机械原理第6章平衡ppt课件

1、第六章第六章 机械的平衡机械的平衡6 - 1 6 - 1 机械平衡的目的和内容机械平衡的目的和内容6 - 2 6 - 2 刚性转子的平衡刚性转子的平衡 计算计算 6 6 3 3 刚性转子的平衡刚性转子的平衡 实验实验6 - 4 6 - 4 转子的许用不平衡量转子的许用不平衡量6 6 6 6 平面连杆机构的平衡平面连杆机构的平衡重点：重点： 掌握刚性转子静平衡和动平衡的掌握刚性转子静平衡和动平衡的原理和方法原理和方法难点：难点： 刚性转子动平衡的计算方法刚性转子动平衡的计算方法6 6 1 1 机械平衡的目的和内容机械平衡的目的和内容 一、一、 机械平衡的目的机械平衡的目的 回转件有偏心回转件有偏

2、心 惯性力惯性力neFFIs设：G = 100 N； e = 1 mm = 0.001 m当 n = 30 r/ min 时N1 . 0302negGFI当 n = 3000 r/ min 时，N1000302negGFI可见： n FI 附加动载荷磨损越严重、效率 震动 共振 平衡的目的：平衡的目的： 设法消除惯性力力矩的不良影响，改善任设法消除惯性力力矩的不良影响，改善任务性能，提高机器的精度和寿命务性能，提高机器的精度和寿命neFFss6 6 1 1 机械平衡的目的和内容机械平衡的目的和内容 二二 、机械平衡的内容、机械平衡的内容1 1、转子回转件的平衡、转子回转件的平衡 1 1 刚性转

3、子的平衡刚性转子的平衡转子的转速转子的转速n(0.6-n(0.6-0.75)nc10.75)nc1 用刚膂力学的方法用刚膂力学的方法研讨研讨2 2、机构的平衡、机构的平衡 机械在机座上的平机械在机座上的平衡衡2 挠性转子的平衡挠性转子的平衡转子的转速转子的转速n(0.6-0.75)nc1 用弹性力学的方法研讨用弹性力学的方法研讨一.静平衡计算bD 0.2 以为质量分布集中于同一平面内，只受离心惯性力的作用。Db6 6 2 2 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算质心与回转中心不重合 静不平衡调整质心，使其惯性力为零 静平衡CGm1m2r1r2FI1FI2FI2mbrb不平衡质量m1 、 m2，

4、向径 r1、r2转速 FI1 、 FI2加一平衡质量mb ，向径 rb Fb使 静平衡0F021bIIFFF02222211bbrmrmrm02211bbrmrmrmm1r1m2r2mbrb图解或投影法 mbrb选 mb rb选 rb mb静平衡条件：静平衡条件：惯性力矢量和为零，即：惯性力矢量和为零，即：或质径积矢量和为零，即：或质径积矢量和为零，即：0F0rm结论：结论： 对于静不平衡转子，对于静不平衡转子， 不论有多少个不平衡质量，不论有多少个不平衡质量，都只需在同一个面内添加或减少一个平衡质量配都只需在同一个面内添加或减少一个平衡质量配重即可获得平衡也称为单面平衡。重即可获得平衡也称为

5、单面平衡。6 6 2 2 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算一、静平衡计算一、静平衡计算 对薄型回转件 如：飞轮、齿轮、带轮可近似以为质量分布在同一平面内, 此时惯性力平面汇交力系 只需静平衡 假设构造上不允许 分解到两个平面，分别平衡 MI = F l静平衡，但静平衡，但二、动平衡计算二、动平衡计算 质心与轴线重合质心与轴线重合 静平衡静平衡如图：m1=m2 ；r1= r2 FI1= - FI2021IIFFFs s1 s2FI1FI2l6 6 2 2 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算惯性力矩存在 动不平衡设法消除惯性力、惯性力矩 动平衡动平衡条件：动平衡条件：惯性力和惯性力矩的矢量和

6、均惯性力和惯性力矩的矢量和均为零，即：为零，即：0,0MF二、动平衡计算二、动平衡计算s s1 s2F1F2l 不能只在一个平面内加平衡质量不能只在一个平面内加平衡质量力学知识：一个力力学知识：一个力两个等效能两个等效能 两个平面内分别平衡，使两个平面内分别平衡，使6 6 2 2 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算0FF 对于动不平衡转子，对于动不平衡转子， 不论有多少个不平衡质量，都只需在两个面内添加或减不论有多少个不平衡质量，都只需在两个面内添加或减少一个平衡质量配重即可获得平衡也称为双面平衡。少一个平衡质量配重即可获得平衡也称为双面平衡。对轴向尺寸比较大b/D0.2回转件 如：曲轴、机

7、床主轴、电机轴其质量不能视为分布在同一平面内, 惯性力空间力系 静平衡、动平衡 动平衡原理 力的等效原理 (力的分解原理)F + F = FF = F LLF = F LL 作用于构件上某点的力 F，可向构件上恣意另两点分解。FF FLLL6 6 2 2 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算6 6 2 2 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算二、动平衡计算二、动平衡计算二、动平衡计算二、动平衡计算6 6 2 2 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算计算步骤：计算步骤：m1r1m2r2m3r3Ll1l2l3(m1r1) (m1r1)(m2r2) (m2r2) (m3r3)(m3r3) 1将mir

