第十章 平面機(jī)構(gòu)的平衡

第十章平面機(jī)構(gòu)的平衡第一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日§10-1平衡的目的和分類第二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日目的：機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中構(gòu)件產(chǎn)生慣性力和力偶距,在運(yùn)動(dòng)副中引起動(dòng)壓力,傳到機(jī)架上.其大小和方向隨機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生周期性變化.當(dāng)不平衡時(shí),產(chǎn)生振動(dòng),引起工作精度和可靠性下降,零件的磨損和疲勞及噪聲.振動(dòng)頻率接近固有頻率,共振,損壞機(jī)器.消除附加動(dòng)壓力、減小振動(dòng)，改善工作性能和延長(zhǎng)壽命(機(jī)構(gòu)平衡的目的)。第三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日平衡問題的分類1)回轉(zhuǎn)件的平衡（繞固定軸回轉(zhuǎn)構(gòu)件的慣性力的平衡）：主要發(fā)生在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中,如構(gòu)成電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)和離心機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu).這類機(jī)構(gòu)只有一個(gè)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)構(gòu)件,動(dòng)壓力產(chǎn)生由于回轉(zhuǎn)件質(zhì)量分布不均勻所致,可用重新調(diào)整其質(zhì)量大小和分布的方法使回轉(zhuǎn)件上所有質(zhì)量的慣性力形成一平衡力系.消除動(dòng)壓力和機(jī)架的振動(dòng)剛性回轉(zhuǎn)件(轉(zhuǎn)速較低,變形不大的回轉(zhuǎn)件).可通過重新調(diào)整回轉(zhuǎn)件上質(zhì)量的分布,使其質(zhì)心位于旋轉(zhuǎn)軸線的方法來(lái)實(shí)現(xiàn).撓性回轉(zhuǎn)件(轉(zhuǎn)速較高,回轉(zhuǎn)件產(chǎn)生明顯變形的回轉(zhuǎn)件).由于增加了因變形而產(chǎn)生的不平衡,撓性回轉(zhuǎn)件的平衡問題的難度會(huì)大大增加.

第四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日2)機(jī)架上的平衡

對(duì)于存在有往復(fù)運(yùn)動(dòng)或平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的一般機(jī)構(gòu),其慣性力和慣性力矩不可能在構(gòu)件內(nèi)部消除,但所有構(gòu)件上的慣性力和力矩可合成一個(gè)通過機(jī)構(gòu)質(zhì)心并作用于機(jī)架上的總力.這類問題的平衡必須就整個(gè)機(jī)構(gòu)加以研究,設(shè)法使其總慣性力和總慣性力矩在機(jī)架上得到完全或部分平衡.所以這類平衡稱為機(jī)架上的平衡.第五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日§10-2剛性回轉(zhuǎn)件的平衡一、質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)二、質(zhì)量分布不在同一回轉(zhuǎn)內(nèi)組成回轉(zhuǎn)件的各個(gè)質(zhì)量分布的不同第六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日一、質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)總慣性力＝加減質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力＋原有質(zhì)量的慣性力＝0……達(dá)到平衡。慣性力表現(xiàn)為離心力,構(gòu)成同一平面內(nèi)匯交于回轉(zhuǎn)中心的力系,如不平衡,合力不為零,如要平衡,應(yīng)在同一平面內(nèi)加一質(zhì)量,使其相應(yīng)的離心力與原有質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力的合力等于零,達(dá)到平衡狀態(tài).第七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日靜平衡：在任意位置保持靜止，不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)；條件：分布在回轉(zhuǎn)件上各個(gè)質(zhì)量的離心力的合力等于零或質(zhì)徑積的矢量和等于零質(zhì)徑積＝質(zhì)量與矢徑的乘積第八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日已知：同一回轉(zhuǎn)件的不平衡質(zhì)量m1,m2,m3及矢徑r1,r2,r3，求平衡質(zhì)量mb及矢徑rbm1r1m2r2m3r3mbrb第九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日例2在車床上加工質(zhì)量為10千克的工件A的孔.