考研备考期末复习机械设计基础 第08章回转件的平衡

1、8-1 回转件回转件平衡的目的平衡的目的8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算第第8章章 回转件的平衡回转件的平衡8-3 回转件的平衡实验回转件的平衡实验有一质量有一质量m的刚性转子，的刚性转子，重心与回转轴线的距离为重心与回转轴线的距离为e=1mm，转动角速度为转动角速度为，产生的离心惯性力产生的离心惯性力F=m2 r且方向随时变化。且方向随时变化。ePPGGnn机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡8-1 回转件平衡的目的回转件平衡的目的回转件（转子）：绕固定轴线旋转的构件回转件（转子）：绕固定轴线旋转的构件一、机械平衡的目的一、机械平衡的目的机械运转时，离心惯性力的危害性：

2、机械运转时，离心惯性力的危害性：在运动副中引起附加动压力在运动副中引起附加动压力摩擦力摩擦力 磨损磨损 ， 增加构件的内应力，增加构件的内应力，内应力内应力 强度强度 使机械及基础产生振动使机械及基础产生振动工作精度工作精度 ，可靠性可靠性 ，疲劳强度疲劳强度 ，噪音噪音 平衡的目的：平衡的目的：研究惯性力分布及其变化规律，并采取研究惯性力分布及其变化规律，并采取相应的措施对惯性力进行平衡，从而减小或消除所产相应的措施对惯性力进行平衡，从而减小或消除所产生的附加动压力、减轻振动、改善机械的工作性能和生的附加动压力、减轻振动、改善机械的工作性能和提高使用寿命。提高使用寿命。机械设计基础机械设计基

3、础 回转件的平衡回转件的平衡但也有利用不平衡惯性力引起的振动来工作的。机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡二、回转件平衡的类型二、回转件平衡的类型刚性刚性转子的平衡：转子的平衡：构件不发生明显的变形。构件不发生明显的变形。挠性挠性转子的平衡：转子的平衡： 高速、细长的构件高速、细长的构件，如：航空发动机、汽轮机、，如：航空发动机、汽轮机、发电机的转子，工作时构件发生明显的变形。发电机的转子，工作时构件发生明显的变形。机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡三、回转件平衡的方法三、回转件平衡的方法1、计算法计算法2、实验法实验法机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件

4、的平衡8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算8-3 回转件的平衡实验回转件的平衡实验82 回转件的平衡计算回转件的平衡计算的的盘盘形形构构件件5Db 一、回转件的静平衡一、回转件的静平衡（近似地认为质量分布在同一回转平面内）（近似地认为质量分布在同一回转平面内）二、回转件的动平衡二、回转件的动平衡5Db 的的柱柱形形构构件件机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡一、回转件的静平衡一、回转件的静平衡适用范围：适用范围：Db的的盘盘形形构构件件5Db 不平衡的原因：不平衡的原因：质心不在转轴上，惯性力质心不在转轴上，惯性力0iF 平衡的条件：平衡的条件：0iF 平衡的方法：平衡的方法

5、：加（去）一平衡质量，使构件上各加（去）一平衡质量，使构件上各质量的惯性力的矢量和等于零，即质量的惯性力的矢量和等于零，即0iF 机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡回转件的静平衡计算回转件的静平衡计算1m2m3m4m回转半径为：回转半径为：r1、r2、r3、r4， =const1r2r3r4r求：求：平衡质量平衡质量mb及方位及方位rb。惯性力不平衡惯性力不平衡设加一平衡质量设加一平衡质量mb，方位，方位rb，圆盘处于平衡，则：，圆盘处于平衡，则：-质径积质径积1W 2W 3W 4W bW brbm已知：已知：一圆盘有不平衡质量一圆盘有不平衡质量m1、m2、m3、m4机械设计基

6、础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡4120iiirm41220ibbiirmrmrm刚性转子的静平衡计算刚性转子的静平衡计算-讨论讨论可可在在rb处加平衡质量处加平衡质量mb，bbrm 应应尽尽可可能能取取大大些些，使使。br 或或在在 -rb处挖去处挖去mb。也也可可将将mb rb分解成若干个分解成若干个m rm r 、bm 1m2m3m4m1r2r3r4rbrbm对于静不平衡的转子，不论它有多少个偏心质量，对于静不平衡的转子，不论它有多少个偏心质量，都都只需要只需要在一个面内进行平衡，故称为：在一个面内进行平衡，故称为：单面平衡单面平衡。机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的

