机械原理第八版孙恒第六章机械的平衡
更新时间:2023-08-26 00:13:01 阅读量: 教育文库 文档下载
机械原理第八版孙恒第六章机械的平衡
长江大学工程技术学院机械系
第六章
机械的平衡
§6-1 机械平衡的目的及内容 §6-2 刚性转子的平衡计算 §6-3 刚性转子的平衡实验 §6-4 转子的许用不平衡量 §6-5 挠性转子动平衡简述 §6-6 平面机构的平衡
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机娥平衡的目的及内容
§6-1 机械平衡的目的及内容1. 机械平衡的目的 机械在运转时,构件所生产的不平衡惯性力将在运动副中引 起附加的动压力。 n = 6000 r/min 例 磨削工件的砂轮 FⅠ A S B e=1 mm其方向作周期性变化 FⅠ在转动副中引起的附加反力是砂轮自重的40倍。
S
m=12.5 kg
FⅠ= meω 2 = 5000 N
增大了运动副中摩擦和构件中的内应力,降低了机械效率和 使用寿命,影响机械本身的正常工作,也必将引起机械及其基础 产生强迫振动,甚至产生共振。会导致工作机械及其厂房建筑受 到破坏。
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机娥平衡的目的及内容
机械平衡的目的就是设法将构件的不平衡惯性力加以平衡, 以消除或减少惯性力的不良影响。 机械的平衡是现代机械的一个重要问题。 对于高速高精密机 但某些机械却是利用构件产生的不平衡惯性力所引 械尤为重要; 对于此类机械则是如何合理利用不平衡惯性 起的振动来工作的。 力的问题。 2. 机械平衡的内容 在机械中,由于各构件的结构及其运动形式的不同,其所产生 的惯性力和平衡方法也不同。 (1)转子的平衡 转子的不平衡惯性力可利用在其上增加或除去一部分质量的 方法加以平衡。其实质是通过调节转子自身质心的位臵来达到消 除或减少惯性力的目的。
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机械平衡的目的及内容
1)刚性转子的平衡 刚性转子[n<(0.6~0.75)nc1]的平衡,是按其理论力学中的力学 平衡理论进行的。 静平衡 只要求其惯性力平衡; 动平衡 同时要求其惯性力和惯性力偶矩的平衡。 2)挠性转子的平衡 挠性转子[n≥(0.6~0.75)nc1]的平衡,其平衡是基于弹性梁的 横向振动理论。 (2)机构的平衡
作往复移动或平面复合运动的构件,其所产生的惯性力无法 在该构件上平衡,而必须就整个机构加以平衡。即设法使各运动 构件惯性力的合力和合力偶得到完全地或部分的平衡,以消除或 降低其不良影响。 此类平衡问题为机构的平衡或机械在机座上的 平衡。
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刚性转子的平衡计算
为了使转子得到平衡,在设计时就要根据转子的结构,通过 计算将转子设计成平衡的。 1.刚性转子的静平衡计算 (1)静不平衡转子 对于轴向尺寸较小的盘形转子(b/D <0.2), 其质量可近似认为 分布在同一回转平面内。这时其偏心质量在转子运
转时会产生惯 性力,因这种不平衡现象在转子静态时就可表现出来, 故这类转 子称为静不平衡转子。 ω 回转平面
§6-2 刚性转子的平衡计算
FⅠ AD
m
B
mG
b
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刚性转子的平衡计算
(2)静平衡及其条件 静平衡 对于 静不平衡转子,利用在其上增加或除去一部分 质量,使其质心与回转轴心重合,即可使转子的惯性力得以平衡 的方法。 静平衡的条件 平衡后转子的各偏心质量(包括平衡质量) 的惯性力的合力为零。 即 ΣF=0 (3)静平衡计算
静平衡计算主要是针对由于结构所引起的静不平衡的转子而 进行平衡的计算。 根据其结构,计算确定需增加或除去的平衡质量,使其在设 计时获得静平衡。 例 盘形凸轮的静平衡计算
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刚性转子的平衡计算
2. 刚性转子的动平衡计算 (1)动不平衡转子 对于轴向尺寸较大的转子(b/D≥0.2), 其质量就不能分布在 同一回转平面内,而往往是分布在若干个不同的回转平面内。这 时即使转子的质心在回转轴线上,但各偏心质量所形成的惯性力 偶仍不平衡,而且其作用方位是随转子的回转而变化的。 这种不 平衡只有在转子运转时才能显现出来的,故称此类转子为动不平 衡转子。 (2)动平衡及其条件 动平衡 对于动不平衡转子,通过选定两个回转平面Ⅰ及Ⅱ 作为平衡基面,再分别在这两个面上增加或除去适当的平衡质量, 使转子在运转时各偏心质量所产生的惯性力和惯性力偶矩同时得 以平衡。这种平衡方法称为动平衡。
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刚性转子的平衡计算
例1 内燃机曲轴 例2 双凸轮轴 刚性转子动平衡的条件:各偏心质量(包括平衡质量)产生 的惯性力的矢量和为零,以及这些惯性力所构成的力矩矢量和也 为零, 即
ΣF=0,
ΣM=0
(3)动平衡计算 动平衡计算是针对结构动不平衡转子而进行平衡的计算。即 根据其结构计算确定其上需增加或除去的平衡质量,使其在设计 时获得动平衡。
例3 某印刷机的三凸轮轴的平衡计算
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刚性转子的平衡实验
