機(jī)械原理-機(jī)械的平衡

第六章機(jī)械(jīxiè)的平衡一、機(jī)械平衡(pínghéng)的目的及內(nèi)容二、剛性轉(zhuǎn)子的平衡計(jì)算三、剛性轉(zhuǎn)子的平衡實(shí)驗(yàn)五、平面機(jī)構(gòu)的平衡四、轉(zhuǎn)子的許用不平衡量1精品資料本章重點(diǎn)：剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的原理與方法；靜平衡只能(zhīnénɡ)平衡慣性力，動(dòng)平衡使慣性力和慣性力矩均為零。滿足靜平衡要求的轉(zhuǎn)子，不一定滿足動(dòng)平衡要求，而滿足動(dòng)平衡要求的轉(zhuǎn)子，一定滿足靜平衡要求本章難點(diǎn)：一個(gè)轉(zhuǎn)子，不論其形狀如何復(fù)雜，理論上只需要在任意選定的兩個(gè)(liǎnɡɡè)平面內(nèi)分別增加（或減少）一個(gè)平衡質(zhì)量，就能使該轉(zhuǎn)子完全平衡。2精品資料這部分有何作用(zuòyòng)3精品資料§6-1機(jī)械(jīxiè)平衡(mechanicalbalance)的目的及內(nèi)容一、機(jī)械平衡(pínghéng)的目的機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，構(gòu)件所產(chǎn)生的不平衡慣性力將在運(yùn)動(dòng)副中引起附加的動(dòng)壓力。例磨削工作的砂輪ABSSm=12.5kge=1mmn=6000r/minFⅠFⅠ在轉(zhuǎn)動(dòng)副中引起的附加反力是砂輪自重的40倍。FⅠ=meω2=5000N其方向作周期性變化4精品資料二、機(jī)械(jīxiè)平衡的內(nèi)容1.轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)(rotor)的平衡轉(zhuǎn)子：繞固定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件。轉(zhuǎn)子的不平衡慣性力可通過增加或除去一部分質(zhì)量的方法加以平衡。

實(shí)質(zhì)--調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子質(zhì)心的位置至回轉(zhuǎn)中心。機(jī)械平衡的目的就是消除或減輕軸承所受的附加動(dòng)壓力。也有機(jī)械利用不平衡慣性力工作—打夯機(jī)、振動(dòng)臺(tái)等5精品資料汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)水輪機(jī)轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)電機(jī)轉(zhuǎn)子6精品資料（1）剛性轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)(rigidrotor)的平衡剛性轉(zhuǎn)子：工作轉(zhuǎn)速一般低于(0.6～0.75)倍nc1的轉(zhuǎn)子。

nc1為轉(zhuǎn)子的第一階臨界轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速:與轉(zhuǎn)子及其支承系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速靜平衡(pínghéng)：只要求其慣性力平衡(pínghéng)。

