机械原理平面机构的平衡PPT课件.ppt

刚性转子的平衡计算 刚性转子的平衡实验 转子的许用不平衡量 平面机构的平衡 掌握刚性转子静 动平衡的原理和方法 了解平面四杆机构的平衡原理 本章教学目的 本章教学内容 第六章机械的平衡 本讲重点 刚性转子静 动平衡的原理和方法 1 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 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 2 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 3 2机械平衡的目的 消除或减少惯性力 4 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 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 5 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 6 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刚性转子的动平衡计算 7 1刚性转子的不平衡类型 1静不平衡 b D 1 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 8 2刚性转子的静平衡计算 条件 b D 1 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 W1 W2 Wb W4 W3 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 9 质径积表达方式 平衡方程 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 10 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1 11 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 不能认为质量分布在同一平面 静平衡而动不平衡 12 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 13 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 平面1 平面2 14 mbIrI WI mbIIrII WII 动平衡设计图示 15 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 16 例1 已知 根据平衡条件有 作质径积多边形 解 17 基面I 基面II 例1 续 18 三 转子的平衡精度 转子要完全平衡是不可能的 实际上 也不需要过高要求转子的平衡精度 而应以满足实际工作要求为度 为此 对不同工作要求的转子规定了不同的许用不平衡量 即转子残余不平衡量 许用不平衡量有两种表示方法 1 用质径积 mr 单位g mm 表示 2 用偏心距 e 单位mm 表示 e mr m 19 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 20 随遇平衡 1静平衡实验 刀口式静平衡架 21 静平衡实验 续 滚轮式静平衡架 22 2动平衡实验 1 电机2 带传动3 万向联轴节4 试件5 6 传感器7 解算电路8 选频放大器9 仪表10 整形放大器11 鉴相器12 光电头13 整形放大器14 相位标记15 相位表 23 6 3平面机构的平衡 当机构中存在作往复运动和平面复合运动的构件时 这些构件在运动中产生的惯性力和惯性力矩不可能像转子那样在构件本身上予以平衡 必须对整个机构进行平衡 机构平衡的条件是 通过机构质心的总惯性力和总惯性力偶矩M分别为零 即 24 一 平面机构惯性力的平衡条件 对于活动构件的总质量为m 总质心S的加速度为as的机构 要使机架上的总惯性力P平衡 必须满足 as 0 机构的总质心S匀速直线运动或静止不动 欲使as 0 就得设法使总质心S静止不动 设计机构时 可以通过构件的合理布置 加平衡质量或加平衡机构的方法使机构的总惯性力得到完全或部分平衡 25 二 机构惯性力的完全平衡 1 利用对称机构平衡 平衡效果很好 但使机构的体积增大 完全平衡 使机构的总惯性力恒为0 常用的方法有 26 二 机构惯性力的完全平衡 续 2 利用平衡质量平衡 将构件2的m2用集中于B C两点的两个质量代换 在构件1和3的延长线上各加一平衡质量 使其质心分别移到固定轴A和D处 m m2BlAB m1lAS 1 r m m2ClDC m3lDS 3 r m2B m2lCS 2 lBC m2C m2lBS 2 lBC 1 四杆机构的完全平衡 27 二 机构惯性力的完全平衡 续 2 利用平衡质量平衡 加上m 和m 后 可以认为在A和D处分别集中了两个质量mA和mD 机构的总质心S 静止不动 as 0 机构的惯性力得到完全平衡 28 2 曲柄滑块机构的完全平衡 二 机构惯性力的完全平衡 续 进行质量代换 得到A B C三点的集中质量mA mB和mC 在构件2的延长线上加平衡质量m 使m 和mC的总质心移至B点 在构件1的延长线上加平衡质量m 使机构的总质心移至固定点A 整个机构的惯性力达到完全平衡 上述方法由于加装了若干个平衡质量 大大增加机构的质量 尤其是把平衡质量装在连杆上时更为不利 3 缺点 29 三 机构惯性力的部分平衡 1 利用非完全对称机构平衡 只平衡机构中总惯性力的一部分 常用的方法有 30 三 机构惯性力的部分平衡 续 2 利用平衡质量平衡 1 将连杆的质量m2用集中于B点和C点的质量m2B和m2C来代替 将曲柄的质量用集中于点B和点A的质量m1B和m1A来代替 31 三 机构惯性力的部分平衡 续 m 所产生的惯性力在水平和铅垂方向的分力分别为 P h m w2rcosj mCw2lABcosj P v m w2rsinj mCw2lABsinj P h PC 在曲柄的延长线上离A点为r的地方再加一质量m 使 32 三 机构惯性力的部分平衡 续 P v m w2rsinj mCw2lABcosj 新的不平衡力P v 对机构也会产生不利影