機(jī)械原理 機(jī)械的平衡課件

單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,6-1,機(jī)械平衡的目的及內(nèi)容,6-2,剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算,6-4,剛性轉(zhuǎn)子的平衡實(shí)驗(yàn),6-5,轉(zhuǎn)子的許用不平衡量,6-6,平面機(jī)構(gòu)的平衡,第,6,章 機(jī)械的平衡,危害：,運(yùn)動副中動壓力,構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力和摩擦力,磨損增大、機(jī)械效率和使用壽命降低,構(gòu)件慣性力和慣性力矩,目的：,減小慣性力和慣性力矩的影響，改善機(jī)構(gòu)的工作性能。,6-1,機(jī)械平衡的目的及內(nèi)容,1,.,機(jī)械平衡的目的,2.,機(jī)械平衡的內(nèi)容,（,1,）繞固定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件慣性力的平衡,轉(zhuǎn)子：繞固定軸回轉(zhuǎn)的構(gòu)件。,1,）剛性轉(zhuǎn)子的平衡,:,轉(zhuǎn)速較低，不計彈性變形。,a.,靜平衡：只要求慣性力達(dá)到平衡；,b.,動平衡：要求慣性力和慣性力矩都達(dá)到平衡。,2,）撓性轉(zhuǎn)子的平衡：轉(zhuǎn)子在工作過程中會產(chǎn)生較大的彎曲變形，從而使其慣性力顯著增大。,（,2,）機(jī)構(gòu)的平衡：對整個機(jī)構(gòu)加以研究，設(shè)法使各運(yùn)動構(gòu)件慣性力的合力和合力偶達(dá)到完全地或部分的平衡。,剛性回轉(zhuǎn)體,撓性回轉(zhuǎn)體,機(jī)構(gòu),(avi),靜平衡,動平衡,剛性回轉(zhuǎn)體的平衡,6-2,剛性轉(zhuǎn)子的平衡計算,b,D,m,3,m,1,m,2,m,3,m,1,m,2,1.,剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡計算,指質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)軸線上軸向尺寸較小的盤狀轉(zhuǎn)子（,b,/,D,0.2,），在轉(zhuǎn)動時其偏心質(zhì)量就會產(chǎn)生離心慣性力，從而在運(yùn)動副中引起附加動壓力的不平衡現(xiàn)象。,F,1,F,2,F,3,m,1,m,2,m,3,r,2,r,1,r,3,F,1,=m,1,r,1,w,2,F,2,=m,2,r,2,w,2,F,3,=m,3,r,3,w,2,各質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力為：,若：,F,1,+,F,2,+,F,3,0,表明此回轉(zhuǎn)體為非平衡回轉(zhuǎn)體。,人為增加一個質(zhì)量點(diǎn),m,b,，該質(zhì)量點(diǎn)產(chǎn)生一個離心慣性力,F,b,，,F,1,+,F,2,+,F,3,+,F,b,=,0,稱對此回轉(zhuǎn)體進(jìn)行了平衡。,F,b,m,b,使下式成立,平衡條件,F,i,=,0,慣性力的矢量和為零,求解方法：,A.,矢量圖解法,F,i,=m,i,r,i,w,2,F,1,+,F,2,+,F,3,+,F,b,=,0,F,1,F,2,F,3,m,1,m,2,m,3,r,2,r,1,r,3,F,b,m,b,質(zhì)徑積,重徑積,W,b,W,1,W,2,W,3,選取比例尺,：,W,=(kgm/mm),m,i,r,i,l,i,其中：,W,i,=,m,i,r,i,即：,m,1,r,1,w,2,+m,2,r,2,w,2,+m,3,r,3,w,2,+m,b,r,b,w,2,=0,或：,m,1,r,1,+m,2,r,2,+m,3,r,3,+m,b,r,b,=0,G,1,r,1,+G,2,r,2,+G,3,r,3,+G,b,r,b,=0,B.,坐標(biāo)軸投影法,(m,1,r,1,),x,+(m,2,r,2,),x,+(m,3,r,3,),x,+(m,b,r,b,),x,=0,(m,1,r,1,),y,+(m,2,r,2,),y,+(m,3,r,3,),y,+(m,b,r,b,),y,=0,可求得,(m,b,r,b,),x,和,(m,b,r,b,),y,。,F,1,F,2,F,3,m,1,m,2,m,3,r,2,r,1,r,3,F,b,m,b,結(jié)論,（,1,）,因?yàn)楹雎粤嘶剞D(zhuǎn)體厚度的影響，故回轉(zhuǎn)體離心慣性力為一平面匯交力系。