動(dòng)平衡(pínghéng)：同時(shí)要求其慣性力和慣性力矩的平衡(pínghéng)。撓性轉(zhuǎn)子：工作轉(zhuǎn)速大于(0.6～0.75)倍nc1的轉(zhuǎn)子。其平衡原理是基于彈性梁的橫向振動(dòng)理論。（2）撓性轉(zhuǎn)子(flexiblerotor)的平衡2.機(jī)構(gòu)的平衡對(duì)含作往復(fù)運(yùn)動(dòng)和作平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件,無(wú)法使其質(zhì)心加速度為0，只能作整機(jī)研究。7精品資料§6-2剛性轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)的平衡計(jì)算一、剛性(ɡānɡxìnɡ)轉(zhuǎn)子的靜平衡(staticbalance)bABD回轉(zhuǎn)平面mmrωFⅠG相對(duì)較薄()，可近似認(rèn)為質(zhì)量分布在同一平面內(nèi),各質(zhì)點(diǎn)慣性力共面。*特點(diǎn)若不平衡,則質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)軸線上,在靜止?fàn)顟B(tài)下可完全表現(xiàn)出來(lái)。（1）靜不平衡轉(zhuǎn)子：8精品資料平衡后轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)的各偏心質(zhì)量（包括平衡質(zhì)量）的慣性力的合力為零。對(duì)于靜不平衡轉(zhuǎn)子，利用在其上增加或除去一部分質(zhì)量(zhìliàng)，使其質(zhì)心與回轉(zhuǎn)軸心重合，即可使轉(zhuǎn)子的慣性力得以平衡的方法。（2）靜平衡及其條件ΣF＝0即（3）靜平衡計(jì)算靜平衡計(jì)算主要是針對(duì)由于結(jié)構(gòu)所引起的靜不平衡的轉(zhuǎn)子而進(jìn)行平衡的計(jì)算。根據(jù)其結(jié)構(gòu)，計(jì)算確定需增加或除去的平衡質(zhì)量，使其在設(shè)計(jì)時(shí)獲得靜平衡。盤形凸輪的靜平衡計(jì)算靜平衡靜平衡的條件9精品資料10精品資料ω解：例：如圖，盤狀轉(zhuǎn)子偏心質(zhì)量m1、m2，回轉(zhuǎn)半徑r1、r2，如何(rúhé)實(shí)現(xiàn)靜平衡？可用作圖法和解析(jiěxī)法求解質(zhì)徑積11精品資料選定(xuǎndìnɡ)rbmb確定，其相位角除了增加平衡質(zhì)量mb之外，也可以從轉(zhuǎn)盤上除去(chúqù)一部分質(zhì)量，但要滿足兩個(gè)條件。1.mb在mb相反的方向‘2靜不平衡轉(zhuǎn)子,無(wú)論偏心質(zhì)量有多少,只需進(jìn)行單面平衡。12精品資料二、剛性(ɡānɡxìnɡ)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡(dynamicbalance)--其不平衡在靜止時(shí)不能完全表現(xiàn)出來(lái)。幾何特點(diǎn):,不能認(rèn)為質(zhì)量分布在同一平面內(nèi)，而是分布在不同的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。（1）動(dòng)不平衡(pínghéng)轉(zhuǎn)子即使轉(zhuǎn)子的質(zhì)心在回轉(zhuǎn)軸線上，但各偏心質(zhì)量所形成的慣性力偶仍不平衡，而且其作用方位是隨轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)而變化的。這種不平衡只有在轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)才能顯現(xiàn)出來(lái)的分類：1）靜平衡而動(dòng)不平衡；2）靜不平衡且動(dòng)不平衡13精品資料二、剛性(ɡānɡxìnɡ)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡(dynamicbalance)特點(diǎn):ⅰ)總質(zhì)心在軸線上,慣性力的合力(hélì)為0---靜平衡;ⅱ)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生P1,P2,形成慣性力偶矩,運(yùn)動(dòng)副受到附加動(dòng)壓力---動(dòng)不平衡.1）靜平衡而動(dòng)不平衡特點(diǎn):ⅰ)總質(zhì)心不在軸線上,慣性力的合力不為0---靜不平衡;ⅱ)將慣性力向質(zhì)心簡(jiǎn)化,除合力外還有慣性力偶矩--動(dòng)不平衡.2）靜不平衡且動(dòng)不平衡14精品資料2.動(dòng)平衡及其條件(tiáojiàn)對(duì)于動(dòng)不平衡轉(zhuǎn)子，通過選定兩個(gè)回轉(zhuǎn)平面Ⅰ及Ⅱ作為平面基面，再分別在這兩個(gè)面上(miànshànɡ)增加或除去適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量，使轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力和慣性力偶矩同時(shí)得以平衡。動(dòng)平衡

這種平衡方法稱為動(dòng)平衡。內(nèi)燃機(jī)曲軸雙凸輪軸15精品資料16精品資料17精品資料

3.剛性轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)動(dòng)平衡的條件使得各偏心質(zhì)量（包括(bāokuò)平衡質(zhì)量）產(chǎn)生的慣性力的矢量和為零，以及這些慣性力所構(gòu)成的力矩矢量和也為零18精品資料19精品資料在平衡基面I和II內(nèi)各施加一個(gè)平衡質(zhì)量，使兩平衡基面內(nèi)的慣性力之和為零，則該轉(zhuǎn)子可滿足動(dòng)平衡要求。由于涉及到兩個(gè)(liǎnɡɡè)平衡基面，故動(dòng)平衡也稱為雙面平衡。*動(dòng)平衡需要(xūyào)考慮的問題：1.轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和安裝空間2.力矩平衡的效果（適當(dāng)增加平衡基面之間的距離）3.盡量減小平衡質(zhì)量（增大rb）20精品資料可以隨便選擇平衡平面

