13.2　刚性转子的平衡设计宽径比b/d≤0.2的圆盘状转子需要进行静平衡设计。设计原理是转子上各不平衡质量所产生的离心惯性力与所加配重（或所减配重）产生的离心惯性力的合力为零，利用力平衡方程解出应加或应减配重的大小与方位。F

3、ig.13-2　Staticbalanceofrigidrotor(刚性转子的静平衡)2.刚性转子的动平衡设计对于宽径比b/d＞0.2的圆柱状转子，不能忽略转子的宽度，转子上不平衡质量不能视为集中在一个平面内，而是分布在多个平面内，所产生的离心惯性力不在同一回转平面，因而形成轴面惯性力偶，且该力偶的作用方位随转子的回转而变化。对这类转子进行动平衡设计时，要求转子各偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩同时得以平衡。Fig.13-3　Dynamicbalanceofrigidrotors(转子的动平衡)1.刚性转子的静平衡实验13.3　刚性转子的平衡实验对于宽径比b/

4、d≤0.2的刚性转子，可进行静平衡实验。静平衡实验设备比较简单，一般采用带有两根平行导轨的静平衡架。为减少轴颈与导轨之间的摩擦，导轨端口形状常作成刀口状和圆弧状。图13-4为静平衡实验示意图，1为待平衡转子，2为刀口状平衡架。Fig.13-4　Staticbalancetest(静平衡实验)2.刚性转子的动平衡实验Fig.13-5　Dynamicbalancemachineinindustry(工业动平衡机)1—Base(底座)　2—Powerbox(动力箱)　3—Computersystem(计算机系统)4—Spindle(主轴)　5—Rotor(转子)　6

5、—Carriage(支承架)对于宽径比b/d＞0.2的刚性转子，需进行动平衡实验。刚性转子的动平衡实验要在动平衡机上进行。转子不平衡而产生的离心惯性力和惯性力偶矩，将使转子的支承产生强迫振动，转子支承处振动的强弱反映了转子的不平衡情况。各类动平衡机的工作原理都是通过测量转子支承处的振动强度和相位来测定转子不平衡量的大小与方位的。通过测量两个支承处的振动就可以知道两平面的平衡结果。图13-5为工业动平衡机。3.刚性转子的平衡精度进行静平衡实验时，由于转子的不平衡质量与配重均在同一个平面内，故转子质心与回转中心之间的最大距离应控制在许用偏心距之内，其许用质径积为m。

6、进行动平衡实验时，先求出质心所在平面的许用偏心距［e］，再求许用质径积m［e］，然后再求出两个平衡基面内的许用质径积。以图13-6所示转子为例，设转子质量为m，质心位于点c，平衡基面Ⅰ、Ⅱ上的许用质径积分别为Fig.13-6　Distributionoftheallowedmass-radiusproduct(许用质径积的分配)1.平面机构的平衡条件13.4　平面机构的平衡简介机构平衡的条件是作用在机构质心的总惯性力和总惯性力偶矩分别为零，即式中，∑mi为机构中各构件的质量和；aS为机构总质心处的加速度；∑Mi为机构中各构件的惯性力矩之和。2.平面机构平衡方法

7、Fig.13-7　Balanceoflinkages(机构的平衡)对平面机构进行平衡时，可利用在运动构件上加减配重的方法，使机构总质心位于机架上并静止不动。图13-7a所示的曲柄滑块机构中，在连杆BC延长线上安装配重m22,使连杆与滑块的质心位于曲柄和连杆的铰链点B处，在曲柄的延长线上安装配重m11,使曲柄1的质心位于点A，这样机构总质心位于固定点，对应总质心处的加速度为零。图13-7b所示曲柄滑块机构中，仅在曲柄相反方向加装一个配重，可平衡部分惯性力，但减小了机构尺寸与重量。