,（,2,）靜平衡的條件：分布于轉(zhuǎn)子上的各個偏心質(zhì)量的離心慣性力的矢量和為零（質(zhì)徑積的矢量和為零，或重徑積的矢量和為零）。,（,3,）對于靜不平衡的轉(zhuǎn)子，不論它有多少個平衡質(zhì)量，都只需在同一平衡面內(nèi)增加或除去一個平衡質(zhì)量就可以獲得平衡，,-,單面平衡。,例,1,：圖示均質(zhì)轉(zhuǎn)盤開有兩個圓孔，直徑分別為,d,1,=100mm,，,d,2,=150mm,，方位如圖，其中,r,1,=180mm,，,r,2,=160mm,，轉(zhuǎn)盤直徑,D=780mm,，厚度,t=40mm,，想在此轉(zhuǎn)盤上回轉(zhuǎn)半徑,r=300mm,的圓周上再制一圓孔使其平衡，求該圓孔的直徑和位置。,m,m,2m,F,-,F,此系統(tǒng)是否平衡？,靜平衡,動平衡,剛性回轉(zhuǎn)體的平衡,b,D,2.,剛性轉(zhuǎn)子的動平衡計算,對于,b/D,0.2,的轉(zhuǎn)子，其質(zhì)量不能再視為分布在同一平面內(nèi)，即使質(zhì)心在回轉(zhuǎn)軸線上，由于各慣性力不在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，所形成慣性力偶仍使轉(zhuǎn)子處于不平衡狀態(tài)。,b,D,動不平衡：只有在轉(zhuǎn)子運(yùn)動的情況下才顯現(xiàn)出來的不平衡。,平衡原理：,將集中質(zhì)量點(diǎn)所產(chǎn)生的離心力,F,向兩個平衡基面上分解，得到兩個分力,F,1,和,F,2,；,合力,F,對系統(tǒng)的影響可以完全有兩分力,F,1,、,F,2,對系統(tǒng)的影響所代替；,(,1,),此為平行力系,(,2,),若使此力系平衡，需有：,F,i,=,0,M,i,=,0,即：,F=F,1,+F,2,(1),F,1,L,1,=F,2,L,2,(2),F,F,F,L,1,L,2,L,F,2,F,1,F,F,F,L,1,L,2,L,F,2,=,F,L,1,L,(4),F,1,=,F,L,2,L,(3),F,2,F,1,即,F,1,=-F,F,2,=-F,可解得,在平衡基面上分別對兩個分力,F,1,、,F,2,進(jìn)行平衡，得平衡力,F,和,F,，從而完成對集中質(zhì)量點(diǎn)的平衡。,平衡基面,平衡基面,l,1,l,2,l,3,l,F,1,F,2,F,3,r,1,m,1,m,2,r,2,m,3,r,3,F,3,F,3,F,1,F,1,F,2,F,2,平衡基面,平衡基面,L,1,L,2,L,3,L,F,1,F,2,F,3,r,1,m,1,m,2,r,2,m,3,r,3,F,2,F,1,F,3,F,3,F,1,F,2,F,1,=,F,1,L,-,L,1,L,F,1,=,F,1,L,1,L,F,2,=,F,2,L,-,L,2,L,F,2,=,F,2,L,2,L,L,F,3,=,F,3,L,-,L,3,L,F,3,=,F,3,L,3,m,r,F,F,1,+F,2,+F,3,+,F,=0,F,1,+F,2,+F,3,+,F,=0,從而求得,m,r,和,m,r,。,m,F,r,L,1,L,2,L,3,L,F,1,F,2,F,3,r,1,m,1,m,2,r,2,m,3,r,3,F,2,F,1,F,3,F,2,F,1,F,3,步驟：,(1),分別將各回轉(zhuǎn)平面上集中質(zhì)量點(diǎn),m,i,所產(chǎn)生的慣性力,F,i,(,或質(zhì)徑積、重徑積,),向兩個平衡基面上分解，得到,F,i,和,F,i,。,(2),分別在兩個平衡基面上用靜平衡的方法求解平衡質(zhì)量點(diǎn)的質(zhì)徑積,m,i,r,i,(,或重徑積,),。,結(jié)論：,（,1,）動平衡的條件：當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子分布在不同平面內(nèi)的各個質(zhì)量所產(chǎn)生的空間離心慣性力系的合力和合力矩均為零。,（,2,）對于動不平衡的剛性轉(zhuǎn)子，不論它有多少個偏心質(zhì)量，以及分布在多少個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，都只需在選定的兩個平衡基面內(nèi)增加或除去一個適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量，就可以使轉(zhuǎn)子獲得動平衡。,-,雙面平衡。,（,3,）動平衡同時滿足靜平衡的條件,經(jīng)過動平衡的轉(zhuǎn)子一定靜平衡；反之，經(jīng)過靜平衡的轉(zhuǎn)子不一定動平衡。,試驗(yàn)原因及目的：,平衡設(shè)計：理論上是完全平衡的。還會出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。