和

的位置嗎？從動(dòng)平衡計(jì)算方法的角度來(lái)看，平衡平面

和

可以任意選定。但在實(shí)際計(jì)算中，應(yīng)考慮到實(shí)際的回轉(zhuǎn)構(gòu)件上允許和適合加平衡質(zhì)量的平面（或允許和適合減去平衡質(zhì)量，如可鉆孔的平面）。問題(wèntí)討論21精品資料理論上的平衡轉(zhuǎn)子，由于制造精度、裝配(zhuāngpèi)、材質(zhì)不均勻等原因，會(huì)產(chǎn)生新的不平衡。只能(zhīnénɡ)借助于實(shí)驗(yàn)平衡。平衡實(shí)驗(yàn)是用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定出轉(zhuǎn)子的不平衡量的大小和方位，利用增加或除去平衡質(zhì)量的方法予以平衡。一．靜平衡實(shí)驗(yàn)§6-3剛性轉(zhuǎn)子的平衡試驗(yàn)1.實(shí)驗(yàn)原理22精品資料3.實(shí)驗(yàn)(shíyàn)方法2.實(shí)驗(yàn)(shíyàn)設(shè)備導(dǎo)軌式靜平衡儀滾輪式靜平衡儀兩端軸頸不等的回轉(zhuǎn)件1）先將轉(zhuǎn)子放在平衡儀上，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)，直至其質(zhì)心處于最低位置時(shí)才能停止。2）此時(shí)在質(zhì)心相反的方向加校正平衡質(zhì)量，再重新轉(zhuǎn)動(dòng)。3）反復(fù)增減平衡質(zhì)量，直至呈隨遇平衡狀態(tài)，即轉(zhuǎn)子達(dá)到了靜平衡。23精品資料4.實(shí)驗(yàn)(shíyàn)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單(jiǎndān)、操作方便。能滿足一定精度要求，但工作效率低。批量轉(zhuǎn)子靜平衡，可采用快速測(cè)定平衡的單面平衡機(jī)。二、動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)一般需在專用的動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行。1.實(shí)驗(yàn)原理通過測(cè)量支承的振動(dòng)參數(shù)來(lái)反映回轉(zhuǎn)構(gòu)件不平衡的情況，并將振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。24精品資料2.實(shí)驗(yàn)(shíyàn)設(shè)備動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、支承系統(tǒng)、測(cè)量指示(zhǐshì)系統(tǒng)等部分組成。25精品資料26精品資料3．現(xiàn)場(chǎng)(xiànchǎng)平衡對(duì)于(duìyú)一些尺寸非常大或轉(zhuǎn)速很高的轉(zhuǎn)子，一般無(wú)法在專用動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行平衡。即使可以平衡，但由于裝運(yùn)、蠕變和工作溫度過高或電磁場(chǎng)的影響等原因，仍會(huì)發(fā)生微小變形而造成不平衡。在這種情況下，一般可進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)平衡。

