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1、第五章第五章 機械的平衡機械的平衡5-1 機械平衡的目的及內容機械平衡的目的及內容5-2 轉子的平衡轉子的平衡5-3 轉子的平衡實驗轉子的平衡實驗5-5 機械的平衡機械的平衡返回返回5-4 轉子的平衡轉子的平衡精度精度5-1 機械平衡的目的及內容機械平衡的目的及內容1.機械平衡的目的 機械在運轉時，構件所生產的不平衡慣性力將在運動副中引起附加的動壓力。例 磨削工件的砂輪 增大了運動副中摩擦和構件中的內應力，降低了機械效率和使用壽命，影響機械本身的正常工作，也必將引起機械及其基礎產生強迫振動，甚至產生共振。會導致工作機械及其廠房建筑受到破壞。ABSSm=12.5 kge=1 mmn=6000 r
2、/minFF=me 2=5000 N其方向作周期性變化F在轉動副中引起的附加反力是砂輪自重的40倍。對于高速高精密機械尤為重要；機械平衡的目的就是設法將構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。機械的平衡是現(xiàn)代機械的一個重要問題。對于此類機械則是如何合理利用不平衡慣性力的問題。但某些機械卻是利用構件產生的不平衡慣性力所引起的振動來工作的。2.機械平衡的內容 在機械中,由于各構件的結構及其運動形式的不同,其所產生的慣性力和平衡方法也不同。（）轉子的平衡轉子的不平衡慣性力可利用在其上增加或除去一部分質量的方法加以平衡。其實質是通過調節(jié)轉子自身質心的位置來達到消除或減少慣性力的目的。
3、機娥平衡的目的及內容機娥平衡的目的及內容(2/3)1）剛性轉子的平衡 剛性轉子n(0.60.75)nc1的平衡，是按其理論力學中的力學平衡理論進行的。靜平衡動平衡只要求其慣性力平衡；同時要求其慣性力和慣性力偶矩的平衡。2）撓性轉子的平衡 撓性轉子n(0.60.75)nc1的平衡，其平衡是基于彈性梁的橫向振動理論。（2）機構的平衡 作往復移動或平面復合運動的構件，其所產生的慣性力無法在該構件上平衡，而必須就整個機構加以平衡。即設法使各運動構件慣性力的合力和合力偶得到完全或部分平衡，以消除或降低其不良影響。此類平衡問題為機構的平衡或機械在機座上的平衡。機械平衡的目的及內容機械平衡的目的及內容(3/
4、3)故這類轉子稱為靜不平衡轉子。其質量可近似認為分布在同一回轉平面內。這時其偏心質量在轉子運轉時會產生慣性力，5-2 剛性轉子的平衡計算剛性轉子的平衡計算 為了使轉子得到平衡，在設計時就要根據轉子的結構，通過計算將轉子設計成平衡的。1.剛性轉子的靜平衡計算（1）靜不平衡轉子對于軸向尺寸較小的盤形轉子(b/D 0.2)，因這種不平衡現(xiàn)象在轉子靜態(tài)時就可表現(xiàn)出來，bABD回轉平面mmrFG 平衡后轉子的各偏心質量（包括平衡質量）的慣性力的合力為零。對于 靜不平衡轉子，利用在其上增加或除去一部分質量，使其質心與回轉軸心重合，即可使轉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F0
5、即（3）靜平衡計算 靜平衡計算主要是針對由于結構所引起的靜不平衡的轉子而進行平衡的計算。根據其結構，計算確定需增加或除去的平衡質量，使其在設計時獲得靜平衡。例 盤形凸輪的靜平衡計算剛性轉子的平衡計算剛性轉子的平衡計算(2/4)對于動不平衡轉子，通過選定兩個回轉平面及作為平面基面，這種不平衡只有在轉子運轉時才能顯現(xiàn)出來的，故稱此類轉子為動不平衡轉子。其質量就不能分布在同一回轉平面內，而往往是分布在若干個不同的回轉平面內。2.剛性轉子的動平衡計算（1）動不平衡轉子 對于軸向尺寸較大的轉子（b/D0.2)，這時即使轉子的質心在回轉軸線上，但各偏心質量所形成的慣性力偶仍不平衡，而且其作用方位是隨轉子的
6、回轉而變化的。（2）動平衡及其條件動平衡 再分別在這兩個面上增加或除去適當?shù)钠胶赓|量，使轉子在運轉時各偏心質量所產生的慣性力和慣性力偶矩同時得以平衡。這種平衡方法稱為動平衡。剛性轉子的平衡計算剛性轉子的平衡計算(3/4)即根據其結構計算確定其上需增加或除去的平衡質量，使其在設計時獲得動平衡。（3）動平衡計算動平衡計算是針對結構動不平衡轉子而進行平衡的計算。剛性轉子動平衡的條件：各偏心質量（包括平衡質量）產生的慣性力的矢量和為零，以及這些慣性力所構成的力矩矢量和也為零，F(xiàn)0，即M0例1 內燃機曲軸例2 雙凸輪軸例3 某印刷機的三凸輪軸的平衡計算剛性轉子的平衡計算剛性轉子的平衡計算(4/4)5-3
