《機(jī)械原理-機(jī)械的平衡.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機(jī)械原理-機(jī)械的平衡.ppt（44頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、1,第六章 機(jī)械的平衡,一 、機(jī)械平衡的目的及內(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,2,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)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。,3,這部分有何作用,4,6-1 機(jī)械平衡(mechanical balance)的目的及內(nèi)容,一、 機(jī)械平衡的目的,機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，

2、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,F在轉(zhuǎn)動(dòng)副中引起的附加反力是砂輪自重的40倍。,,F=me2=5000N,其方向作周期性變化,5,二、 機(jī)械平衡的內(nèi)容,,1. 轉(zhuǎn)子(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(guò)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,6,汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子,水輪機(jī)轉(zhuǎn)子,電機(jī)轉(zhuǎn)子,7,（1）剛性轉(zhuǎn)子(rigid rotor)的平衡,剛性轉(zhuǎn)子：工作轉(zhuǎn)速一般低于(0.60.75)倍nc1

3、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：只要求其慣性力平衡。 動(dòng)平衡：同時(shí)要求其慣性力和慣性力矩的平衡。,撓性轉(zhuǎn)子：工作轉(zhuǎn)速大于(0.60.75)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(flexible rotor)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。,8,6-2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡計(jì)算,一、剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡(static balance),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。,（1）靜不平

4、衡轉(zhuǎn)子：,9,平衡后轉(zhuǎn)子的各偏心質(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，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,（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(pán)形凸輪的靜平衡計(jì)算,靜平衡,靜平衡的條件,10,11,,,解：,例：如圖，盤(pán)狀轉(zhuǎn)子偏心質(zhì)量m1、m2，回轉(zhuǎn)半徑r1、r2，如何實(shí)現(xiàn)靜平衡？,,,,可用作圖法和解析法求解,質(zhì)徑積,12,選定rb,除了增加平衡質(zhì)量mb之外，也

5、可以從轉(zhuǎn)盤(pán)上除去一部分質(zhì)量，但要滿足兩個(gè)條件。,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。,13,二、剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡(dynamic balance),--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,14,二、剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡(dynamic balance),特點(diǎn): ) 總質(zhì)心在軸線上

6、, 慣性力的合力為0---靜平衡; ) 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): ) 總質(zhì)心不在軸線上,慣性力的合力不為0---靜不平衡; ) 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,15,2. 動(dòng)平衡及其條件,對(duì)于動(dòng)不平衡轉(zhuǎn)子，通過(guò)選定兩個(gè)回轉(zhuǎn) 平面及作為平面基面，再分別在這兩個(gè)面上增加或除去適當(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,16,17,18,,3.剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的條件,使

7、得各偏心質(zhì)量（包括平衡質(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零,19,20,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)平衡基面，故動(dòng)平衡也稱為雙面平衡。,*動(dòng)平衡需要考慮的問(wèn)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）,21,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

8、的平面）。,問(wèn)題討論,,22,理論上的平衡轉(zhuǎn)子，由于制造精度、裝配、材質(zhì)不均勻 等原因，會(huì)產(chǎn)生新的不平衡。,只能借助于實(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,23,3.實(shí)驗(yàn)方法,2.實(shí)驗(yàn)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。,24,4.實(shí)驗(yàn)特點(diǎn),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作

9、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(guò)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)。,25,,,,,,,2.實(shí)驗(yàn)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)量指示系統(tǒng)等部分組成。,26,27,3現(xiàn)場(chǎng)平衡,對(duì)于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(guò)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(guò)直接測(cè)

10、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。,,,,28,轉(zhuǎn)子的質(zhì)心至回轉(zhuǎn)軸線的許用偏心距以 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，它比較直觀又便于平衡操作。,6-4 轉(zhuǎn)子的許用不平衡量,經(jīng)過(guò)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

11、平衡量(allowable amount of unbalance)是很有必要的。,1許用不平衡量放表示方法,質(zhì)徑積(mass-radius product) 法,偏心距(offset distance)法,兩種表示方法的關(guān)系,emr/m,29,2轉(zhuǎn)子的平衡精度等級(jí)與許用不平衡量的確定,（1）轉(zhuǎn)子的平衡精度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：,Ae/10000 mm/s,式中為轉(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，

12、先由表中定出e，再求得許用不平衡質(zhì)徑積mrme，然后在將其非配到兩個(gè)平衡機(jī)基面上。,30,31,6-6 平面機(jī)構(gòu)的平衡,一. 機(jī)構(gòu)平衡的主要問(wèn)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)。,32,采用完全平衡法，平衡效果很好。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。所以一 般不采用這種方法，而多采用部分平衡的方法。,（1）利

13、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,33,1.利用配重,2.利用對(duì)稱機(jī)構(gòu)平衡總慣性力,34,12-1 圖示為一薄盤(pán)轉(zhuǎn)子，重量Q=400N，經(jīng)靜平衡測(cè)定其重心S偏距e=1mm，方向垂直向下。由于該回轉(zhuǎn)面不允許安裝平衡重量，只能在平面、上校正(a=0.1m, b=0.16m)。求在、平面上應(yīng)加的平衡重徑積的大小與方向。,,解:薄盤(pán)的不平衡重徑積,由平衡條件,解之得:,The end,35,36,3

14、7,38,三. 簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)總慣性力部分平衡的方法,39,三. 簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)總慣性力部分平衡的方法,機(jī)構(gòu)的部分平衡是對(duì)機(jī)構(gòu)的總慣性力只需平衡其中的一部分。機(jī)構(gòu)的部分平衡有以下幾種方法。,（1）利用平衡機(jī)構(gòu)平衡,采用往復(fù)慣性力的部分平衡法，既可減少慣性力的影 響，又可減少需加的平衡質(zhì)量。一般對(duì)機(jī)械的工作較為有利。,例 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的部分平衡,例 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的部分平衡,（2）利用平衡質(zhì)量平衡,（3）利用彈簧平衡,結(jié)論,40,41,42,43,44,本章基本要求:,1.了解機(jī)械平衡的目的及其分類，常握機(jī)械平衡的方法。 2. 掌握剛性轉(zhuǎn)子的平衡方法，了解平衡試驗(yàn)的原理及方法。 3.了解撓性轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)及其與剛性轉(zhuǎn)子的主要區(qū)別。 4.了解平面機(jī)構(gòu)慣性力平衡的方法。,