機械設計原理(共16張PPT)精選

機械設計原理(yuánlǐ)第一頁，共16頁?！?-1機械平衡的目的(mùdì)及內(nèi)容1.機械(jīxiè)平衡的目的機械在運轉(zhuǎn)時，構件所生產(chǎn)的不平衡慣性力將在運動副中引起附加(fùjiā)的動壓力。例6-1

磨削工件的砂輪增大了運動副中摩擦和構件中的應力，降低了機械效率和使用壽命，影響機械本身的正常工作，也必將引起機械及其根底產(chǎn)生強迫振動，甚至產(chǎn)生共振。會導致工作機械及其廠房建筑受到破壞。ABSSm=12.5kge=1mmn=6000r/minFⅠFⅠ=meω2=5000N其方向作周期性變化FⅠ在轉(zhuǎn)動副中引起的附加反力是砂輪自重的40倍。第二頁，共16頁。對于(duìyú)高速高精密機械尤為重要；機械(jīxiè)平衡的目的就是設法將構件的不平衡慣性力加以平衡，以消除或減少慣性力的不良影響。機械的平衡(pínghéng)是現(xiàn)代機械的一個重要問題。對于此類機械那么是如何合理利用不平衡慣性力的問題。但某些機械卻是利用構件產(chǎn)生的不平衡慣性力所引起的振動來工作的。2.機械平衡的內(nèi)容在機械中,由于各條件的結(jié)構及其運動形式的不同,其所產(chǎn)生的慣性力和平衡方法也不同?！玻薄侈D(zhuǎn)子的平衡轉(zhuǎn)子的不平衡慣性力可利用在其上增加或除去一局部質(zhì)量的方法加以平衡。其實質(zhì)是通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子自身質(zhì)心的位置來到達消除或減少慣性力的目的。機娥平衡的目的及內(nèi)容(2/3)第三頁，共16頁。1〕剛性(ɡānɡxìnɡ)轉(zhuǎn)子的平衡剛性(ɡānɡxìnɡ)轉(zhuǎn)子[n<(0.6～0.75)nc1]的平衡，是按理論力學中的力學平衡理論進行的。靜平衡動平衡只要求(yāoqiú)其慣性力平衡；同時要求其慣性力和慣性力偶矩的平衡。2〕撓性轉(zhuǎn)子的平衡撓性轉(zhuǎn)子[n≥(0.6～0.75)nc1]的平衡，其平衡是基于彈性梁的橫向振動理論。〔2〕機構的平衡作往復移動或平面復合運動的構件，其所產(chǎn)生的慣性力無法在該構件上平衡，而必須就整個機構加以平衡。即設法使各運動構件慣性力的合力和合力偶得到完全或局部的平衡，以消除或降低其不良影響。此類平衡問題為機構的平衡或機械在機座上的平衡。機械平衡的目的及內(nèi)容(3/3)第四頁，共16頁。例6-2盤形凸輪的靜平衡計算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動所引起的振動轉(zhuǎn)換成電信號，通過電子線路加以處理和經(jīng)過平衡實驗的轉(zhuǎn)子，不可防止的還會有一些殘存的不平衡。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動所引起的振動轉(zhuǎn)換成電信號，通過電子線路加以處理和或衡量平衡的檢測精度時，比較方便。這時其偏心質(zhì)量在轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)(yùnzhuǎn)時會產(chǎn)生慣性力，手段愈先進和平衡技術愈高。以消除或減少慣性力的不良影響。剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算(2/4)§6-1機械平衡的目的(mùdì)及內(nèi)容n=6000r/min〔2〕靜平衡及其條件(tiáojiàn)與轉(zhuǎn)子質(zhì)量有關的一個相對量。撓性轉(zhuǎn)子[n≥(0.對于動不平衡轉(zhuǎn)子，先由表中定出[e]，再求得許用不平衡質(zhì)徑積[mr]＝m[e]，然后將其分配到兩個平衡基面上。機械的平衡(pínghéng)是現(xiàn)代機械的一個重要問題。1．許用不平衡量表示方法故這類轉(zhuǎn)子稱為靜不平衡(pínghéng)轉(zhuǎn)子。其質(zhì)量(zhìliàng)可近似認為分布在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。這時其偏心質(zhì)量在轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)(yùnzhuǎn)時會產(chǎn)生慣性力，§6-2剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算為了使轉(zhuǎn)子得到平衡，在設計時就要根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構，通過計算將轉(zhuǎn)子設計成平衡的。1.剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡計算〔1〕靜不平衡轉(zhuǎn)子對于軸向尺寸較小的盤形轉(zhuǎn)子(b/D<0.2)，因這種不平衡現(xiàn)象在轉(zhuǎn)子靜態(tài)時就可表現(xiàn)出來，bABD回轉(zhuǎn)平面mmrωFⅠG第五頁，共16頁。平衡后轉(zhuǎn)子的各偏心(piānxīn)質(zhì)量〔包括平衡質(zhì)量〕的慣性力的合力為零。對于靜不平衡轉(zhuǎn)子，利用在其上增加或除去一局部質(zhì)量(zhìliàng)，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?！?〕靜平衡及其條件(tiáojiàn)靜平衡靜平衡的條件ΣF＝0即〔3〕靜平衡計算靜平衡計算主要是針對由于結(jié)構所引起的靜不平衡的轉(zhuǎn)子而進行平衡的計算。根據(jù)其結(jié)構，計算確定需增加或除去的平衡質(zhì)量，使其在設計時獲得靜平衡。例6-2