§6-3 刚性转子的平衡实验(不讲)对于经平衡计算在理论上已经平衡的转子,由于其制造精度 和装配的不精确、材质的不均匀等原因,就会产生新的不平衡。 但这种无法用计算来进行平衡,而只能借助于实验平衡。 平衡实验是用实验的方法来确定出转子的不平衡量的大小和 方位,然后利用增加或除去平衡质量的方法予以平衡。
1.静平衡实验 (1)实验设备
导轨式静平衡仪
滚轮式静平衡仪
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刚性转子的平衡实验
(2)实验方法 先将转子放在平衡仪上,轻轻转动,直至其质心处于最低位 臵时才能停止。此时在质心相反的方向加校正平衡质量,再重新 转动。 反复增减平衡质量,直至呈随遇平衡状态,即转子达到了 静平衡。 (3)实验特点
结构简单、操作方便。能满足一定精度要求,但工作效率低。 对于批量转子静平衡,可采用一种快速测定平衡的单面平衡机。2.动平衡实验 转子的动平衡实验一般需在专用的动平衡机上进行。 (1)实验设备 动平衡实验机主要由驱动系统、支承系统、测量指示系统等 部分组成。 例 光电式动平衡机
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刚性转子的平衡实验
(2)实验原理 目前多数动平衡机是根据振动原理设计的,测振传感器将因 转子转动所引起的振动转换成电信号,通过电子线路加以处理和 放大,最后用仪器显示出被测试转子的不平衡质量矢径积的大小 和方位。 例 动平衡机的工作原理
3.现场平衡对于一些尺寸非常大或转速很高的转子,一般无法在专用动 平衡机上进行平衡。即使可以平衡,但由于装运、蠕变和工作温 度过高或电磁场的影响等原因,仍会发生微小变形而造成不平衡。 在这种情况下,一般可进行现场平衡。 现场平衡 就是通过直接测量机器中转子支架的振动,来确 定其不平衡量的大小及方位,进而确定应增加或减去的平衡质量 的大小及方位,使转子得以平衡。
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转子的许用不平衡量
§6-4 转子的许用不平衡量经过平衡实验的转子,不可避免的还会有一些残存的不平衡。 若要这种残存的不平衡量愈小,则需平衡实验装臵愈精密、测试 手段愈先进和平衡技术愈高。 因此,根据工作要求,对转子规定 适当的许用不平衡量是很有必要的。 1.许用不平衡量表示方法 质径积表示法 转子的许用不平衡质径积以[mr]表示,它是 与转子质量有关的一个相对量。常用于具体给定的转子,它比较 直观又便于平衡操作。 偏心距表示法 转子的质心至回转轴线的许用偏心距以[e]表 示,它是与转子质量无关的绝对量。常用在衡量转子平衡的优劣 或衡量平衡的检测精度时,比较方便。 两种表示法的关系: [e]=[mr] /m
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转子的许用不平衡量
2.转子的平衡精度等级与许用不平衡量的确定(不讲) (2)转子许用不平衡量的确定
(1)转子的平衡精度A和平衡等级G,国际上已标准化(表6-1)。
表6-1中的转子不平衡量以平衡精度A的形式给出,其值可由 下式求得:
A=[e]ω /10000 mm/s式中ω为转子的角速度(rad/s)。 对于静不平衡的转子,许用不平衡量[e]在选定A
值后可由上 式求得。 对于动不平衡转子,先由表中定出[e],再求得许用不平衡质 径积[mr]=m[e],然后在将其分配到两个平衡基面上。
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转子的许用不平衡量
如下图所示,两平衡基面的许用不平衡质径积可按下式求得 [mr]Ⅰ=[mr]b/(a+b) [mr]Ⅱ=[mr]a/(a+b)Ⅰ Ⅱ
S
Ⅰ
a
b
Ⅱ
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平面机构的平衡
§6-6 平面机构的平衡机构的平衡,由于机构各构件在运动时所产生的惯性力可以 简化为一个通过质心的总惯性力和总惯性力偶矩,并全部由基座 承受。所以,平面机构的平衡就要设法平衡这个总惯性力和总惯 性力偶矩。 机构平衡的条件 矩应分别为零。即 作用于机构质心的总惯性力和总惯性力偶 F=0 , M=0
通常,对机构只进行总惯性力的平衡,所以欲使机构总惯性 力为零,应使机构的质心加速度为零,即应使机构的质心静止不 动。
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平面机构的平衡
1.完全平衡 机构的完全平衡是指机构的总惯性力恒为零。为了达到机构 的完全平衡的目的,可此采用如下措施:
(1)利用对称机构平衡(2)利用平衡质量平衡 例1 铰链四杆机构的完全平衡 例2 曲柄滑块机构的完全平衡 研究表明 完全平衡n个构件的单自由度机构的惯性力,应 至少加 n/2个平衡质量,这样就使机构的质量大大增加。所以一 般不采用这种方法,而多采用部分平衡的方法。 结论 采用完全平衡法,平衡效果很好。但会使机构的质量 或体积大为增加,故一般采用部分平衡法。
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平面机构的平衡
2.部分平衡 机构的部分平衡是对机构的总惯性力只需平衡其中的一部分 的平衡。机构的部分平衡有以下几种方法。 (1)利用平衡机构平衡 例1 曲柄滑块机构的部分平衡 例2 铰链四杆机构的部分平衡 (2)利用平衡质量平衡 (3)利用弹簧平衡 结论 采用往复惯性力的部分平衡法,既可减少惯性力的影 响,又可减少需加的平衡质量。一般对机械的工作较为有利。
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