機(jī)械設(shè)計(jì)原理第六章課件

機(jī)械設(shè)計(jì)原理第六章課件第1頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期五§6-1機(jī)械平衡的目的及內(nèi)容1.機(jī)械平衡的目的

機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，構(gòu)件所生產(chǎn)的不平衡慣性力將在運(yùn)動(dòng)副中引起附加的動(dòng)壓力。例

磨削工件的砂輪增大了運(yùn)動(dòng)副中摩擦和構(gòu)件中的內(nèi)應(yīng)力，降低了機(jī)械效率和使用壽命，影響機(jī)械本身的正常工作，也必將引起機(jī)械及其基礎(chǔ)產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)，甚至產(chǎn)生共振。會(huì)導(dǎo)致工作機(jī)械及其廠房建筑受到破壞。ABSSm=12.5kge=1mmn=6000r/minFⅠFⅠ=meω2=5000N其方向作周期性變化FⅠ在轉(zhuǎn)動(dòng)副中引起的附加反力是砂輪自重的40倍。第2頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期五對(duì)于高速高精密機(jī)械尤為重要；機(jī)械平衡的目的就是設(shè)法將構(gòu)件的不平衡慣性力加以平衡，以消除或減少慣性力的不良影響。機(jī)械的平衡是現(xiàn)代機(jī)械的一個(gè)重要問(wèn)題。對(duì)于此類(lèi)機(jī)械則是如何合理利用不平衡慣性力的問(wèn)題。但某些機(jī)械卻是利用構(gòu)件產(chǎn)生的不平衡慣性力所引起的振動(dòng)來(lái)工作的。2.機(jī)械平衡的內(nèi)容在機(jī)械中,由于各條件的結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)形式的不同,其所產(chǎn)生的慣性力和平衡方法也不同。（１）轉(zhuǎn)子的平衡轉(zhuǎn)子的不平衡慣性力可利用在其上增加或除去一部分質(zhì)量的方法加以平衡。其實(shí)質(zhì)是通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子自身質(zhì)心的位置來(lái)達(dá)到消除或減少慣性力的目的。機(jī)娥平衡的目的及內(nèi)容(2/3)第3頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期五1）剛性轉(zhuǎn)子的平衡剛性轉(zhuǎn)子[n<(0.6～0.75)nc1]的平衡，是按其理論力學(xué)中的力學(xué)平衡理論進(jìn)行的。靜平衡動(dòng)平衡只要求其慣性力平衡；同時(shí)要求其慣性力和慣性力偶矩的平衡。2）撓性轉(zhuǎn)子的平衡撓性轉(zhuǎn)子[n≥(0.6～0.75)nc1]的平衡，其平衡是基于彈性梁的橫向振動(dòng)理論。（2）機(jī)構(gòu)的平衡作往復(fù)移動(dòng)或平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，其所產(chǎn)生的慣性力無(wú)法在該構(gòu)件上平衡，而必須就整個(gè)機(jī)構(gòu)加以平衡。即設(shè)法使各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件慣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響。此類(lèi)平衡問(wèn)題為機(jī)構(gòu)的平衡或機(jī)械在機(jī)座上的平衡。機(jī)械平衡的目的及內(nèi)容(3/3)第4頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期五故這類(lèi)轉(zhuǎn)子稱(chēng)為靜不平衡轉(zhuǎn)子。其質(zhì)量可近似認(rèn)為分布在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。這時(shí)其偏心質(zhì)量在轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生慣性力，§6-2剛性轉(zhuǎn)子的平衡計(jì)算為了使轉(zhuǎn)子得到平衡，在設(shè)計(jì)時(shí)就要根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，通過(guò)計(jì)算將轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)成平衡的。1.剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡計(jì)算（1）靜不平衡轉(zhuǎn)子對(duì)于軸向尺寸較小的盤(pán)形轉(zhuǎn)子(b/D<0.2)，因這種不平衡現(xiàn)象在轉(zhuǎn)子靜態(tài)時(shí)就可表現(xiàn)出來(lái)，bABD回轉(zhuǎn)平面mmrωFⅠG第5頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期五平衡后轉(zhuǎn)子的各偏心質(zhì)量（包括平衡質(zhì)量）的慣性力的合力為零。對(duì)于靜不平衡轉(zhuǎn)子，利用在其上增加或除去一部分質(zhì)量，使其質(zhì)心與回轉(zhuǎn)軸心重合，即可使轉(zhuǎn)子的慣性力得以平衡的方法。（2）靜平衡及其條件靜平衡靜平衡的條件ΣF＝0即（3）靜平衡計(jì)算靜平衡計(jì)算主要是針對(duì)由于結(jié)構(gòu)所引起的靜不平衡的轉(zhuǎn)子而進(jìn)行平衡的計(jì)算。根據(jù)其結(jié)構(gòu)，計(jì)算確定需增加或除去的平衡質(zhì)量，使其在設(shè)計(jì)時(shí)獲得靜平衡。例盤(pán)形凸輪的靜平衡計(jì)算剛性轉(zhuǎn)子的平衡計(jì)算(2/4)第6頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期五對(duì)于動(dòng)不平衡轉(zhuǎn)子，通過(guò)選定兩個(gè)回轉(zhuǎn)平面Ⅰ及Ⅱ作為平衡基面，這種不平衡只有在轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)才能顯現(xiàn)出來(lái)的，故稱(chēng)此類(lèi)轉(zhuǎn)子為動(dòng)不平衡轉(zhuǎn)子。其質(zhì)量就不能分布在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，而往往是分布在若干個(gè)不同的回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。2.剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡計(jì)算（1）動(dòng)不平衡轉(zhuǎn)子對(duì)于軸向尺寸較大的轉(zhuǎn)子（b/D≥0.2)，這時(shí)即使轉(zhuǎn)子的質(zhì)心在回轉(zhuǎn)軸線上，但各偏心質(zhì)量所形成的慣性力偶仍不平衡，而且其作用方位是隨轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)而變化的。（2）動(dòng)平衡及其條件動(dòng)平衡再分別在這兩個(gè)面上增加或除去適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量，使轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力和慣性力偶矩同時(shí)得以平衡。這種平衡方法稱(chēng)為動(dòng)平衡。剛性轉(zhuǎn)子的平衡計(jì)算(3/4)第7頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期五即根據(jù)其結(jié)構(gòu)計(jì)算確定其上需增加或除去的平衡質(zhì)量，使其在設(shè)計(jì)時(shí)獲得動(dòng)平衡。（3）動(dòng)平衡計(jì)算動(dòng)平衡計(jì)算是針對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)不平衡轉(zhuǎn)子而進(jìn)行平衡的計(jì)算。

