新版机械原理电子教案市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

刚性转子平衡计算刚性转子平衡计算 刚性转子平衡试验刚性转子平衡试验转子许用不平衡量转子许用不平衡量 平面机构平衡平面机构平衡 掌握刚性转子静、动平衡原理和方法；掌握刚性转子静、动平衡原理和方法；了解平面四杆机构平衡原理。了解平面四杆机构平衡原理。本章教学目本章教学内容本章教学内容第十一章第十一章 机械平衡机械平衡本讲重点：本讲重点：刚性转子静、动平衡原刚性转子静、动平衡原理和方法理和方法第1页11-1 11-1 机械平衡目标及内容机械平衡目标及内容一、机械平衡目标一、机械平衡目标设法将构件不平衡惯性力加以消除或降低。设法将构件不平衡惯性力加以消除或降低。二、机械平衡内容二、机械平衡内容1.1.绕固定由回转构件惯性力平衡绕固定由回转构件惯性力平衡1）刚性转子平衡）刚性转子平衡（1）静平衡：只要求惯性力到达平衡；静平衡：只要求惯性力到达平衡；（2）动平衡：要求惯性力和惯性力矩都到达平衡。）动平衡：要求惯性力和惯性力矩都到达平衡。2）挠性转子平衡：转子在工作过程中会产生较大弯曲变）挠性转子平衡：转子在工作过程中会产生较大弯曲变形，从而使其惯性力显著增大。形，从而使其惯性力显著增大。2.2.机构平衡：对整个机构加以研究，设法使各运动构件机构平衡：对整个机构加以研究，设法使各运动构件惯性力协力和协力偶到达完全地或部分平衡。惯性力协力和协力偶到达完全地或部分平衡。第2页11-2 11-2 刚性转子平衡计算刚性转子平衡计算一、刚性转子静平衡计算一、刚性转子静平衡计算1.静不平衡静不平衡 指质心不在回转轴线上轴向尺寸较小盘状转子指质心不在回转轴线上轴向尺寸较小盘状转子（b/D0.2），在转动时其偏心质量就会产生离心惯性力，），在转动时其偏心质量就会产生离心惯性力，从而在运动副中引发附加动压力不平衡现象。从而在运动副中引发附加动压力不平衡现象。2.静平衡设计静平衡设计 指经过在转子上增加或除去一部分质量，使质心与回转指经过在转子上增加或除去一部分质量，使质心与回转轴心重合以消除惯性力不利影响平衡设计方法。轴心重合以消除惯性力不利影响平衡设计方法。第3页一、刚性转子静平衡计算（续）一、刚性转子静平衡计算（续）如图为一盘状转子。已知如图为一盘状转子。已知m1和和m2和和r1和和r2v为平衡这些离心惯性力，在转子上加一平衡质量为平衡这些离心惯性力，在转子上加一平衡质量mb，使使Pb与与Pi相平衡，即：相平衡，即：矢径矢径riv当转子以角速度当转子以角速度w w回转时，各偏心质回转时，各偏心质量所产生离心惯性力为：量所产生离心惯性力为：质径积质径积miri 平衡质径积平衡质径积mbrb大小和方位可依据上式用图解法求出。大小和方位可依据上式用图解法求出。1）分析与计算）分析与计算第4页（1）静平衡条件：分布于转子上各个偏心质量离心惯性）静平衡条件：分布于转子上各个偏心质量离心惯性力协力为零或质径积向量和为零。力协力为零或质径积向量和为零。（2）对于静不平衡转子，不论它有多少个平衡质量，都）对于静不平衡转子，不论它有多少个平衡质量，都只需在同一平衡面内增加或除去一个平衡质量就能够取得只需在同一平衡面内增加或除去一个平衡质量就能够取得平衡，平衡，-单面平衡。单面平衡。v求出求出mbrb后，能够依据转子结构选定后，能够依据转子结构选定rb，即可，即可定出平衡质量定出平衡质量mb。v 也可在也可在rb反方向反方向rb处除去一部分质量处除去一部分质量mb来使转子得到平衡，只要确保来使转子得到平衡，只要确保mbrb=mbrb即可。即可。一、刚性转子静平衡计算（续）一、刚性转子静平衡计算（续）2）结论）结论第5页v对于对于b/D 0.2转子，其质量不能再视为分布在同一平面内，转子，其质量不能再视为分布在同一平面内，即使质心在回转轴线上，因为各惯性力不在同一回转平面即使质心在回转轴线上，因为各惯性力不在同一回转平面内，所形成惯性力偶仍使转子处于不平衡状态。内，所形成惯性力偶仍使转子处于不平衡状态。二、刚性转子动平衡计算二、刚性转子动平衡计算1.动不平衡动不平衡v动不平衡：只有在转子运动情况下才显现出来不动不平衡：只有在转子运动情况下才显现出来不 平平衡。衡。第6页v当转子以角速度当转子以角速度w w 回转时，各偏心质量所产生离回转时，各偏心质量所产生离心惯性力心惯性力将形成一空间力系。将形成一空间力系。二、刚性转子动平衡计算（续）二、刚性转子动平衡计算（续）2.