盤形凸輪的靜平衡計算剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算(2/4)第六頁，共16頁。對于動不平衡轉(zhuǎn)子，通過選定兩個(liǎnɡɡè)回轉(zhuǎn)平面Ⅰ及Ⅱ作為平面基面，這種不平衡(pínghéng)只有在轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)時才能顯現(xiàn)出來的，故稱此類轉(zhuǎn)子為動不平衡轉(zhuǎn)子。其質(zhì)量就不能分布在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，而往往(wǎngwǎng)是分布在假設干個不同的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。2.剛性轉(zhuǎn)子的動平衡計算〔1〕動不平衡轉(zhuǎn)子對于軸向尺寸較大的轉(zhuǎn)子〔b/D≥0.2)，這時即使轉(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?！?〕動平衡及其條件動平衡再分別在這兩個面上增加或除去適當?shù)钠胶赓|(zhì)量，使轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)時各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力和慣性力偶矩同時得以平衡。這種平衡方法稱為動平衡。剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算(3/4)第七頁，共16頁。即根據(jù)其結(jié)構計算確定(quèdìng)其上需增加或除去的平衡質(zhì)量，使其在設計時獲得動平衡。〔3〕動平衡計算(jìsuàn)動平衡計算是針對結(jié)構動不平衡轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)而進行平衡的計算。剛性轉(zhuǎn)子動平衡的條件：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成的力矩矢量和也為零，ΣF＝0，即ΣM＝0例6-3

內(nèi)燃機曲軸例6-4

雙凸輪軸例6-5某印刷機的三凸輪軸的平衡計算剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算(4/4)第八頁，共16頁?！?-3剛性轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)的平衡實驗對于經(jīng)平衡(pínghéng)計算在理論上已經(jīng)平衡(pínghéng)的轉(zhuǎn)子，由于其制造精度和裝配的不精確、材質(zhì)的不均勻等原因，就會產(chǎn)生新的不平衡(pínghéng)。但這種無法用計算(jìsuàn)來進行平衡，而只能借助于實驗平衡。

