天津大学：《机械原理与机械设计》课程电子教案（PPT课件）第十二章 机械的平衡

第十二章机械的平衡

第十二章 机械的平衡

§1机械平衡的目的、分类及方法 §2刚性转子的平衡设计 录 §3刚性转子的平衡试验 §4平面机构的平衡

目 录 §1 机械平衡的目的、分类及方法 §2 刚性转子的平衡设计 §3 刚性转子的平衡试验 §4 平面机构的平衡

§Ⅰ机械平衡的目的、分类与方法 机械平衡的目的 口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。 口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,零件疲芳损伤加剧,并产生噪声污染。 口引起共振,使机械遭到破坏,甚至危及人员及厂房安全。 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

§1 机械平衡的目的、分类与方法 一、机械平衡的目的  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。 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

机械平衡的目的 分类及方法 二、机械平衡的分类 1.转子的平衡 口刚性转子的平衡 工作转速与一阶临界转速之比小于0.7,弹性变形可忽略; 利用力糸平衡理论解决。 口挠性转子的平衡 工作转速与一阶临界转速之比大于0.7,弹性变形不可忽 略,且变形的大小、形态与工作转速有关; 平衡原理与方法可参考专题文献

二、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 ，弹性变形不可忽 略，且变形的大小、形态与工作转速有关； 平衡原理与方法可参考专题文献。 机械平衡的目的、 分类及方法

机械平衡的目的 分类及方法 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恿惯性力矩,故可设法使恿惯 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

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 机械平衡的目的、 分类及方法

机械平衡的目的 分类及方法 机械平衡的方法 口平衡设计 设计阶段釆取措施,以消除或堿少可能导致有害振动的 不平衡惯性力与惯性力矩。 口平衡试验 经平衡设计的机械,因制造、装配误差及材质不均勺等 非设计因素的影响,生产出来后往往达不到原始设计要求, 必须用试验的方法予以平衡

机械平衡的目的、 分类及方法 三、机械平衡的方法  平衡设计 设计阶段采取措施，以消除或减少可能导致有害振动的 不平衡惯性力与惯性力矩。  平衡试验 经平衡设计的机械，因制造、装配误差及材质不均匀等 非设计因素的影响，生产出来后往往达不到原始设计要求， 必须用试验的方法予以平衡

§2刚性转子的平衡设计 静不平衡与动不平衡 径宽比-转子的径向尺寸D与轴向尺寸b之比。 对于径宽比D/b>5的刚性转子,因其轴向尺寸较小,可 近似地认为其质量分布于同一回转平面内。 对于径宽比D/b<5的刚性转子,因其軸向尺寸较大,其 质量应视为分布于若干个不同的回转平面内

一、静不平衡与动不平衡 §2 刚性转子的平衡设计 对于径宽比 的刚性转子，因其轴向尺寸较大，其 质量应视为分布于若干个不同的回转平面内。 D/b  5 对于径宽比 的刚性转子，因其轴向尺寸较小，可 近似地认为其质量分布于同一回转平面内。 D/b  5 径宽比－转子的径向尺寸D与轴向尺寸b之比

刚性转子的 平衡设计 静不平衡 若转子的质心不在其回转轴线上,转子转动肘偏心质量 便将产生离心惯性力,使运动副中引起附加的动压力。这 种不平衡现象在转子静态肘即可表现出来。 动不平衡 对于径宽比D/b<5的刚性转子,即使其质心位于回转轴 线上,但因各偏心质量产生的离心惯性力不在同一回转平 面内,所形成的惯性力矩仍将使转子处于不平衡状态。这 种不平衡现象只有在转子运动射方能呈示出来

刚性转子的 平衡设计 若转子的质心不在其回转轴线上，转子转动时偏心质量 便将产生离心惯性力，使运动副中引起附加的动压力。这 种不平衡现象在转子静态时即可表现出来。 静不平衡 动不平衡 对于径宽比 的刚性转子，即使其质心位于回转轴 线上，但因各偏心质量产生的离心惯性力不在同一回转平 面内，所形成的惯性力矩仍将使转子处于不平衡状态。这 种不平衡现象只有在转子运动时方能显示出来。 D/b  5

刚性转子的 平衡设计 静平衡设计 对于徠宽比D/b≥5的刚性转子,设计时应先根据转子 的结构确定各偏心质量的大小和方位,再计算为平衙偏心 量所需增加的子衡质量的大小和方佼,使所谩的转子 6/理冷上静于衡 m3 3 Fb+F1+F2+F3=0

刚性转子的 平衡设计 二、静平衡设计 对于径宽比 的刚性转子，设计时应先根据转子 的结构确定各偏心质量的大小和方位，再计算为平衡偏心 质量所需增加的平衡质量的大小和方位，使所设计的转子 理论上达到静平衡。 D/b  5 F = Fb + F1 + F2 + F3 = 0

刚性转子的 平衡设计 总质心 总质量 矢径 mae=mb@b+m,Or+m2@r2+m3O'r=0 m!=m+m+m2E2+m2r3=0 e=0 总质心与其回转中心重合一静平衡 在设计阶段,若已知各偏心质量的大小及其方位,则 b+∑mr=0 质径积,表征同一转速下各离心惯性力的相对大小与方位

刚性转子的 平衡设计 3 0 2 2 3 2 1 2 2 b 1 2 b 2 m e = m  r + m  r + m  r + m  r = me = mb rb + m1 r1 + m2 r2 + m3 r3 = 0 质径积，表征同一转速下各离心惯性力的相对大小与方位 在设计阶段，若已知各偏心质量的大小及其方位，则 0 1 b b +  = = n i m mi i r r 总质量 总质心 矢径 e = 0 总质心与其回转中心重合－静平衡