动平衡计算动平衡计算 如图为一长转子。已知如图为一长转子。已知m1，m2和和m3以及以及r1，r2和和r3。转子动平衡条件是：转子动平衡条件是：P=0 M=0 1）分析与计算）分析与计算第7页（3）在平衡基面）在平衡基面I及及II内适当地各加一平衡质量，分别使两内适当地各加一平衡质量，分别使两个基面内惯性力之和分别为零，则转子到达动平衡。个基面内惯性力之和分别为零，则转子到达动平衡。二、刚性转子动平衡计算（续）二、刚性转子动平衡计算（续）（1）将力）将力P分解为相互平行分解为相互平行两个分力：两个分力：（2）选定两个回转平面）选定两个回转平面I及及II作为平衡基面，将各离心惯性作为平衡基面，将各离心惯性力分别分解到平衡基面力分别分解到平衡基面I及及II内内将将P1,P2 和和 P3分解为平衡基面分解为平衡基面I 内内P1,P2 ,P3 和和平衡平衡基面基面II内内 P1,P2 ,P3 空间力系转化为两个平面汇交空间力系转化为两个平面汇交力系。力系。第8页二、刚性转子动平衡计算（续）二、刚性转子动平衡计算（续）平衡基面平衡基面I及及II内平衡质内平衡质量大小和方位确实定同静量大小和方位确实定同静平衡计算方法。平衡计算方法。分别列出基面分别列出基面I及及II内平衡条件；内平衡条件；（1）动平衡条件：当转子转动时，转子分布在不一样平）动平衡条件：当转子转动时，转子分布在不一样平面内各个质量所产生空间离心惯性力系协力和协力矩均为面内各个质量所产生空间离心惯性力系协力和协力矩均为零。零。选取适当百分比尺，用图解法求出选取适当百分比尺，用图解法求出mb rb 和和mb II rb II；依据转子结构选定依据转子结构选定rb 和和rb II，定出平衡基面，定出平衡基面I及及II内平衡内平衡质量质量mb 和和mb II。2）结论）结论第9页二、刚性转子动平衡计算（续）二、刚性转子动平衡计算（续）（2）对于动不平衡刚性转子，不论它有多少个偏心质）对于动不平衡刚性转子，不论它有多少个偏心质量，以及分布在多少个回转平面内，都只需在选定两个量，以及分布在多少个回转平面内，都只需在选定两个平衡基面内增加或除去一个适当平衡质量，就能够使转平衡基面内增加或除去一个适当平衡质量，就能够使转子取得动平衡。子取得动平衡。-双面平衡。双面平衡。（3）动平衡同时满足静平衡条件）动平衡同时满足静平衡条件经过动平衡转子一经过动平衡转子一定静平衡；反之，经过静平衡转子不一定动平衡。定静平衡；反之，经过静平衡转子不一定动平衡。第10页例例1:已知：已知：依据平衡条件有：依据平衡条件有：作质径积多边形作质径积多边形解解:第11页基面基面I：基面基面II：例例1（续）（续）第12页三、转子平衡精度三、转子平衡精度 转子要完全平衡是不可能，子要完全平衡是不可能，实际上，也不需要上，也不需要过高要求高要求转子平衡精度，而子平衡精度，而应以以满足足实际工作要求工作要求为度。度。为此，此，对不一不一样工作要求工作要求转子要求了不一子要求了不一样许用不平衡量，即用不平衡量，即转子子残余不平衡量。残余不平衡量。许用不平衡量有两种表示方法用不平衡量有两种表示方法：1.用用质径径积mr（单位位g.mm）表示）表示2.用偏心距用偏心距e(单位位mm)表示表示 e=mr/m第13页 11-3 11-3 刚性转子平衡试验刚性转子平衡试验一、静平衡试验一、静平衡试验第14页一、静平衡试验（续）一、静平衡试验（续）第15页二、动平衡试验二、动平衡试验第16页11-4 11-4 平面机构平衡平面机构平衡v 当机构中存在作往复运动和平面复合运动构件时，当机构中存在作往复运动和平面复合运动构件时，这些构件在运动中产生惯性力和惯性力矩不可能像这些构件在运动中产生惯性力和惯性力矩不可能像转子那样在构件本身上给予平衡，必须对整个机构转子那样在构件本身上给予平衡，必须对整个机构进行平衡。进行平衡。v机构平衡条件是：经过机构质心总惯性力和总惯机构平衡条件是：经过机构质心总惯性力和总惯性力偶矩性力偶矩M分别为零，即：分别为零，即：P=0 M=0第17页一、平面机构惯性力平衡条件一、平面机构惯性力平衡条件v对于活动构件总质量为对于活动构件总质量为m、总质心总质心S加速度为加速度为as机构，要使机构，要使机架上总惯性力机架上总惯性力P 平衡，必须满足：平衡，必须满足：as=0机构总质心机构总质心S 匀速直线运动或静止不动。匀速直线运动或静止不动。欲使欲使as=0,就得设法使总就得设法使总质心质心S 静止不动。