第5章機械的平衡設(shè)計與實驗課件

第5章機械(jīxiè)的平衡設(shè)計與實驗ppt課件第一頁，共39頁。一、基本(jīběn)要求掌握剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計；掌握剛性轉(zhuǎn)子的動平衡設(shè)計；理解剛性轉(zhuǎn)子平衡實驗的原理及方法；理解平衡精度的概念(gàiniàn)及其表示方法。了解平面機構(gòu)的平衡原理及方法。第二頁，共39頁。二、基本概念和基礎(chǔ)知識機械平衡的目的和分類剛性(ɡānɡxìnɡ)轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計剛性(ɡānɡxìnɡ)轉(zhuǎn)子的平衡實驗平衡精度平面機構(gòu)的平衡第三頁，共39頁。機械平衡(pínghéng)的目的和分類研究機械平衡的目的就是根據(jù)(gēnjù)慣性力的變化規(guī)律，采用平衡設(shè)計和平衡實驗方法，消除或減少構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力，減輕機械振動，降低噪聲污染，提高機械系統(tǒng)的工作性能和使用壽命。機械的平衡問題可分為轉(zhuǎn)子的平衡和機構(gòu)的平衡。對于繞固定軸轉(zhuǎn)動的構(gòu)件（即轉(zhuǎn)子）上慣性力的平衡，稱為轉(zhuǎn)子的平衡。轉(zhuǎn)子分為剛性轉(zhuǎn)子和撓性轉(zhuǎn)子兩種。對于作往復(fù)移動的構(gòu)件和作平面復(fù)合運動的構(gòu)件，只能就整個機構(gòu)進行研究，使各運動構(gòu)件慣性力的合力和合力偶作用在機架上，最終由機械的基礎(chǔ)承擔，故此類平衡問題又稱為機械在機座上的平衡或機構(gòu)的平衡。第四頁，共39頁。剛性(ɡānɡxìnɡ)轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(1)剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計剛性轉(zhuǎn)子靜平衡設(shè)計的關(guān)鍵問題是找出轉(zhuǎn)子在該平面上應(yīng)加或應(yīng)減重的大小(dàxiǎo)與方位，平衡原理是轉(zhuǎn)子上各不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力與所加配重（或所減配重）所產(chǎn)生的離心慣性力的合力為零。第五頁，共39頁。剛性(ɡānɡxìnɡ)轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計(1)剛性轉(zhuǎn)子的動平衡設(shè)計對剛性轉(zhuǎn)子進行動平衡設(shè)計，要求轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)時各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力和慣性力偶矩同時得以平衡。剛性轉(zhuǎn)子的動平衡設(shè)計，應(yīng)先按其結(jié)構(gòu)形狀及尺寸，確定出各個不同回轉(zhuǎn)平面內(nèi)各不平衡質(zhì)量的大小(dàxiǎo)和方位，然后根據(jù)力的平行分解原理，將各不平衡質(zhì)量的質(zhì)徑積向任意選定的兩個平衡基面上分解，再分別按每個平衡基面建立各質(zhì)徑積的平衡方程式，最后用圖解法或解析法求解出這兩個平衡基面上應(yīng)加平衡質(zhì)量的質(zhì)徑積的大小(dàxiǎo)和方位。第六頁，共39頁。剛性轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)的平衡實驗對于寬徑比b/d≤0.2的剛性轉(zhuǎn)子，可進行靜平衡實驗。靜平衡實驗的原理是重心居下的道理。將一個具有偏心質(zhì)量的圓盤狀轉(zhuǎn)子放在靜平衡支架上，偏心重對其轉(zhuǎn)動中心會產(chǎn)生一個重力矩Gl，并驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，直到(zhídào)重心位于正下方才會停止。進行靜平衡實驗時，首先調(diào)整好支架的水平狀態(tài)，然后將轉(zhuǎn)子軸頸放置在支架的一端，輕輕使轉(zhuǎn)子向另一端滾動，待其靜止時，在正上方作一標記，然后再使轉(zhuǎn)子反方向滾動，若轉(zhuǎn)子仍在上次附近靜止，說明該位置時的質(zhì)心位于轉(zhuǎn)子軸線的下方。在其上方加一配重或在下方減一配重。再反復(fù)試驗，直到(zhídào)該轉(zhuǎn)子在任意位置都能靜止，說明轉(zhuǎn)子的重心與其回轉(zhuǎn)軸線趨于重合。第七頁，共39頁。剛性轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)的平衡實驗對于寬徑比b/d≥0.2的剛性轉(zhuǎn)子，需進行動平衡實驗。