,需要用試驗(yàn)的方法對其做進(jìn)一步平衡。,6-3,剛性轉(zhuǎn)子的平衡實(shí)驗(yàn),1.,靜平衡試驗(yàn),導(dǎo)軌式靜平衡架：,應(yīng)將兩導(dǎo)軌調(diào)整為水平且互相平行；,將轉(zhuǎn)子放在導(dǎo)軌上，讓其輕輕地自由滾動；,待轉(zhuǎn)子停止?jié)L動時，其質(zhì)心,S,必在軸心的正下方，這時在軸心的正上方任意向徑處加一平衡質(zhì)量（一般用橡皮泥）；,反復(fù)試驗(yàn)，加減平衡質(zhì)量，直至轉(zhuǎn)子能在任何位置保持靜止為止；,根據(jù)橡皮泥的質(zhì)量和位置，得到其質(zhì)徑積；,根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)，在合適的位置上增加或減少相應(yīng)的平衡質(zhì)量。,導(dǎo)軌式靜平衡,架,O,O,Q,S,Q,S,導(dǎo)軌式靜平衡,架,Q,S,O,O,Q,S,導(dǎo)軌式靜平衡,架,Q,S,O,O,Q,S,導(dǎo)軌式靜平衡,架,Q,S,O,O,Q,S,導(dǎo)軌式靜平衡,架,Q,S,O,O,Q,S,圓盤式靜平衡架,：,當(dāng)轉(zhuǎn)子兩端支承軸的尺寸不同時，應(yīng)采用這種平衡架。,2.,動平衡實(shí)驗(yàn),略,3.,現(xiàn)場平衡 略,滾子式平衡架,Q,Q,Q,Q,Q,單擺式平衡架,6-4,轉(zhuǎn)子的許用平衡量,轉(zhuǎn)子要完全平衡是不可能的，實(shí)際上，也不需要過高要求轉(zhuǎn)子的平衡精度，而應(yīng)以滿足實(shí)際工作要求為度。為此，對不同工作要求的轉(zhuǎn)子規(guī)定了不同的許用不平衡量，即轉(zhuǎn)子殘余不平衡量。,許用不平衡量有兩種表示方法,：,1,.,許用質(zhì)徑積,mr,（單位,g,.,mm,）,此表示比較直觀，便于平衡操作。,2,.,偏心距,e,(,單位,mm,),e,=,m,r/,m,衡量轉(zhuǎn)子平衡的優(yōu)劣或衡量平衡的檢測精度時，此表示法較好。,6-5,平面機(jī)構(gòu)的平衡,當(dāng)機(jī)構(gòu)中存在作往復(fù)運(yùn)動和平面復(fù)合運(yùn)動的構(gòu)件時，這些構(gòu)件在運(yùn)動中產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩不可能像轉(zhuǎn)子那樣在構(gòu)件本身上予以平衡，必須對整個機(jī)構(gòu)進(jìn)行平衡。,機(jī)構(gòu)平衡的條件是：通過機(jī)構(gòu)質(zhì)心的總慣性力和總慣性力偶矩,M,分別為零，即：,F=0,M,=0,平面機(jī)構(gòu)慣性力的平衡條件,對于活動構(gòu)件的總質(zhì)量為,m,、,總質(zhì)心,S,的加速度為,a,s,的機(jī)構(gòu)，要使機(jī)架上的總慣性力,F,平衡，必須滿足：,a,s,=0,機(jī)構(gòu)的總質(zhì)心,S,勻速直線運(yùn)動或靜止不動。,欲使,a,s,=0,就得設(shè)法使總質(zhì)心,S,靜止不動。,設(shè)計機(jī)構(gòu)時，可以通過構(gòu)件的合理布置、加平衡質(zhì)量或加平衡機(jī)構(gòu)的方法使機(jī)構(gòu)的總慣性力得到完全或部分平衡。,1.,完全平衡,（,1,）利用對稱機(jī)構(gòu)平衡：平衡效果很好，,但使機(jī)構(gòu)的體積增大。,完全平衡：使機(jī)構(gòu)的總慣性力恒為,0,。常用的方法有：,（,2,）利用平衡質(zhì)量平衡,將構(gòu)件,2,的,m,2,用集中于,B,、,C,兩點(diǎn)的兩個質(zhì)量代換；,在構(gòu)件,1,和,3,的延長線上各加一平衡質(zhì)量，使其質(zhì)心分別移到固定軸,A,和,D,處：,m,=(m,2B,l,AB,+m,1,l,AS1,)/r,m,=(m,2C,l,DC,+m,3,l,DS3,)/r,m,2B,=,m,2,l,CS2,/l,BC,m,2C,=,m,2,l,BS2,/l,BC,1,）四桿機(jī)構(gòu)的完全平衡,加上,m,和,m,后，可以認(rèn)為在,A,和,D,處分別集中了兩個質(zhì)量,m,A,和,m,D,:,機(jī)構(gòu)的總質(zhì)心,S,靜止不動，,a,s,=0,機(jī)構(gòu)的慣性力得到完全平衡。,缺點(diǎn)：上述方法由于加裝了若干個平衡質(zhì)量，大大增加機(jī)構(gòu)的質(zhì)量，尤其是把平衡質(zhì)量裝在連桿上時更為不利。,2.,部分平衡 略,作業(yè)：,7,