工件質(zhì)心S偏離圓孔中心O的距離為120mm,將工件用壓板B,C壓在車頭花盤D上,設(shè)兩壓板各重2千克,回轉(zhuǎn)半徑rB=120,rC=160,位置如圖,若花盤回轉(zhuǎn)半徑100mm處可裝平衡重,求達(dá)到靜平衡需加的質(zhì)量及其位置.BCOADS6030第十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)公式(10-2)mbrb+mArA+mBrB+mCrC=0mArA=100*120=120mBRB=20*120=240mCrC=20*160=320第十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日單缸曲軸另兩個(gè)回轉(zhuǎn)面內(nèi)分別安裝平衡質(zhì)量第十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日二、質(zhì)量分布不在同一平面內(nèi)對(duì)于軸向?qū)挾容^大的回轉(zhuǎn)件,質(zhì)量的分布不能近似地認(rèn)為位于同一回轉(zhuǎn)面內(nèi),應(yīng)看作分布于沿軸向相互平行的回轉(zhuǎn)面內(nèi),產(chǎn)生的慣性力不再是一個(gè)平面匯交力系,空間力系.這類回轉(zhuǎn)件的平衡不能單靠在某一回轉(zhuǎn)面加一平衡重來(lái)解決平衡問題. 第十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日回轉(zhuǎn)件的不平衡質(zhì)量分布在1,2,3三個(gè)回轉(zhuǎn)面內(nèi),回轉(zhuǎn)矢徑為r1,r2,r3.按圖10-2下一頁(yè)第十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日一個(gè)平面內(nèi)的質(zhì)量mb可分別由任意選定的兩個(gè)平行平面內(nèi)的另兩個(gè)質(zhì)量所代替.返回設(shè)所選頂?shù)幕剞D(zhuǎn)半徑和mb的相等,則滿足下列公式第十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日質(zhì)量分散轉(zhuǎn)化為同一平面內(nèi)的平衡問題分布在三個(gè)平面內(nèi)的不平衡質(zhì)量完全可以被集中在T’和T’’兩個(gè)回轉(zhuǎn)面內(nèi)的不平衡質(zhì)量所代替,所引起的不平衡是相同的.分別在回轉(zhuǎn)面T’和T’’內(nèi)按質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)的情況解決不平衡問題.第十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日如圖,若在回轉(zhuǎn)面T’和T’’內(nèi),分別沿與rb’和rb’’相反的矢徑r0’和r0’’上加m0’和m0’’,代換原來(lái)的不平衡質(zhì)量m1,m2,m3,并使圖10-4m1,m2,m3所引起的不平衡可看作任選兩回轉(zhuǎn)面內(nèi)的不平衡質(zhì)量m0’和m0’’所產(chǎn)生,如單靠在某一回轉(zhuǎn)面加一平衡質(zhì)量以達(dá)到平衡,則回轉(zhuǎn)時(shí)在軸面內(nèi)必然會(huì)有另一不平衡離心合力偶矩存在,回轉(zhuǎn)件仍得不到平衡.第十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日質(zhì)量分布不在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的回轉(zhuǎn)件，其不平衡可以認(rèn)為是在兩個(gè)任選回轉(zhuǎn)面內(nèi)各有一個(gè)不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生；要達(dá)到完全平衡，必須在所選兩個(gè)回轉(zhuǎn)面內(nèi)各加適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量。動(dòng)平衡：離心力系和合力和合力偶矩都等于零。條件:分布于該回轉(zhuǎn)件上各個(gè)質(zhì)量的離心力的合力等于零,同時(shí)離心力所引起的力偶的合力偶矩也等于零.原平面1,2,3內(nèi)的不平衡質(zhì)量可被平面T’和T’’內(nèi)的平衡質(zhì)量所平衡.第十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日10-3圓盤ABCD順序等距安裝在等速回轉(zhuǎn)的軸上，它們的質(zhì)量分別是7Kg,11Kg,6Kg,5Kg，其質(zhì)心的偏距各為5，4，6，10。今擬在圓盤

D上離回轉(zhuǎn)軸線80mm處加一平衡質(zhì)量m,并通過調(diào)整各圓盤的相位角使該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)達(dá)到完全平衡。求各圓盤偏心距間的相位角及m的最小值和與圓盤B偏心距間的夾角。（1）將B,C兩圓盤不平衡質(zhì)量產(chǎn)生的質(zhì)徑積分解到A,D盤上第十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日§10-3剛性回轉(zhuǎn)件的平衡試驗(yàn)法經(jīng)過平衡設(shè)計(jì)的剛性回轉(zhuǎn)件在理論上是完全平衡的,但由于設(shè)計(jì)制造和裝配上的誤差和材質(zhì)不均等原因,實(shí)際的回轉(zhuǎn)件往往達(dá)不到原設(shè)計(jì)的要求,在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象.在設(shè)計(jì)階段是無(wú)法確定和消除的,需用實(shí)驗(yàn)的方法做進(jìn)一步的平衡.