剛性轉(zhuǎn)子的動平衡實驗要在動平衡機上進行。轉(zhuǎn)子不平衡而產(chǎn)生的離心(líxīn)慣性力和慣性力偶矩，將使轉(zhuǎn)子的支承產(chǎn)生強迫振動，轉(zhuǎn)子支承處振動的強弱反映了轉(zhuǎn)子的不平衡情況。各類動平衡機的工作原理都是通過測量轉(zhuǎn)子支承處的振動強度和相位來測定轉(zhuǎn)子不平衡量的大小與方位的。由于可在兩個選定的平面上加重或減重進行動平衡，所以通過測量兩個支承處的振動就可以知道兩平面的平衡結(jié)果。第八頁，共39頁。平衡(pínghéng)精度轉(zhuǎn)子的許用不平衡量有兩種表示方法，即質(zhì)徑積表示法和偏心距表示法。許用不平衡質(zhì)徑積以[mr]表示，轉(zhuǎn)子質(zhì)心距離回轉(zhuǎn)軸線的許用偏心距以[e]表示。兩者的關(guān)系為[e]=[mr]/m偏心距是一個與轉(zhuǎn)子質(zhì)量無關(guān)的絕對量，而質(zhì)徑積是與轉(zhuǎn)子質(zhì)量有關(guān)的相對量。通常，對于具體給定的轉(zhuǎn)子，用許用不平衡質(zhì)徑積較好，因為它直觀，便于平衡操作，缺點是不能反映轉(zhuǎn)子和平衡機的平衡精度(jīnɡdù)。而為了便于比較，在衡量轉(zhuǎn)子平衡的優(yōu)劣或衡量平衡的精度(jīnɡdù)時，用許用偏心距較好。第九頁，共39頁。平面(píngmiàn)機構(gòu)的平衡機構(gòu)(jīgòu)慣性力的平衡方法：（1）完全平衡：使機構(gòu)(jīgòu)的總慣性力恒為零，可采用下述措施：①利用對稱機構(gòu)(jīgòu)平衡；②利用平衡質(zhì)量平衡。（2）部分平衡：只平衡掉機構(gòu)(jīgòu)總慣性力的一部分，可采用下述措施：①利用非完全對稱機構(gòu)(jīgòu)平衡；②利用平衡質(zhì)量部分平衡；③利用彈簧平衡。第十頁，共39頁。三、學習重點(zhòngdiǎn)及難點剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡剛性轉(zhuǎn)子的動平衡平衡實驗(shíyàn)平面機構(gòu)的平衡第十一頁，共39頁。四、例題(lìtí)精選(例1、例2、例3、例4）例1圖示非均質(zhì)轉(zhuǎn)子中，已知偏心質(zhì)量為m1=3g,m2=4g,m3=5g,它們的位置半徑為r1=r2=r3=100mm;軸向分布(fēnbù)尺寸為l1=100mm,l2=120mm,l3=320mm,l4=340mm;角度參數(shù)為α1=60°,α2=130°,α3=240°。取平衡的配重基面為Ⅰ和Ⅱ，配重質(zhì)量的質(zhì)心回轉(zhuǎn)半徑rⅠ＝rⅡ＝100mm。試計算：平衡配重質(zhì)量mⅠ和mⅡ的大小(dàxiǎo)和平衡方位；第十二頁，共39頁。解題(jiětí)要點：此題屬動平衡計算問題。實現(xiàn)動平衡的條件是在平衡基面Ⅰ、Ⅱ內(nèi)所加平衡質(zhì)量及m1、m2、m3所產(chǎn)生的慣性力的矢量之和為零，且它們所構(gòu)成的力偶矩矢量和也為零。動平衡計算方法是：首先將各偏心質(zhì)量的質(zhì)徑積按質(zhì)量代換法分配到兩個平衡基面上；再分別列兩個平衡基面上的質(zhì)徑積平衡方程，選定質(zhì)徑積比例尺，作質(zhì)徑積矢量多邊形，求出平衡質(zhì)徑積的大小和方位。第十三頁，共39頁。解①質(zhì)徑積分(jīfēn)解第十四頁，共39頁。第十五頁，共39頁。第十六頁，共39頁。解題(jiětí)要點：不平衡質(zhì)量在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生慣性力Pi＝miω2ri，所有的慣性力在軸承支座處的反力即動壓力。慣性力的平衡，不但要使平衡質(zhì)量mb產(chǎn)生的慣性力與mA、mB的慣性力相平衡，還要使它們的力矩平衡。第十七頁，共39頁。1.慣性力PA=mAω2rA=0.04ω2N方向(fāngxiàng)向上PB=mBω2rB=0.06ω2N方向(fāngxiàng)向下∑MD=PA·lⅠD－PB（lⅠD+lⅠⅡ）＋RC（lⅠD＋lⅠⅡ＋lⅡC）＝0解第十八頁，共39頁。2.因為mA與mB位于同一軸截面上，Pb+PA=PB，Pb=0.02ω2N，方向向上(xiàngshàng)；又因為Pb=mbω2rb，所以截面(jiémiàn)Ⅲ在Ⅱ面與C之間，距Ⅱ面400mm。第十九頁，共39頁。例3:圖示盤形回轉(zhuǎn)件上存在三個偏置質(zhì)量，設(shè)所有不平衡質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，問應(yīng)在什么方位上加多大的平衡質(zhì)徑積才能(cáinéng)達到平衡？已知：試求：應(yīng)在什么(shénme)方位上加多大的平衡質(zhì)徑積才能達到平衡？，

