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1、,机械设计基础机械的调速和平衡,一、机械平衡的目的及内容 二、刚性转子的平衡计算 三、刚性转子的平衡实验,第4章 机械的平衡,一、机械平衡的目的及内容,1 惯性力及其影响 2 机械平衡的目的 3 机械平衡的分类 4 机械平衡的方法,机械设计基础机械的调速和平衡,1 惯性力及其影响,运动的构件按运动形态可分为三类： 定轴转动、往复直线运动、复杂平面运动 除：1）等速直线运动的构件 2）质量分布对其转动轴线完全对称的等速转动构件 其它构件在运动过程中都将产生惯性力或惯性力偶矩 举例说明 不平衡后果：电风扇、砂轮磨削、轴的塑性变形 产生附加动压力 摩擦、磨损、效率、振动噪音. 影响机械的工作精度、可
2、靠性、寿命. 造成破坏性事故,机械设计基础机械的调速和平衡,例：,设偏心质量m=10kg，偏心距e =1mm，=314 rad/s 则： 惯性力：F = me2=101x10-33142=986 N 重量： G = mg=10 9.8=98 N 可见 ：FG, F 惯性力的方向随构件的转动而作周期性变化,机械设计基础机械的调速和平衡,2 机械平衡的目的,消除或减少惯性力,机械设计基础机械的调速和平衡,3 机械平衡的分类,刚性转子的静平衡 对长径比1/5的构件，作单面平衡 刚性转子的动平衡 对长径比1/5的构件，作双面平衡 挠性转子的平衡 刚性转子的平衡： n(0.60.75)nc、弹性变形不可
3、忽略 机构的平衡(机构在机架上的平衡) 往复直线运动的构件和复杂平面运动的构件,机械设计基础机械的调速和平衡,4 机械平衡的方法,(1) 平衡设计 设计阶段从结构上采取措施，进行平衡设计 (2) 平衡试验 通过试验的方法加以平衡,机械设计基础机械的调速和平衡,二、刚性转子的平衡计算,1 刚性转子的不平衡类型 2 刚性转子的静平衡计算 3 偏心质量的等效平衡 4 刚性转子的动平衡计算,机械设计基础机械的调速和平衡,1 刚性转子的不平衡类型,1 静不平衡 (b /D 1/5) 静平衡 平面汇交力系 单面平衡,2 动不平衡 (b/D1/5) 动平衡 空间力系 双面平衡,机械设计基础机械的调速和平衡,
4、2 刚性转子的静平衡计算,条件：b /D 1/5, 所有惯性力可认为在同一个平面上 惯性力为平面汇交力系：,W1,W2,Wb,W4,W3,其合力,平衡方法：在合力P的反向加mb, 使,平衡：去重或配重,则,机械设计基础机械的调速和平衡,质径积表达方式,平衡方程：,质径积矢量方程解法： 1. 图解法：定比例尺，作质径积矢量图，量平衡质径积的大小 2. 解析法：若各不平衡质量方向以角度给出,质径积矢量方程：,质径积矢量方程：,机械设计基础机械的调速和平衡,静平衡结论,产生静不平衡的原因是合惯性力不为零 静平衡的条件：分布于转子上的各个偏心质量的离心惯性力的合力为零，或质径积的向量和为零 对于静不平
5、衡的刚性转子，无论它有多少个偏心质量，只要适当增加（或减小）一个平衡质量，就能使其获得平衡。即对静不平衡的转子，需加平衡质量的最少数目为1,机械设计基础机械的调速和平衡,3 偏心质量的等效平衡,力学基础：力的平行分解 即以P1、P2等效代替P 应满足：力等效、力矩等效,机械设计基础机械的调速和平衡,偏心质量的等效平衡,平衡条件：,对任意一个偏心质量，可在另外两个回转平面内分别安装平衡质量，即可使转子达到平衡。,将质量m(向径r)的偏心质量用另外两个平面的质量m1(r1),m2(r2)等效代替,分别在两个平面内加上平衡质量使之静平衡,机械设计基础机械的调速和平衡,4 刚性转子的动平衡计算,条件：
6、b /D 1/5，不能认为质量分布在同一平面 实例：电动机的转子、汽轮机的转子、多缸内燃机曲轴,不能认为质量分布在同一平面,静平衡而动不平衡,机械设计基础机械的调速和平衡,动平衡设计,动平衡条件,将所有质量向另外两个平面投影(等效替换), 最后在两个平面内加上平衡质量使之静平衡,平面1,平面2,机械设计基础机械的调速和平衡,mbIrI=WI,mbIIrII=WII,动平衡设计图示,机械设计基础机械的调速和平衡,动平衡结论,产生动不平衡的原因是合惯性力、合惯性力偶矩均不为零（特殊情况下，合惯性力为零，而合惯性力偶矩不为零） 动平衡的条件：转子上各个质量所产生的空间惯性力系的合力及合力偶均为零 对
7、于动不平衡的刚性转子，只要分别在选定的两个平面内各加适当的平衡质量，就能达到完全平衡。即要使转子达到动平衡，所需加的平衡质量的最少数量为2。故动平衡又称双面平衡 由于动平衡同时满足静平衡的条件，故经过动平衡的转子一定静平衡；反之，经过静平衡的转子不一定是动平衡的,机械设计基础机械的调速和平衡,三、刚性转子的平衡实验,一、静平衡实验 常用静平衡架来平衡回转构件 二、动平衡实验 对平衡要求较高的高速回转构件，需在动平衡机上作动平衡实验,机械设计基础机械的调速和平衡,随遇平衡,1 静平衡实验,刀 口 式 静 平 衡 架,动画演示,机械设计基础机械的调速和平衡,静平衡实验（续）,滚 轮 式 静 平 衡 架,动画演示,机械设计基础机械的调速和平衡,2 动平衡实验,1. 电机 2. 带传动 3. 万向联轴节 4. 试件 5-6. 传感器 7. 解算电路 8. 选频放大器 9. 仪表 10. 整形放大器 11. 鉴相器 12. 光电头 13. 整形放大器 14. 相位标记 15. 相位表,机械设计基础机械的调速和平衡,
