江苏大学：《机械原理及设计》课程PPT教学课件（上）第十二章 机械的平衡

机械工程学院机械设计系 第12章 机械平衡

机械工程学院机械设计系 第12章 机械平衡

机械工程学院机械设计系  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

机械工程学院机械设计系  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

机械工程学院机械设计系 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

机械工程学院机械设计系 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

机械工程学院机械设计系 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

机械工程学院机械设计系 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

机械工程学院机械设计系 12.2 刚性转子的平衡 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

机械工程学院机械设计系 12.2 刚性转子的平衡 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

机械工程学院机械设计系 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。 1) 根据转子结构定出偏心质量的大小和方位； 2) 计算出为平衡偏心质量需添加的平衡质量的大小 及方位； 3) 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：

机械工程学院机械设计系 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。 1) 根据转子结构定出偏心质量的大小和方位； 2) 计算出为平衡偏心质量需添加的平衡质量的大小 及方位； 3) 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：

机械工程学院机械设计系 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

机械工程学院机械设计系 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

机械工程学院机械设计系 增加一个平衡质量mb，其向径为r b 所产生的离心惯性力为Fb。 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 0 2 3 2 2 3 2 1 2 2 1 2 mw e = m w r + m w r + m w r + mb w rb =

机械工程学院机械设计系 增加一个平衡质量mb，其向径为r b 所产生的离心惯性力为Fb。 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 0 2 3 2 2 3 2 1 2 2 1 2 mw e = m w r + m w r + m w r + mb w rb =

机械工程学院机械设计系 • 也可根据理论力学的解析法求得。 1 2 3 1 2 3 b 0 m m m m mb → → → → → e r r r r = + + + = • 由矢量方程图解法可求得:

机械工程学院机械设计系 • 也可根据理论力学的解析法求得。 1 2 3 1 2 3 b 0 m m m m mb → → → → → e r r r r = + + + = • 由矢量方程图解法可求得:

机械工程学院机械设计系 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。 转子的动平衡设计： 1) 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。 2) 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； 3) 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

机械工程学院机械设计系 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。 转子的动平衡设计： 1) 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。 2) 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； 3) 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