使用過的回轉(zhuǎn)件也可能因失去原先的平衡條件而使工作性能破壞.在生產(chǎn)和維修過程中均需用實(shí)驗(yàn)的方法加以平衡.第二十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日一、靜平衡試驗(yàn)法質(zhì)徑積等于零利用靜平衡架找出回轉(zhuǎn)件不平衡質(zhì)徑積的大小和方向，并由此確定平衡質(zhì)量的大小和位置，從而使其質(zhì)心移到回轉(zhuǎn)軸線上以達(dá)到靜平衡的方法。導(dǎo)軌式靜平衡架刀口形導(dǎo)軌第二十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日(1)將兩導(dǎo)軌調(diào)整為水平(2)將回轉(zhuǎn)件的軸放在導(dǎo)軌上,讓自由滾動(dòng),若有偏心質(zhì)量存在,停止運(yùn)動(dòng)時(shí),質(zhì)心在軸心的最下方(偏移方向確定)(3)用橡皮泥在質(zhì)心的相反方向加一適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量,逐步調(diào)整大小和徑向位置(4)當(dāng)回轉(zhuǎn)件在任意位置都保持靜止不動(dòng)時(shí),所加平衡質(zhì)量與回轉(zhuǎn)半徑的乘積即為回轉(zhuǎn)件達(dá)到平衡時(shí)所需加的質(zhì)徑積的大小.第二十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日導(dǎo)軌式靜平衡架特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高。導(dǎo)軌需平行且在同一水平面內(nèi)，安裝、調(diào)整要求較高，不能平衡兩端軸徑不等的回轉(zhuǎn)件。第二十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)A盤式靜平衡架兩圓盤組成的支撐一端支撐高度是可調(diào)的,滿足兩端軸徑不等的回轉(zhuǎn)件的平衡,安裝調(diào)整較簡(jiǎn)單,摩擦阻力較大,平衡精度不高.第二十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日二、動(dòng)平衡試驗(yàn)法軸向?qū)挾容^大的回轉(zhuǎn)件,必須分別在任意兩個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)各加一個(gè)適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量,才能使回轉(zhuǎn)件達(dá)到平衡.將回轉(zhuǎn)件裝在動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)機(jī)上運(yùn)轉(zhuǎn)，然后在兩個(gè)選定的平面內(nèi)確定所需平衡質(zhì)徑積的大小和方位，從而使回轉(zhuǎn)件達(dá)到動(dòng)平衡的方法。第二十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日軟支承式電子門動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)機(jī)解算電路放大器大小基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器鑒相器相位彈性支撐架第二十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日結(jié)束第二十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日三、回轉(zhuǎn)件的許用不平衡量及平衡精度許用不平衡量：平衡精度：與校正面偏心距e＝不平衡質(zhì)徑積/回轉(zhuǎn)件質(zhì)量第二十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日§10-5機(jī)架上的平衡總慣性力總質(zhì)量總質(zhì)心的加速度調(diào)整各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的質(zhì)量分布使其總質(zhì)心在機(jī)構(gòu)工作時(shí)靜止不動(dòng)。第二十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日一、完全平衡法機(jī)架上的慣性力和慣性力矩為零?？傎|(zhì)心不動(dòng)總質(zhì)心S機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中S點(diǎn)不動(dòng)第三十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日機(jī)構(gòu)的總質(zhì)心落在A點(diǎn)，不受機(jī)構(gòu)位置變化的影響2和3的總質(zhì)心落在B點(diǎn)第三十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日缺點(diǎn)：構(gòu)件質(zhì)量要大大增加，對(duì)重安裝在連桿上，對(duì)結(jié)構(gòu)更不利。抽油泵第三十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日二、近似平衡法若曲柄已經(jīng)平衡第三十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日平衡慣性力在曲柄加質(zhì)量使得垂直分量沒有消除，解決的方法是加一個(gè)小