7、平衡二、刚性转子的动平衡二、刚性转子的动平衡5Db 的的柱柱形形构构件件如如曲曲轴轴、凸凸轮轮轴轴、电电机机转转子子等等。1m2m3mSFF适用范围：适用范围：机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡刚性转子的动平衡不平衡刚性转子的动平衡不平衡0iF 0iM 这种不平衡状态只有在回转体运转的情况下才能显示这种不平衡状态只有在回转体运转的情况下才能显示出来，所以称为出来，所以称为动不平衡。动不平衡。平衡的条件：平衡的条件：0iF 0iM 平衡的方法：平衡的方法：选两个平衡基面，将不平衡质量产生的惯性力选两个平衡基面，将不平衡质量产生的惯性力分解到两平面上，然后在这两个平衡基面上按静平衡

8、的方法分解到两平面上，然后在这两个平衡基面上按静平衡的方法进行平衡。进行平衡。 机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡刚性转子的动平衡方法刚性转子的动平衡方法机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡动平衡转子实物动平衡转子实物-曲轴曲轴平衡质量块机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡动平衡转子实物动平衡转子实物-凸轮凸轮平衡去重孔平衡去重孔轴承轴承凸轮凸轮平衡配重块平衡配重块机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡刚性转子的动平衡计算刚性转子的动平衡计算-原理原理由理论力学知，一个力由理论力学知，一个力F可以分解为与它平行的两个分力可以分解为与它平行

9、的两个分力F和和F F。FFFL1l1lFFL AB1LlFFL BFFL1l对对B点取矩：点取矩：对对A点取矩：点取矩：对对B点取矩：点取矩：1lFFL 对对A点取矩：点取矩：1LlFFL FA机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡刚性转子的动平衡计算分析刚性转子的动平衡计算分析-1L3l2l1l1m3m2m1r2r3r1F3F2ii iFm r 2F机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡刚性转子的动平衡计算分析刚性转子的动平衡计算分析-2L3l2l1l1m3m2m1r2r3r1F3F2ii iFm r 2F1F 1F 2F 2F 3F 3F iiilFFL iiiL

10、lFFL 在在、两面上按静平衡的方法进行平衡即可。两面上按静平衡的方法进行平衡即可。机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡刚性转子的动平衡计算分析刚性转子的动平衡计算分析-3L3l2l1l1r2r3r1F 2F 3F 1F 2F 3F 1IW2W 3W bW bm 机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡bW 刚性转子的动平衡计算分析刚性转子的动平衡计算分析-4L3l2l1l1r2r3r1F1F2F2F3F3Fbm1F2F3FIW12W3WbWbm机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡bW刚性转子的动平衡计算分析刚性转子的动平衡计算分析-51m3m2m1r2r

11、3r1F3F2F1F2F3F1F2F3Fbm1F2F3Fbm平衡块平衡孔机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡回转件的平衡计算回转件的平衡计算-讨论讨论L3l2l1l1m3m2m1r2r3r1F3F2F1F1F1F2F2F2F3F3F3Fbmbm静平衡中讨论的几点，在此全部适用；静平衡中讨论的几点，在此全部适用；无论有多少个不平衡重，只需选两个平衡基面，无论有多少个不平衡重，只需选两个平衡基面，故称为：故称为：“双面平衡双面平衡”；动平衡的构件动平衡的构件一一定定是静平衡的；是静平衡的；反之则不一定，即：反之则不一定，即：静平衡的构件静平衡的构件不一不一定定是动平衡的；是动平衡的；

12、动平衡的步骤是先分解、后平衡。动平衡的步骤是先分解、后平衡。机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡回转件的平衡计算回转件的平衡计算-例例1三根曲轴中，已知：三根曲轴中，已知：1234mmmm，1234rrrr ，122334lll，试判断哪根曲轴达到静平衡？哪根达到动平衡？试判断哪根曲轴达到静平衡？哪根达到动平衡？1m2m3m4m1r2r3r4r12l23l34l12l23l34l回转件的平衡计算回转件的平衡计算-例例1(1)三根曲轴中，已知：三根曲轴中，已知：1234mmmm，1234rrrr ，122334lll，试判断哪根曲轴达到静平衡？哪根达到动平衡？试判断哪根曲轴达到静平

13、衡？哪根达到动平衡？1r2r3r4r1m2m3m4m动不平衡动不平衡1 12 23 34 41 12 23 34 4Fm rm rm rm rm rm rm rm r 2222232334231 1122 23 34 434()()2222llllMm rlm rm rm rl 静平衡静平衡0F 0M 机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡回转件的平衡计算回转件的平衡计算-例例1(2)1r2r3r4r12l23l34l1m2m3m4m动不平衡动不平衡1 12 23 34 41 12 23 34 4Fm rm rm rm rm rm rm rm r 2222232334231 112

