機械設(shè)計基礎(chǔ)-機械的調(diào)速和平衡

機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡一、機械平衡的目的及內(nèi)容二、剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算三、剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗第4章機械的平衡一、機械平衡的目的及內(nèi)容1慣性力及其影響2機械平衡的目的3機械平衡的分類4機械平衡的方法機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡1慣性力及其影響運動的構(gòu)件按運動形態(tài)可分為三類：定軸轉(zhuǎn)動、往復(fù)直線運動、復(fù)雜平面運動除：1）等速直線運動的構(gòu)件

2）質(zhì)量分布對其轉(zhuǎn)動軸線完全對稱的等速轉(zhuǎn)動構(gòu)件其它構(gòu)件在運動過程中都將產(chǎn)生慣性力或慣性力偶矩舉例說明不平衡后果：電風(fēng)扇、砂輪磨削、軸的塑性變形產(chǎn)生附加動壓力摩擦、磨損、效率、振動噪音...影響機械的工作精度、可靠性、壽命...造成破壞性事故機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡例：設(shè)偏心質(zhì)量m=10kg，偏心距e=1mm，

=314rad/s則：慣性力：F=me

2=10

1x10-3

3142=986N重量：

G=mg=10

9.8=98N可見：F>>G,

F

慣性力的方向隨構(gòu)件的轉(zhuǎn)動而作周期性變化eFw機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡2機械平衡的目的消除或減少慣性力機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡3機械平衡的分類剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡對長徑比＜1/5的構(gòu)件，作單面平衡剛性轉(zhuǎn)子的動平衡對長徑比＞1/5的構(gòu)件，作雙面平衡撓性轉(zhuǎn)子的平衡剛性轉(zhuǎn)子的平衡：n<(0.6~0.75)nc

例:機床的主軸、齒輪、飛輪...撓性轉(zhuǎn)子的平衡：n>(0.6~0.75)nc、彈性變形不可忽略機構(gòu)的平衡(機構(gòu)在機架上的平衡)

往復(fù)直線運動的構(gòu)件和復(fù)雜平面運動的構(gòu)件m3m1m2FI1FI2FI3mFI機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡4機械平衡的方法(1)平衡設(shè)計設(shè)計階段從結(jié)構(gòu)上采取措施，進行平衡設(shè)計(2)平衡試驗通過試驗的方法加以平衡機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡二、剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算1剛性轉(zhuǎn)子的不平衡類型2剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡計算3偏心質(zhì)量的等效平衡4剛性轉(zhuǎn)子的動平衡計算機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡G1剛性轉(zhuǎn)子的不平衡類型1靜不平衡(b/D1/5)靜平衡平面匯交力系單面平衡2動不平衡(b/D>1/5)動平衡空間力系雙面平衡GF1F2m1m2SF1F2機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡2剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡計算條件：b/D1/5,所有慣性力可認為在同一個平面上慣性力為平面匯交力系：

m1m2m3m4F2F3F1FF4r1r2r3r4mbrbW1W2WbW4W3ab其合力平衡方法：在合力P的反向加mb,使平衡：去重或配重則Fb機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡質(zhì)徑積表達方式平衡方程：F2F3F1FF4m1r1m2r2m3r3m4r4mbrbFb

W1WbW4W3abW2質(zhì)徑積矢量方程解法：1.圖解法：定比例尺

，作質(zhì)徑積矢量圖，量平衡質(zhì)徑積的大小2.解析法：若各不平衡質(zhì)量方向以角度給出質(zhì)徑積矢量方程：質(zhì)徑積矢量方程：機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡靜平衡結(jié)論產(chǎn)生靜不平衡的原因是合慣性力不為零

靜平衡的條件：分布于轉(zhuǎn)子上的各個偏心質(zhì)量的離心慣性力的合力為零，或質(zhì)徑積的向量和為零

對于靜不平衡的剛性轉(zhuǎn)子，無論它有多少個偏心質(zhì)量，只要適當(dāng)增加（或減?。┮粋€平衡質(zhì)量，就能使其獲得平衡。即對靜不平衡的轉(zhuǎn)子，需加平衡質(zhì)量的最少數(shù)目為1F2F3F1FF4m1r1m2r2m3r3m4r4mbrbFb

W1WbW4W3abW2機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡3偏心質(zhì)量的等效平衡力學(xué)基礎(chǔ)：力的平行分解即以P1、P2等效代替P應(yīng)滿足：力等效、力矩等效ＰP1Ｐ2l1l2機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡偏心質(zhì)量的等效平衡平衡條件：對任意一個偏心質(zhì)量，可在另外兩個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)分別安裝平衡質(zhì)量，即可使轉(zhuǎn)子達到平衡。m,rFmb,

rbFb將質(zhì)量m(向徑r)的偏心質(zhì)量用另外兩個平面的質(zhì)量m1(r1),m2(r2)等效代替m2,r2m1,r1F2F1mb1,rb1mb2,rb2Fb1Fb2分別在兩個平面內(nèi)加上平衡質(zhì)量使之靜平衡機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡4剛性轉(zhuǎn)子的動平衡計算條件：b/D>1/5，不能認為質(zhì)量分布在同一平面實例：電動機的轉(zhuǎn)子、汽輪機的轉(zhuǎn)子、多缸內(nèi)燃機曲軸…m3m1m2FFcm

m不能認為質(zhì)量分布在同一平面靜平衡而動不平衡機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡動平衡設(shè)計動平衡條件將所有質(zhì)量向另外兩個平面投影(等效替換),最后在兩個平面內(nèi)加上平衡質(zhì)量使之靜平衡m1m2F1F2m1’,r1’F1’F1’’m1’’,r1’’m2’,r2’F2’m2’’,r2’’F2’’平面1平面2機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡F2F3F1123m2m1m3r2r1r3IIIF2IF3IF2IIF3IIF1IF1IIrImb

IPIrIImb

IIFIILl1l2l3WIW1IW2IW3IW2IIW3IIW1IIWIImbIrI=WI

mbIIrII=WII

平衡平面動平衡設(shè)計圖示機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡動平衡結(jié)論產(chǎn)生動不平衡的原因是合慣性力、合慣性力偶矩均不為零（特殊情況下，合慣性力為零，而合慣性力偶矩不為零）

動平衡的條件：轉(zhuǎn)子上各個質(zhì)量所產(chǎn)生的空間慣性力系的合力及合力偶均為零對于動不平衡的剛性轉(zhuǎn)子，只要分別在選定的兩個平面內(nèi)各加適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量，就能達到完全平衡。即要使轉(zhuǎn)子達到動平衡，所需加的平衡質(zhì)量的最少數(shù)量為2。故動平衡又稱雙面平衡由于動平衡同時滿足靜平衡的條件，故經(jīng)過動平衡的轉(zhuǎn)子一定靜平衡；反之，經(jīng)過靜平衡的轉(zhuǎn)子不一定是動平衡的機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡三、剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗一、靜平衡實驗

常用靜平衡架來平衡回轉(zhuǎn)構(gòu)件二、動平衡實驗

對平衡要求較高的高速回轉(zhuǎn)構(gòu)件，需在動平衡機上作動平衡實驗機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡隨遇平衡1靜平衡實驗刀口式靜平衡架

動畫演示機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡靜平衡實驗（續(xù)）滾輪式靜平衡架Qc動畫演示機械設(shè)計基礎(chǔ)——機械的調(diào)速和平衡2動平衡實驗1.電機2.帶傳動3.萬向聯(lián)軸節(jié)4.