第二十頁，共39頁。r1與r3共線(ɡònɡxiàn)，可代數(shù)相加解平衡條件：

第二十一頁，共39頁。所以(suǒyǐ)依次作矢量，封閉矢量即所求。

第二十二頁，共39頁。例4:回轉(zhuǎn)(huízhuǎn)體上有三質(zhì)量：繞z軸等角速度旋轉(zhuǎn):其余尺寸如圖示。試求：應(yīng)在平面Ⅰ和Ⅱ處各加多大平衡(pínghéng)質(zhì)量才能得到動平衡(pínghéng)(設(shè)平衡(pínghéng)質(zhì)量mbⅠ和mbⅡ離轉(zhuǎn)動軸線的距離rbⅠ和rbⅡ為rbⅠ=rbⅡ=100mm。

第二十三頁，共39頁。解第二十四頁，共39頁。取，由矢量圖得：因此(yīncǐ)方向如圖所示。第二十五頁，共39頁。五、試題(shìtí)自測及答案(1、2、3、4、5）1.圖示兩個回轉(zhuǎn)構(gòu)件(gòujiàn)是否符合靜平衡條件？是否符合動平衡條件？為什么？第二十六頁，共39頁。圖a所示轉(zhuǎn)子(zhuànzǐ)符合靜平衡條件，但不符合動平衡條件。原因：解但慣性(guànxìng)力偶矩不等于0。圖b所示轉(zhuǎn)子符合動平衡條件(tiáojiàn)。原因：m1與m3慣性力合力與m2慣性力等值共線反向。慣性力偶矩等于0。第二十七頁，共39頁。2.圖示剛性轉(zhuǎn)子是否(shìfǒu)符合動平衡條件，為什么？第二十八頁，共39頁。平面(píngmiàn)m1處：平面(píngmiàn)m4處：所以，符合動平衡條件。解第二十九頁，共39頁。3.圖示一盤形回轉(zhuǎn)體，其上有四個不平衡質(zhì)量，它們的大小(dàxiǎo)及質(zhì)心到回轉(zhuǎn)軸線的距離分別為：試計算：欲使該回轉(zhuǎn)(huízhuǎn)體滿足靜平衡條件，需加平衡質(zhì)徑積的大小和方位。，，，，，，，

第三十頁，共39頁。方向與水平(shuǐpíng)夾角即與夾角為450。解(方向(fāngxiàng)向上);(方向(fāngxiàng)向右);(方向(fāngxiàng)向下);(方向(fāngxiàng)向左).由圖量得第三十一頁，共39頁?；蛴糜嬎?jìsuàn)法求得：與m2r2夾角θb=135o第三十二頁，共39頁。4.圖示回轉(zhuǎn)構(gòu)件中有兩個不平衡(pínghéng)質(zhì)量m1和m2，T’和T”為選定的校正平面，已知：擬在兩平面內(nèi)半徑r=150mm圓周上配置(pèizhì)平衡質(zhì)量mb’和mb”。試求：mb’和mb”的大小(dàxiǎo)和相位(從ox軸正向測量)。第三十三頁，共39頁。解

第三十四頁，共39頁。

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第三十五頁，共39頁。5.圖示為一回轉(zhuǎn)體，其上有不平衡質(zhì)量(zhìliàng)m1＝1kg，m2=2kg，與轉(zhuǎn)動軸線的距離分別為r1=300mm，r2=150mm。試求:試計算在P、Q兩平衡(pínghéng)校正面上應(yīng)加的平衡(pínghéng)質(zhì)徑積(mbrb)P和(mbrb)Q的大小和方位。第三十六頁，共39頁。解

第三十七頁，共39頁。由矢量圖可得：T‘平面(píngmiàn)平衡質(zhì)徑積:T"平面(píngmiàn)平衡質(zhì)徑積:解得：

第三十八頁，共39頁。內(nèi)容(nè