平衡實驗是用實驗的方法來確定出轉(zhuǎn)子的不平衡量的大小和方位，然后利用增加或除去平衡質(zhì)量的方法予以平衡。1．靜平衡實驗〔1〕實驗設備導軌式靜平衡儀滾輪式靜平衡儀第九頁，共16頁?！?〕實驗(shíyàn)方法先將轉(zhuǎn)子放在平衡(pínghéng)儀上，輕輕轉(zhuǎn)動，直至其質(zhì)心處于最低位置時才能停止。此時在質(zhì)心相反的方向加校正(jiàozhèng)平衡質(zhì)量，再重新轉(zhuǎn)動。反復增減平衡質(zhì)量，直至呈隨遇平衡狀態(tài)，即轉(zhuǎn)子到達了靜平衡?！?〕實驗特點結(jié)構簡單、操作方便。能滿足一定精度要求，但工作效率低。對于批量轉(zhuǎn)子靜平衡，可采用一種快速測定平衡的單面平衡機。2．動平衡實驗轉(zhuǎn)子的動平衡實驗一般需在專用的動平衡機上進行?！?〕實驗設備動平衡實驗機主要由驅(qū)動系統(tǒng)、支承系統(tǒng)、測量指示系統(tǒng)等局部組成。例6-6光電式動平衡機剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗(2/3)第十頁，共16頁。剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗(3/3)為了使轉(zhuǎn)子得到平衡，在設計時就要根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構，通過這時其偏心質(zhì)量在轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)(yùnzhuǎn)時會產(chǎn)生慣性力，采用完全平衡法，平衡效果很好。剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗(3/3)力為零，應使機構的質(zhì)心加速度為零，即應使機構的質(zhì)心靜止不n=6000r/min現(xiàn)場平衡就是通過直接測量機器中轉(zhuǎn)子支架的振動，來確在機械中,由于各條件的結(jié)構及其運動形式的不同,其所產(chǎn)生或體積大為增加，故一般采用局部平衡法。簡化為一個通過質(zhì)心的總慣性力和總慣性力偶矩，并全部由基座在該構件上平衡，而必須就整個機構加以平衡。但會使機構(jīgòu)的質(zhì)量而且其作用方位是隨轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)而變化的。〔2〕轉(zhuǎn)子許用不平衡量確實定〔2〕實驗(shíyàn)原理目前多數(shù)動平衡機是根據(jù)振動原理(yuánlǐ)設計的，測振傳感器將因轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動所引起的振動轉(zhuǎn)換成電信號，通過電子線路加以處理和放大，最后用儀器顯示出被測試轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量矢徑積的大小和方位。3．現(xiàn)場(xiànchǎng)平衡對于一些尺寸非常大或轉(zhuǎn)速很高的轉(zhuǎn)子，一般無法在專用動平衡機上進行平衡。即使可以平衡，但由于裝運、蠕變和工作溫度過高或電磁場的影響等原因，仍會發(fā)生微小變形而造成不平衡。在這種情況下，一般可進行現(xiàn)場平衡。

現(xiàn)場平衡就是通過直接測量機器中轉(zhuǎn)子支架的振動，來確定其不平衡量的大小及方位，進而確定應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。例

6-7動平衡機的工作原理剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗(3/3)第十一頁，共16頁。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)量無關(wúguān)的絕對量，用于衡量轉(zhuǎn)子平衡的優(yōu)劣或衡量平衡的檢測精度時，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)量有關的一個相對量。常用于具體(jùtǐ)給定的轉(zhuǎn)子，它比較直觀又便于平衡操作?！?-4轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)的許用不平衡量經(jīng)過平衡實驗的轉(zhuǎn)子，不可防止的還會有一些殘存的不平衡。假設要這種殘存的不平衡量愈小，那么需平衡實驗裝置愈精密、測試手段愈先進和平衡技術愈高。因此，根據(jù)工作要求，對轉(zhuǎn)子規(guī)定適當?shù)脑S用不平衡量是很有必要的。1．許用不平衡量表示方法質(zhì)徑積表示法偏心距表示法兩種表示法的關系：[e]＝[mr]/m第十二頁，共16頁。2．轉(zhuǎn)子的平衡精度等級(děngjí)與許用不平衡量確實定〔1〕轉(zhuǎn)子的平衡精度(jīnɡdù)A和平衡等級，國際(guójì)上已標準化(表6-1)?！?〕轉(zhuǎn)子許用不平衡量確實定表6-1中的轉(zhuǎn)子不平衡量以平衡精度A的形式給出，其值可由下式求得：A＝[e]ω/10000mm/s式中ω為轉(zhuǎn)子的角速度〔rad/s〕。對于靜不平衡的轉(zhuǎn)子，許用不平衡量[e]在選定A值后可由上式求得。對于動不平衡轉(zhuǎn)子，先由表中定出[e]，再求得許用不平衡質(zhì)徑積[mr]＝m[e]，然后將其分配到兩個平衡基面上。轉(zhuǎn)子的許用不平衡量(2/3)第十三頁，共16頁。a轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)的許用不平衡量(2/3)Sb如以下(yǐxià)圖所示，兩平衡基面的許用不平衡質(zhì)徑積可按下式求得[mr]Ⅰ=[mr]b/(a+b)[mr]Ⅱ=[mr]a/(a+b)第十四