剛性轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的條件：各偏心質(zhì)量（包括平衡質(zhì)量）產(chǎn)生的慣性力的矢量和為零，以及這些慣性力所構(gòu)成的力矩矢量和也為零，ΣF＝0，即ΣM＝0例1

內(nèi)燃機(jī)曲軸例2

雙凸輪軸例3某印刷機(jī)的三凸輪軸的平衡計(jì)算剛性轉(zhuǎn)子的平衡計(jì)算(4/4)第8頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期五§6-3剛性轉(zhuǎn)子的平衡實(shí)驗(yàn)對(duì)于經(jīng)平衡計(jì)算在理論上已經(jīng)平衡的轉(zhuǎn)子，由于其制造精度和裝配的不精確、材質(zhì)的不均勻等原因，就會(huì)產(chǎn)生新的不平衡。但這種無(wú)法用計(jì)算來(lái)進(jìn)行平衡，而只能借助于實(shí)驗(yàn)平衡。

平衡實(shí)驗(yàn)是用實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定出轉(zhuǎn)子的不平衡量的大小和方位，然后利用增加或除去平衡質(zhì)量的方法予以平衡。1．靜平衡實(shí)驗(yàn)（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備導(dǎo)軌式靜平衡儀滾輪式靜平衡儀第9頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（2）實(shí)驗(yàn)方法先將轉(zhuǎn)子放在平衡儀上，輕輕轉(zhuǎn)動(dòng)，直至其質(zhì)心處于最低位置時(shí)才能停止。此時(shí)在質(zhì)心相反的方向加校正平衡質(zhì)量，再重新轉(zhuǎn)動(dòng)。反復(fù)增減平衡質(zhì)量，直至呈隨遇平衡狀態(tài)，即轉(zhuǎn)子達(dá)到了靜平衡。（3）實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。能滿足一定精度要求，但工作效率低。對(duì)于批量轉(zhuǎn)子靜平衡，可采用一種快速測(cè)定平衡的單面平衡機(jī)。2．動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)一般需在專(zhuān)用的動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行。（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)備動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)機(jī)主要由驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、支承系統(tǒng)、測(cè)量指示系統(tǒng)等部分組成。例光電式動(dòng)平衡機(jī)剛性轉(zhuǎn)子的平衡實(shí)驗(yàn)(2/3)第10頁(yè)，共11頁(yè)，2023年，2月20日，星期五（2）實(shí)驗(yàn)原理目前多數(shù)動(dòng)平衡機(jī)是根據(jù)振動(dòng)原理設(shè)計(jì)的，測(cè)振傳感器將因轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)電子線路加以處理和放大，最后用儀器顯示出被測(cè)試轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量矢徑積的大小和方位。3．現(xiàn)場(chǎng)平衡對(duì)于一些尺寸非常大或轉(zhuǎn)速很高的轉(zhuǎn)子，一般無(wú)法在專(zhuān)用動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行平衡。