第13章機械的平衡

1、1.研究機械平衡的目的13.1機械平衡概述 研究機械平衡的目的就是根據(jù)慣性力的變化規(guī)律，進行平衡設(shè)計和平衡實驗，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，提高機械系統(tǒng)的工作性能和使用壽命。(1)剛性轉(zhuǎn)子的平衡工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子本身彈性變形可以忽略不計時，稱其為剛性轉(zhuǎn)子。Fig.13-1Centrifugal forces ofthe rotor(轉(zhuǎn)子的慣性力)2.機械平衡的種類(2)撓性轉(zhuǎn)子的平衡有些長圓柱形的轉(zhuǎn)子在高速運轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)子本身會發(fā)生明顯的彎曲變形，產(chǎn)生動撓度，從而使其慣性力顯著增大，稱這類發(fā)生彈性變形的轉(zhuǎn)子為撓性轉(zhuǎn)子。(3)機構(gòu)的平衡當(dāng)機構(gòu)中含有往復(fù)移動的

2、構(gòu)件和平面運動的構(gòu)件時，因構(gòu)件質(zhì)心位置隨機構(gòu)運動發(fā)生變化，故質(zhì)心處的加速度與慣性力也隨構(gòu)件的運動而變化，所以不能針對某一構(gòu)件進行平衡，只能對整個機構(gòu)進行研究，通過合理設(shè)計，設(shè)法使各運動構(gòu)件慣性力的合力和合力偶作用在機架上，故此類平衡問題又稱為機械在機座上的平衡。1.剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計13.2剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計 寬徑比b/d0.2的圓盤狀轉(zhuǎn)子需要進行靜平衡設(shè)計。設(shè)計原理設(shè)計原理是轉(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）產(chǎn)生的離心慣性力的合力為零，利用力平衡方程解出應(yīng)加或應(yīng)減配重的大小與方位。Fig.13-2Static balance of rigidrotor(剛性轉(zhuǎn)子的

3、靜平衡)2.剛性轉(zhuǎn)子的動平衡設(shè)計 對于寬徑比b/d0.2的圓柱狀轉(zhuǎn)子，不能忽略轉(zhuǎn)子的寬度，轉(zhuǎn)子上不平衡質(zhì)量不能視為集中在一個平面內(nèi)，而是分布在多個平面內(nèi)，所產(chǎn)生的離心慣性力不在同一回轉(zhuǎn)平面，因而形成軸面慣性力偶，且該力偶的作用方位隨轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)而變化。對這類轉(zhuǎn)子進行動平衡設(shè)計時，要求轉(zhuǎn)子各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力和慣性力偶矩同時得以平衡。Fig.13-3Dynamic balance of rigid rotors(轉(zhuǎn)子的動平衡)1.剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡實驗13.3剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗 對于寬徑比寬徑比b/d0.2的剛性轉(zhuǎn)子的剛性轉(zhuǎn)子，可進行靜平衡實驗。靜平衡實驗設(shè)備比較簡單，一般采用帶有兩根平行導(dǎo)軌的靜

4、平衡架。為減少軸頸與導(dǎo)軌之間的摩擦，導(dǎo)軌端口形狀常作成刀口狀和圓弧狀。圖13-4為靜平衡實驗示意圖，1為待平衡轉(zhuǎn)子，2為刀口狀平衡架。Fig.13-4Static balance test(靜平衡實驗)2.剛性轉(zhuǎn)子的動平衡實驗Fig.13-5Dynamic balance machine in industry(工業(yè)動平衡機)1Base(底座)2Power box(動力箱)3Computer system(計算機系統(tǒng))4Spindle(主軸)5Rotor(轉(zhuǎn)子)6Carriage(支承架) 對于寬徑比寬徑比b/d0.2的剛性轉(zhuǎn)子的剛性轉(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

5、行。轉(zhuǎn)子不平衡而產(chǎn)生的離心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工作原理理都是通過測量轉(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。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。圖13-5為工業(yè)動平衡機。3.剛性轉(zhuǎn)子的平衡精度 進行靜平衡實驗時，由于轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量與配重均在同一個平面內(nèi)，故轉(zhuǎn)子質(zhì)心與回轉(zhuǎn)中心之間的最大距離應(yīng)控制在許用偏心距之內(nèi)，其許用質(zhì)徑積為m。 進行動平衡實驗時，先求出質(zhì)心所在平面的許用偏心距e，再求許用質(zhì)徑積me，然后再求出兩個平衡基面內(nèi)的許用質(zhì)徑積。以圖13-6所示轉(zhuǎn)子為例，設(shè)

6、轉(zhuǎn)子質(zhì)量為m，質(zhì)心位于點c，平衡基面、上的許用質(zhì)徑積分別為Fig.13-6Distribution of theallowed mass-radius product(許用質(zhì)徑積的分配)1.平面機構(gòu)的平衡條件13.4平面機構(gòu)的平衡簡介 機構(gòu)平衡的條件是作用在機構(gòu)質(zhì)心的總慣性力和總慣性力偶矩分別為零，即式中，mi為機構(gòu)中各構(gòu)件的質(zhì)量和；aS為機構(gòu)總質(zhì)心處的加速度；Mi為機構(gòu)中各構(gòu)件的慣性力矩之和。2.平面機構(gòu)平衡方法Fig.13-7Balance of linkages(機構(gòu)的平衡) 對平面機構(gòu)進行平衡時，可利用在運動構(gòu)件上加減配重的方法，使機構(gòu)總質(zhì)心位于機架上并靜止不動。圖13-7a所示的曲柄滑塊機構(gòu)中，在連桿BC延長線上安裝配重m22,使連桿與滑塊的質(zhì)心位于曲柄和連桿的鉸鏈點B處，在曲柄的延長線上安