静止不动。v设计机构时，能够经过构件合理布置、加平衡质量或加设计机构时，能够经过构件合理布置、加平衡质量或加平衡机构方法使机构总惯性力得到完全或部分平衡。平衡机构方法使机构总惯性力得到完全或部分平衡。第18页二、机构惯性力完全平衡二、机构惯性力完全平衡1.利用对称机构平衡：利用对称机构平衡：平衡效果很好，平衡效果很好，但使机但使机构体积增大。构体积增大。完全平衡：使机构总惯性力恒为完全平衡：使机构总惯性力恒为0。惯用方法有：。惯用方法有：第19页二、机构惯性力完全平衡（续）二、机构惯性力完全平衡（续）2.利用平衡质量平衡利用平衡质量平衡v将构件将构件2m2用集中于用集中于B、C 两点两个质量代换；两点两个质量代换；v在构件在构件1和和3延长线上各加一平衡质量，使其质心分别延长线上各加一平衡质量，使其质心分别移到固定轴移到固定轴A和和D处：处：m=(m2BlAB+m1lAS1)/rm=(m2ClDC+m3lDS3)/rm2B=m2 lCS2/lBCm2C=m2lBS2/lBC1）四杆机构完全平衡）四杆机构完全平衡第20页二、机构惯性力完全平衡（续）二、机构惯性力完全平衡（续）2.利用平衡质量平衡利用平衡质量平衡v加上加上m和和m后，能够认为在后，能够认为在A和和D处处罚别集中了两个质量罚别集中了两个质量mA和和mD:机构总质心机构总质心S 静止不动，静止不动，as=0机构惯性力得到完全平衡。机构惯性力得到完全平衡。第21页2）曲柄滑块机构完全平衡）曲柄滑块机构完全平衡二、机构惯性力完全平衡（续）二、机构惯性力完全平衡（续）v 进行质量代换，得到进行质量代换，得到A、B、C三点集中质量三点集中质量mA、mB和和mC；v 在构件在构件2延长线上加平衡质量延长线上加平衡质量m，使，使m和和mC总质心移总质心移至至B点；点；v 在构件在构件1延长线上加平衡质量延长线上加平衡质量m，使机构总质心移至，使机构总质心移至固定点固定点A。整个机构惯性力到达完全平衡。整个机构惯性力到达完全平衡。上述方法因为加装了若干个平衡质量，大大增加机构质上述方法因为加装了若干个平衡质量，大大增加机构质量，尤其是把平衡质量装在连杆上时更为不利。量，尤其是把平衡质量装在连杆上时更为不利。3）缺点：）缺点：第22页三、机构惯性力部分平衡三、机构惯性力部分平衡1.利用非完全对称机构平衡利用非完全对称机构平衡 只平衡机构中总惯性力一部分。惯用方法有：只平衡机构中总惯性力一部分。惯用方法有：第23页三、机构惯性力部分平衡（续）三、机构惯性力部分平衡（续）2.利用平衡质量平衡利用平衡质量平衡1）将连杆质量）将连杆质量 m2用集中于用集中于B点和点和C点质量点质量m2B和和m2C来代替，来代替，将曲柄质量用集中于点将曲柄质量用集中于点B和点和点A质量质量m1B和和m1A来代替。来代替。2）PB平衡：在平衡：在AB延长线上加一平衡质量延长线上加一平衡质量m 第24页三、机构惯性力部分平衡（续）三、机构惯性力部分平衡（续）vm所产生惯性力在水平和铅垂方向分力分别为：所产生惯性力在水平和铅垂方向分力分别为：Ph =-mw w 2r cosj j=-mC w w2 lAB cosj jPv =-mw w2 r sinj j=-mC w w2 lAB sinj jvPh=-PCPh能够将能够将mc产生往复惯性力产生往复惯性力PC平衡掉。平衡掉。v在曲柄延长线上在曲柄延长线上离离 A点为点为r地方再加地方再加一质量一质量m,使：使：3）PC平衡：平衡：PC大小随曲柄转角不一样而不一样。大小随曲柄转角不一样而不一样。第25页三、机构惯性力部分平衡（续）三、机构惯性力部分平衡（续）Pv=-mw2rsinj j=-mCw2lABcosj jv新不平衡力新不平衡力Pv，对机构也会产生不利影响。对机构也会产生不利影响。v降低降低Pv不利影响方法：不利影响方法：只平衡部分往复惯性力只平衡部分往复惯性力。在减小往复惯性力在减小往复惯性力PC同时，同时，使使Pv不至于太大。不至于太大。对机械工作较为有利，结构设计也较为简便。农业机对机械工作较为有利，结构设计也较为简便。农业机械设计中，常采取这种平衡方法。械设计中，常采取这种平衡方法。第26页三、机构惯性力部分平衡（续）三、机构惯性力部分平衡（续）3.利用弹簧平衡利用弹簧平衡 经过合理选择弹簧刚度系数经过合理选择弹簧刚度系数 k 和弹簧安装位置，能够和弹簧安装位置，能够使连杆使连杆BC惯性力得到部分平衡。惯性力得到部分平衡。第27页