14、2 23 34 434()()2222llllMm rlm rm rm rl 静平衡静平衡0F 0M 三根曲轴中，已知：三根曲轴中，已知：1234mmmm，1234rrrr ，122334lll，试判断哪根曲轴达到静平衡？哪根达到动平衡？试判断哪根曲轴达到静平衡？哪根达到动平衡？机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡回转件的平衡计算回转件的平衡计算-例例1(3)1r4r2r3r12l23l34l1m2m3m4m三根曲轴中，已知：三根曲轴中，已知：1234mmmm，1234rrrr ，122334lll，试判断哪根曲轴达到静平衡？哪根达到动平衡？试判断哪根曲轴达到静平衡？哪根达到动平

15、衡？动平衡动平衡1 12 23 34 41 12 23 34 4Fm rm rm rm rm rm rm rm r 2222232334231 1122 23 34 434()()2222llllMm rlm rm rm rl 静平衡静平衡0F 0M 机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡回转件的平衡计算回转件的平衡计算-例例2(1) 图示转子有两个不平衡质量图示转子有两个不平衡质量mA=30g、mB=60g、rA=rB=100mm，位置如图。现已选定平衡基面，位置如图。现已选定平衡基面I、II，试确，试确定在两平衡基面上需增加的平衡质径积定在两平衡基面上需增加的平衡质径积mbIr

16、bI和和mbIIrbII的大的大小与方位。小与方位。解：解：I面面30 1003000AAA Am rm rgmm 30 10023000BBBBmm rrgmm 0AABBbbmrmrm r 230004242bbm rgmm AmoBmll ooArBr方向与方向与x方向成方向成225 机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡回转件的平衡计算回转件的平衡计算-例例2(2)解：解：II面面0AAmr 230 1003000BBBBmmrrgmm 0AABBbbmrmrmr 3000bbmrgmm 方向与方向与rB相反相反AmoBmll ooArBr 图示转子有两个不平衡质量图示转子

17、有两个不平衡质量mA=30g、mB=60g、rA=rB=100mm，位置如图。现已选定平衡基面，位置如图。现已选定平衡基面I、II，试确，试确定在两平衡基面上需增加的平衡质径积定在两平衡基面上需增加的平衡质径积mbIrbI和和mbIIrbII的大的大小与方位。小与方位。机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡mbmmrr 该转子是否平衡？若不平衡，问在该转子是否平衡？若不平衡，问在、面上应加的面上应加的平衡重（质径积）平衡重（质径积）lL解：解：0mr 该该转转子子静静平平衡衡。0M又又该该转转子子动动不不平平衡衡。bIbIIbIbIIbIbIIbIbIIm rmr mr两两者者构构

18、成成一一力力偶偶与与产产生生的的力力偶偶相相平平衡衡。bI bIbI bIm r Lmrl bI bIbII bIIbI bIbII bIIlm rmrmrLmbrbrb回转件的平衡计算回转件的平衡计算-例例3机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡I II I)bm rmrba （II IIII IIam rmrba 例：求在例：求在平衡基面平衡基面、面上应加的平衡重（质径积）面上应加的平衡重（质径积）一、将一、将m分解到两平衡基面分解到两平衡基面、上上I II I)m r bamrb（II IIII II()()m rbamra二、在平衡基面二、在平衡基面、上加配重上加配重III

19、III IIIIIIII IIbbmrm r I II II I I IbIbbm rm r abIIIIbmI IbmmrI ImrI II Im r回转件的平衡计算回转件的平衡计算-例例41、静平衡实验、静平衡实验导轨导轨式平衡架式平衡架83 回转件的平衡实验回转件的平衡实验滚子式平衡架滚子式平衡架2、动平衡实验、动平衡实验3、现场平衡、现场平衡特点：结构简单、精度高，但两刀口平行、调整困难，且要求两轴端直径相同。一般要经过多次实验才能找准，工作效率低，不适合批量生产。导轨式静平衡架OOGSGS导轨式静平衡架GSOOGS导轨式静平衡架GSOOGS导轨式静平衡架GSOOGS导轨式静平衡架GS

20、OOGS1、静平衡实验、静平衡实验导轨式平衡架导轨式平衡架机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡特点：特点：使用方便，但精度较低。使用方便，但精度较低。G1、静平衡实验、静平衡实验滚子式平衡架滚子式平衡架机械设计基础机械设计基础 回转件的平衡回转件的平衡2、动平衡实验、动平衡实验转子的动平衡实验一般需在专用的动平转子的动平衡实验一般需在专用的动平衡机上进行。详细原理及实验设备参考衡机上进行。详细原理及实验设备参考动平衡实验。动平衡实验。1. 电机电机2. 带传动带传动3. 万向联轴节万向联轴节4. 试件试件5-6. 传感器传感器7. 解算电路解算电路8. 选频放大器选频放大器9. 仪表仪表10. 整形放大器整形放大器11. 鉴相器鉴相器12. 光电头光电头13. 整形放大器整形放大器14. 相位标记相位标记15. 相位表相位表 134789101511131214652机械