清華大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)第十一章 機(jī)械的平衡

1、第11章 機(jī)械的平衡11.1 平衡的分類和平衡方法11.2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)11.3 剛性轉(zhuǎn)子的平衡試驗(yàn)11.4 平面機(jī)構(gòu)的平衡設(shè)計(jì)11.1 平衡的分類和平衡方法一、機(jī)械平衡的分類 機(jī)械的平衡: 研究機(jī)械中慣性力的變化規(guī)律， 并設(shè)法使慣性力和慣性力矩得到平衡。分類：1、回轉(zhuǎn)構(gòu)件的平衡 （1）剛性轉(zhuǎn)子的平衡 （2）撓性轉(zhuǎn)子的平衡 2、機(jī)構(gòu)在機(jī)架上的平衡11)75. 06 . 0()75. 06 . 0(eennnn11.1 平衡分類和平衡方法二、機(jī)械平衡的方法1.平衡設(shè)計(jì):在機(jī)械的設(shè)計(jì)階段,除了要保證其滿足工作要求及制造工藝要求外,還要在結(jié)構(gòu)上采取措施消除或減少產(chǎn)生有害振動(dòng)的不平衡慣性力。2.

2、 平衡試驗(yàn): 在機(jī)械制造出來以后，由于非設(shè)計(jì)方面的原因影響，需通過試驗(yàn)的方法加以平衡。11.2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)一、靜平衡設(shè)計(jì):1概念： 對(duì)于靜不平衡的轉(zhuǎn)子（d / b5,徑寬比大于5），可近似地認(rèn)為質(zhì)量都分布在同一個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。若存在不平衡，則是由于轉(zhuǎn)子的質(zhì)心不在其回轉(zhuǎn)軸線上，這種不平衡狀態(tài)在轉(zhuǎn)子靜止時(shí)即可顯示出來，這種不平衡為靜不平衡。2 靜平衡方法(1)靜平衡的條件: 分布在轉(zhuǎn)子上的各個(gè)偏心質(zhì)量的離心慣性力的合力為零, 或質(zhì)徑積的向量和為零. (2)對(duì)于靜不平衡的轉(zhuǎn)子，都只需在回轉(zhuǎn)平面內(nèi)加一個(gè)適當(dāng)?shù)呐渲?，即可達(dá)到平衡，或者在應(yīng)加配重的相反方向減去一個(gè)配重。靜平衡設(shè)計(jì)方法1 轉(zhuǎn)化為平面匯

3、交力系的平衡問題 , 可用圖解法和解析法. 2 確定平衡質(zhì)量和位置 , 用質(zhì)徑積表示 .3 質(zhì)徑積: 質(zhì)量與向徑的乘積 . 4 見書中圖11.1 式11.2 11.2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)二、動(dòng)平衡設(shè)計(jì) 對(duì)于d/b5轉(zhuǎn)子，由于其軸向?qū)挾容^大，就不能近似地認(rèn)為其質(zhì)量分布在同一個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。偏心質(zhì)量隨機(jī)地分布在不同的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。即使整個(gè)轉(zhuǎn)子的質(zhì)心S位于回轉(zhuǎn)軸線上，但由于各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力作用在相距較遠(yuǎn)的不同回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，因而產(chǎn)生慣性力偶矩。所以它還是不平衡的。這種不平衡狀態(tài)只有當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才能顯示出來，因而稱為動(dòng)不平衡。11.2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(jì)二、動(dòng)平衡設(shè)計(jì)結(jié)論： 1 動(dòng)平衡的條件: 當(dāng)

4、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子上分布在不同平面內(nèi)的各個(gè)質(zhì)量所產(chǎn)生的空間離心慣性力系的合力及合力矩均為零。 2 對(duì)于剛性轉(zhuǎn)子，不論它有多少個(gè)偏心質(zhì)量，都只需在任意的兩個(gè)平衡平面內(nèi)各添加（或減去）一個(gè)適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量，可使轉(zhuǎn)子獲得動(dòng)平衡，需加平衡質(zhì)量的最少數(shù)目為2，故動(dòng)平衡又稱雙面平衡。3 達(dá)到平衡的轉(zhuǎn)子也一定是靜平衡；反之，達(dá)到靜平衡的轉(zhuǎn)子則不一定是動(dòng)平衡。T T11.3 剛性轉(zhuǎn)子的平衡試驗(yàn) 經(jīng)過平衡設(shè)計(jì)的剛性轉(zhuǎn)子在理論上是完全平衡的，但是由于制造和裝配誤差機(jī)材質(zhì)不均勻等原因，實(shí)際生產(chǎn)出來的轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還會(huì)出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象，需要用試驗(yàn)的方法進(jìn)行平衡。 靜平衡試驗(yàn) 動(dòng)平衡試驗(yàn)11.4 平面機(jī)構(gòu)的平衡設(shè)計(jì) 一、平面機(jī)

5、構(gòu)慣性力的平衡條件:二、機(jī)構(gòu)慣性力的完全平衡三、機(jī)構(gòu)慣性力的部分平衡11.4 平面機(jī)構(gòu)的平衡設(shè)計(jì)一、平面機(jī)構(gòu)慣性力的平衡條件: 欲使總慣性力 F = 0，只有設(shè)法使總質(zhì)心S靜止不動(dòng)。11.4 平面機(jī)構(gòu)的平衡設(shè)計(jì)二、機(jī)構(gòu)慣性力的完全平衡1. 調(diào)整機(jī)構(gòu)質(zhì)心位置法： 質(zhì)量替代法：將構(gòu)件的質(zhì)量簡化成幾個(gè)集中質(zhì)量，并使它們所產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)與原構(gòu)件所產(chǎn)生的力學(xué)效應(yīng)完全相同。 所有替代質(zhì)量之和2. 對(duì)稱布置法：11.4 平面機(jī)構(gòu)的平衡設(shè)計(jì)三、機(jī)構(gòu)慣性力的部分平衡1. 加平衡質(zhì)量法2. 近似對(duì)稱布置法：3. 加平衡機(jī)構(gòu)法撓性轉(zhuǎn)子的平衡 撓性轉(zhuǎn)子：工作轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速，其旋轉(zhuǎn)軸線撓曲變形不可忽略的轉(zhuǎn)子。 特點(diǎn)： 1 較大的彎曲變形、較大的離心慣性力。 2 在某一轉(zhuǎn)速下，離心慣性力得到平衡只是減少了轉(zhuǎn)子的支承反力；在其它轉(zhuǎn)速下，不一定平衡。 3 在平衡離心慣性力同時(shí)，還要盡量消除動(dòng)撓度。機(jī)構(gòu)的平衡 特點(diǎn)：一般存在往復(fù)運(yùn)動(dòng)或平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)構(gòu)件。其慣性力和慣性力矩不可能在構(gòu)件內(nèi)部平衡。 將所有構(gòu)件上的慣性力和慣性力矩合成為一個(gè)通過機(jī)構(gòu)質(zhì)心并作用于機(jī)架上的總慣性力和慣