現(xiàn)場(chǎng)平衡就是通過直接測(cè)量機(jī)器中轉(zhuǎn)子支架的振動(dòng)，來(lái)確定其不平衡量的大小及方位，進(jìn)而確定應(yīng)增加或減去的平衡質(zhì)量的大小及方位，使轉(zhuǎn)子得以平衡。27精品資料轉(zhuǎn)子的質(zhì)心至回轉(zhuǎn)軸線的許用偏心(piānxīn)距以[e]表示，它是與轉(zhuǎn)子質(zhì)量無(wú)關(guān)的絕對(duì)量。常用在衡量轉(zhuǎn)子平衡的優(yōu)劣或衡量平衡的檢測(cè)精度時(shí)，比較方便。轉(zhuǎn)子的許用不平衡質(zhì)徑積以[mr]表示，它是與轉(zhuǎn)子質(zhì)量有關(guān)的一個(gè)相對(duì)量。常用于具體給定的轉(zhuǎn)子，它比較直觀又便于(biànyú)平衡操作?！?-4轉(zhuǎn)子的許用不平衡量經(jīng)過平衡實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)子，不可避免的還會(huì)有一些殘存的不平衡。若要這種殘存的不平衡量愈小，則需平衡實(shí)驗(yàn)裝置愈精密、測(cè)試手段愈先進(jìn)和平衡技術(shù)愈高。因此，根據(jù)工作要求，對(duì)轉(zhuǎn)子規(guī)定適當(dāng)?shù)脑S用不平衡量(allowableamountofunbalance)是很有必要的。1．許用不平衡量放表示方法質(zhì)徑積(mass-radiusproduct)法偏心距(offsetdistance)法兩種表示方法的關(guān)系[e]＝[mr]/m28精品資料2．轉(zhuǎn)子的平衡精度(jīnɡdù)等級(jí)與許用不平衡量的確定（1）轉(zhuǎn)子的平衡精度(jīnɡdù)A和平衡等級(jí)G，國(guó)際上已標(biāo)準(zhǔn)化(表6-1)。（2）轉(zhuǎn)子許用不平衡量的確定表6-1中的轉(zhuǎn)子不平衡量以平衡精度A的形式給出，起值可由下式求得：A＝[e]ω/10000mm/s式中ω為轉(zhuǎn)子的角速度（rad/s）。對(duì)于靜不平衡的轉(zhuǎn)子，許用不平衡量[e]在選定A值后可由上式求得。

對(duì)于動(dòng)不平衡轉(zhuǎn)子，先由表中定出[e]，再求得許用不平衡質(zhì)徑積[mr]＝m[e]，然后在將其非配到兩個(gè)平衡機(jī)基面上。29精品資料平衡等級(jí)G平衡精度表6-1各種典型轉(zhuǎn)子的平衡等級(jí)和許用不平衡量典型轉(zhuǎn)子舉例[e]ωA＝1000(mm/s)G40004000G16001600剛性安裝的具有奇數(shù)汽缸的低速船用柴油機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置剛性安裝的大型二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置剛性安裝的高速四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置；彈性安裝船用柴油機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置G630630………..G2.52.5燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)、透平壓縮機(jī)、機(jī)床傳動(dòng)裝置、特殊中、大型電機(jī)轉(zhuǎn)子、小型電機(jī)轉(zhuǎn)子等。磁帶錄音機(jī)傳動(dòng)裝置、磨床傳動(dòng)裝置、特殊要求的小型電機(jī)轉(zhuǎn)子。精密磨床的主軸、砂輪盤及電機(jī)轉(zhuǎn)子陀螺儀。G11G0.40.430精品資料§6-6平面(píngmiàn)機(jī)構(gòu)的平衡一.機(jī)構(gòu)(jīgòu)平衡的主要問題

需平衡作用在機(jī)構(gòu)質(zhì)心的總慣性力和總慣性力偶矩。僅討論前者的平衡。完全平衡和部分平衡二.簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)總慣性力完全平衡的方法欲使機(jī)構(gòu)總慣性力為零，應(yīng)使機(jī)構(gòu)的質(zhì)心加速度為零，即應(yīng)使機(jī)構(gòu)的質(zhì)心靜止不動(dòng)。31精品資料采用完全平衡法，平衡效果(xiàoguǒ)很好。但會(huì)使機(jī)構(gòu)的質(zhì)量或體積大為增加，故一般采用部分平衡法。完全平衡n個(gè)構(gòu)件的單自由度機(jī)構(gòu)的慣性力，應(yīng)至少加n/2個(gè)平衡質(zhì)量，這樣就使機(jī)構(gòu)的質(zhì)量大大增加。所以(suǒyǐ)一般不采用這種方法，而多采用部分平衡的方法。（1）利用平衡質(zhì)量平衡研究表明結(jié)論例

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的完全平衡例

曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的完全平衡

機(jī)構(gòu)的完全平衡是指機(jī)構(gòu)的總慣性力恒為零。為了達(dá)到機(jī)構(gòu)的完全平衡的目的，可采用如下措施：（2）利用對(duì)稱機(jī)構(gòu)平衡二.簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)總慣性力完全平衡的方法32精品資料243123411.利用(lìyòng)配重2.利用(lìyòng)對(duì)稱機(jī)構(gòu)平衡總慣性力33精品資料12-1圖示為一薄盤轉(zhuǎn)子，重量Q=400N，經(jīng)靜平衡(píng