7、 轉子的平衡實驗轉子的平衡實驗 對于經平衡計算在理論上已經平衡的轉子，由于其制造精度和裝配的不精確、材質的不均勻等原因，就會產生新的不平衡。但這種無法用計算來進行平衡，而只能借助于實驗平衡。平衡實驗是用實驗的方法來確定出轉子的不平衡量的大小和方位，然后利用增加或除去平衡質量的方法予以平衡。1靜平衡實驗（1）實驗設備導軌式靜平衡儀滾輪式靜平衡儀（2）實驗方法 先將轉子放在平衡儀上，輕輕轉動，直至其質心處于最低位置時才能停止。此時在質心相反的方向加校正平衡質量，再重新轉動。反復增減平衡質量，直至呈隨遇平衡狀態(tài)，即轉子達到了靜平衡。（3）實驗特點結構簡單、操作方便。能滿足一定精度要求，但工作效率低。
8、對于批量轉子靜平衡，可采用一種快速測定平衡的單面平衡機。2動平衡實驗轉子的動平衡實驗一般需在專用的動平衡機上進行。（1）實驗設備 動平衡實驗機主要由驅動系統(tǒng)、支承系統(tǒng)、測量指示系統(tǒng)等部分組成。例 光電式動平衡機剛性轉子的平衡實驗剛性轉子的平衡實驗(2/3)（2）實驗原理 目前多數(shù)動平衡機是根據振動原理設計的，測振傳感器將因轉子轉動所引起的振動轉換成電信號，通過電子線路加以處理和放大，最后用儀器顯示出被測試轉子的不平衡質量矢徑積的大小和方位。3現(xiàn)場平衡 對于一些尺寸非常大或轉速很高的轉子，一般無法在專用動平衡機上進行平衡。即使可以平衡，但由于裝運、蠕變和工作溫度過高或電磁場的影響等原因，仍會發(fā)生
9、微小變形而造成不平衡。在這種情況下，一般可進行現(xiàn)場平衡?，F(xiàn)場平衡 就是通過直接測量機器中轉子支架的振動，來確定其不平衡量的大小及方位，進而確定應增加或減去的平衡質量的大小及方位，使轉子得以平衡。例 動平衡機的工作原理剛性轉子的平衡實驗剛性轉子的平衡實驗(3/3)轉子的質心至回轉軸線的許用偏心距以e表示，它是與轉子質量無關的絕對量。常用在衡量轉子平衡的優(yōu)劣或衡量平衡的檢測精度時，比較方便。轉子的許用不平衡質徑積以mr表示，它是與轉子質量有關的一個相對量。常用于具體給定的轉子，它比較直觀又便于平衡操作。5-4 轉子的平衡精度轉子的平衡精度經過平衡實驗的轉子，不可避免的還會有一些殘存的不平衡。若要這
10、種殘存的不平衡量愈小，則需平衡實驗裝置愈精密、測試手段愈先進和平衡技術愈高。因此，根據工作要求，對轉子規(guī)定適當?shù)脑S用不平衡量是很有必要的。1許用不平衡量表示方法質徑積表示法偏心距表示法兩種表示法的關系：emr/m2轉子的平衡精度等級與許用不平衡量的確定（1）轉子的平衡精度A和平衡等級G，國際上已標準化(表6-1)。（2）轉子許用不平衡量的確定 表6-1中的轉子不平衡量以平衡精度A的形式給出，其值可由下式求得：Ae/1000 mm/s式中為轉子的角速度（rad/s）。對于靜不平衡的轉子，許用不平衡量e在選定A值后可由上式求得。對于動不平衡轉子，先由表中定出e，再求得許用不平衡質徑積mrme，然后
11、在將其分配到兩個平衡基面上。轉子的許用不平衡量轉子的許用不平衡量(2/3)a轉子的許用不平衡量轉子的許用不平衡量(2/3)Sb如下圖所示，兩平衡基面的許用不平衡質徑積可按下式求得mr=mrb/(a+b)mr=mra/(a+b)5-5 機械的平衡機械的平衡 機構的平衡，由于機構各構件在運動時所產生的慣性力可以簡化為一個通過質心的總慣性力和總慣性力偶矩，并全部由基座承受。所以，平面機構的平衡就要設法平衡這個總慣性力和總慣性力偶矩。機構平衡的條件 作用于機構質心的總慣性力和總慣性力偶矩應分別為零。通常，對機構只進行總慣性力的平衡，所以欲使機構總慣性力為零，應使機構的質心加速度為零，即應使機構的質心靜
12、止不動。即 F0，M0 采用完全平衡法，平衡效果很好。但會使機構的質量或體積大為增加，故一般采用部分平衡法。完全平衡n個構件的單自由度機構的慣性力，應至少加 n/2個平衡質量，這樣就使機構的質量大大增加。所以一般不采用這種方法，而多采用部分平衡的方法。（2）利用平衡質量平衡研究表明結論例1 鉸鏈四桿機構的完全平衡例2 曲柄滑塊機構的完全平衡平面機構的平衡平面機構的平衡(2/3)1完全平衡 機構的完全平衡是指機構的總慣性力恒為零。為了達到機構的完全平衡的目的，可此采用如下措施：（1）利用對稱機構平衡2部分平衡 機構的部分平衡是對機構的總慣性力只需平衡其中的一部分的平衡。機構的部分平衡有以下幾種方法。（1）利用平衡機構平衡 采用往復慣性力的部分平衡法，既可減少慣性力的影響，又可減少需加的平衡質量。一般對機械的工作較為有利。結論例1 曲柄滑塊機構的部分平衡例2 鉸鏈四桿機構的部分平衡（2）利用平衡質量平衡（3）利用彈簧平衡平面機構的平衡平面機構的平衡(3/3)
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