机械设计基础-机械的调速和平衡

机械设计基础——机械的调速和平衡一、机械平衡的目的及内容二、刚性转子的平衡计算三、刚性转子的平衡实验第4章机械的平衡一、机械平衡的目的及内容1惯性力及其影响2机械平衡的目的3机械平衡的分类4机械平衡的方法机械设计基础——机械的调速和平衡1惯性力及其影响运动的构件按运动形态可分为三类：定轴转动、往复直线运动、复杂平面运动除：1）等速直线运动的构件

2）质量分布对其转动轴线完全对称的等速转动构件其它构件在运动过程中都将产生惯性力或惯性力偶矩举例说明不平衡后果：电风扇、砂轮磨削、轴的塑性变形产生附加动压力摩擦、磨损、效率、振动噪音...影响机械的工作精度、可靠性、寿命...造成破坏性事故机械设计基础——机械的调速和平衡例：设偏心质量m=10kg，偏心距e=1mm，

=314rad/s则：惯性力：F=me

2=10

1x10-3

3142=986N重量：

G=mg=10

9.8=98N可见：F>>G,

F

惯性力的方向随构件的转动而作周期性变化eFw机械设计基础——机械的调速和平衡2机械平衡的目的消除或减少惯性力机械设计基础——机械的调速和平衡3机械平衡的分类刚性转子的静平衡对长径比＜1/5的构件，作单面平衡刚性转子的动平衡对长径比＞1/5的构件，作双面平衡挠性转子的平衡刚性转子的平衡：n<(0.6~0.75)nc

例:机床的主轴、齿轮、飞轮...挠性转子的平衡：n>(0.6~0.75)nc、弹性变形不可忽略机构的平衡(机构在机架上的平衡)

往复直线运动的构件和复杂平面运动的构件m3m1m2FI1FI2FI3mFI机械设计基础——机械的调速和平衡4机械平衡的方法(1)平衡设计设计阶段从结构上采取措施，进行平衡设计(2)平衡试验通过试验的方法加以平衡机械设计基础——机械的调速和平衡二、刚性转子的平衡计算1刚性转子的不平衡类型2刚性转子的静平衡计算3偏心质量的等效平衡4刚性转子的动平衡计算机械设计基础——机械的调速和平衡G1刚性转子的不平衡类型1静不平衡(b/D1/5)静平衡平面汇交力系单面平衡2动不平衡(b/D>1/5)动平衡空间力系双面平衡GF1F2m1m2SF1F2机械设计基础——机械的调速和平衡2刚性转子的静平衡计算条件：b/D1/5,所有惯性力可认为在同一个平面上惯性力为平面汇交力系：

m1m2m3m4F2F3F1FF4r1r2r3r4mbrbW1W2WbW4W3ab其合力平衡方法：在合力P的反向加mb,使平衡：去重或配重则Fb机械设计基础——机械的调速和平衡质径积表达方式平衡方程：F2F3F1FF4m1r1m2r2m3r3m4r4mbrbFb

W1WbW4W3abW2质径积矢量方程解法：1.图解法：定比例尺

，作质径积矢量图，量平衡质径积的大小2.解析法：若各不平衡质量方向以角度给出质径积矢量方程：质径积矢量方程：机械设计基础——机械的调速和平衡静平衡结论产生静不平衡的原因是合惯性力不为零

静平衡的条件：分布于转子上的各个偏心质量的离心惯性力的合力为零，或质径积的向量和为零

对于静不平衡的刚性转子，无论它有多少个偏心质量，只要适当增加（或减小）一个平衡质量，就能使其获得平衡。即对静不平衡的转子，需加平衡质量的最少数目为1F2F3F1FF4m1r1m2r2m3r3m4r4mbrbFb

W1WbW4W3abW2机械设计基础——机械的调速和平衡3偏心质量的等效平衡力学基础：力的平行分解即以P1、P2等效代替P应满足：力等效、力矩等效ＰP1Ｐ2l1l2机械设计基础——机械的调速和平衡偏心质量的等效平衡平衡条件：对任意一个偏心质量，可在另外两个回转平面内分别安装平衡质量，即可使转子达到平衡。m,rFmb,

rbFb将质量m(向径r)的偏心质量用另外两个平面的质量m1(r1),m2(r2)等效代替m2,r2m1,r1F2F1mb1,rb1mb2,rb2Fb1Fb2分别在两个平面内加上平衡质量使之静平衡机械设计基础——机械的调速和平衡4刚性转子的动平衡计算条件：b/D>1/5，不能认为质量分布在同一平面实例：电动机的转子、汽轮机的转子、多缸内燃机曲轴…m3m1m2FFcm

m不能认为质量分布在同一平面静平衡而动不平衡机械设计基础——机械的调速和平衡动平衡设计动平衡条件将所有质量向另外两个平面投影(等效替换),最后在两个平面内加上平衡质量使之静平衡m1m2F1F2m1’,r1’F1’F1’’m1’’,r1’’m2’,r2’F2’m2’’,r2’’F2’’平面1平面2机械设计基础——机械的调速和平衡F2F3F1123m2m1m3r2r1r3IIIF2IF3IF2IIF3IIF1IF1IIrImb

IPIrIImb

IIFIILl1l2l3WIW1IW2IW3IW2IIW3IIW1IIWIImbIrI=WI

mbIIrII=WII

平衡平面动平衡设计图示机械设计基础——机械的调速和平衡动平衡结论产生动不平衡的原因是合惯性力、合惯性力偶矩均不为零（特殊情况下，合惯性力为零，而合惯性力偶矩不为零）

动平衡的条件：转子上各个质量所产生的空间惯性力系的合力及合力偶均为零对于动不平衡的刚性转子，只要分别在选定的两个平面内各加适当的平衡质量，就能达到完全平衡。即要使转子达到动平衡，所需加的平衡质量的最少数量为2。故动平衡又称双面平衡由于动平衡同时满足静平衡的条件，故经过动平衡的转子一定静平衡；反之，经过静平衡的转子不一定是动平衡的机械设计基础——机械的调速和平衡三、刚性转子的平衡实验一、静平衡实验

常用静平衡架来平衡回转构件二、动平衡实验

对平衡要求较高的高速回转构件，需在动平衡机上作动平衡实验机械设计基础——机械的调速和平衡随遇平衡1静平衡实验刀口式静平衡架

动画演示机械设计基础——机械的调速和平衡静平衡实验（续）滚轮式静平衡架Qc动画演示机械设计基础——机械的调速和平衡2动平衡实验1.电机2.带传动3.万向联轴节4.