8、i向、面分解2在两个基面上分别进展一次静平衡在两个基面上分别进展一次静平衡 两个平衡平面的力系是平面汇交力系，不会产生力矩。因此，到达了动平衡。1111111111)()(rmLlLrmrmLlrm22 22 222 22 2()()lm rm rLLlm rm rL3331133333)()(rmLlLrmrmLlrm6 6 2 2 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算到达动平衡的回转件一定是静平衡的，到达动平衡的回转件一定是静平衡的，到达静平衡的回转件不一定动平衡的。到达静平衡的回转件不一定动平衡的。静平衡条件：静平衡条件：00rmF或只需在一个平面内加平衡质量只需在一个平面内加平衡质量

9、静平衡静平衡0,0MF 动平衡条件：动平衡条件： 需在两个平面内加平衡质量需在两个平面内加平衡质量 动平衡动平衡6 6 3 3 刚性转子的平衡实验刚性转子的平衡实验 设计计算到达平衡的转子，由于制造、装配误差、设计计算到达平衡的转子，由于制造、装配误差、 材质不均匀材质不均匀 不平衡不平衡 实验调整实验调整一、静平衡实验一、静平衡实验二、动平衡实验二、动平衡实验a) 导轨式静平衡架 b)圆盘式静平衡架6 6 4 4 转子的许用不平衡量转子的许用不平衡量 转子到达完全平衡 本钱，允许有一定的不平衡量一、许用不平衡量的表示方法 许用质径积法 ：mr mr两者关系： e = mr / m 表示被平衡

10、转子允许的剩余不平衡质径积。用于动平衡的计算和实验，可以比较方便地确定所需配重的大小和方位。许用偏心距法： e e 是与质量无关的绝对量，表示单位质量下允许的剩余不平衡质径积。可以在一样转速下直观的比较两构件平衡精度。6 6 4 4 转子的许用不平衡量转子的许用不平衡量二、平衡等级二、平衡等级 G (mm/s)1000eA P82 P141 表6-1 各种典型转子的平衡等级和许用不平衡量 ISO1940，1973留意：1转子的平衡精度，除了思索许用不平衡量外，还必需思索角速度大小。2平衡精度A的值 平衡等级G 最低级别为G4000，最高级别为G0.4 3平衡等级选定后 e和 mr 直接用于静平

11、衡； 对于动平衡，需将mr 换算到两个平衡基面上。平衡精度平衡精度 如：离心泵的叶轮的最高任务转速3000r/min，求e。查表得离心泵叶轮的精度等级为查表得离心泵叶轮的精度等级为G6.3G6.3 (mm/s)1000eA由10001000 6 3 20 m2300060Ae 如用质径积表示，设叶轮质量为如用质径积表示，设叶轮质量为40 kg， mr=me=400.02=0.8 kg mm6 6 5 5 平面机构的平衡平面机构的平衡S1S2S3ABCS1ABCDS2S3S11234一、机构运动特点一、机构运动特点 直线运动、平面复杂运动构件，其惯性力无法本身平衡。二、机构的平衡问题二、机构的平

12、衡问题 1) 机构运动时，其总惯性力、惯性力矩 机座上 附加动压力 设法消除 2) 平衡惯性力矩，必需思索驱动力矩和任务阻力矩的变化情况 较复杂。 单独研讨无意义。 3) 只引见机构惯性力的平衡问题， FI = m as = 0 as = 0方法：在各构件上增减配重 调理机构的总质心到机架上。ABC D1243S1S2S3m2m1m36 6 5 5 平面机构的平衡平面机构的平衡三、典型四杆机构的平衡问题三、典型四杆机构的平衡问题例例1 曲柄摇杆机构中，知各构件的质量曲柄摇杆机构中，知各构件的质量m1、m2、m3 位于位于 S1、S2、S3 处，处， 试平衡其总惯性力。试平衡其总惯性力。m2Bm

13、2crmrm1将构件2 的质量m2 分解到 B、C 处 2加配重m，使 m2B、m1、 m的 质心落在 A点 3加配重 m ，使 m2C、m3、 m 的 质心落在 D点222222mllmmllmBCBSCBCcCSB112ASABBlmlmrm332 DSCDClmlmrm机构的质心落在机架上，质心的加速度必为零 总惯性力在机架上到达平衡。6 6 5 5 平面机构的平衡平面机构的平衡三、典型四杆机构的平衡问题三、典型四杆机构的平衡问题例例2 曲柄滑块机构中，知各构件的质量曲柄滑块机构中，知各构件的质量m1、m2、m3 位于位于 S1、S2、S3 处，处， 试平衡其总惯性力。试平衡其总惯性力。

14、1加配重m，使 m2、m3、 m 的质心落在 B点 2设B点有一集中质量 mB 3加配重 m ，使 mB、m1、 m 的质心落在 A点BCBSlmlmrm32232mmmmBS1S2S3ABCm2m1m3r m m r mB 采用配重法完全平衡惯性力 分量大大添加，构造设计不便 用部分平衡11121)( ASABBASABBlmlmmmlmlmrm6 6 5 5 平面机构的平衡平面机构的平衡三、典型四杆机构的平衡问题三、典型四杆机构的平衡问题部分平衡法非完全平衡法1将质量m2 分解到 B、C 处 2加配重m，平衡 m2B和m1 3再加配重 m，部分平衡 m3、m2Cr m m m2Bm2CS1S2S3ABCm2m1m3FIh FIVFcos2ABClacos2ABCIClmFCABmrlm 若取配重mC= m2C +m3sin)180sin( cos)180cos( 22 22 ABCIvABCIhlmr