文档介绍：第十章平面机构的平衡
基本要求:
1. 了解机械平衡的目的及其分类,常握机械平衡的方法。
2. 熟练掌握刚性转子的平衡设计方法,了解平衡试验的原理及方法。
3. 了解挠性转子的特点及其与刚性转子的主要区别。
4. 掌握平面机构惯性力平衡的方法,学会用质量静替代法计算平衡质量。
教学内容:
1. 平衡的分类和平衡方法
2. 刚性转子的平衡设计
3. 刚性转子的平衡试验
4. 挠性转子平衡简介
5. 平面机构的平衡设计
重点难点:
重点掌握刚性回转件静平衡和动平衡的原理和方法。机械平衡的目的是要尽可能地消除或减小惯性力对机械的不良影响。为了使机械达到平衡,通常需要做两方面的工作。首先,在机械的设计阶段,对所设计的机械在满足其工作要求的前提下,应在机构上保证其不平衡惯性力最小或为零,即进行平衡设计。其次, 不到设计要求,此时需要用试验的方法加以平衡,即进行平衡试验。
§10-1 平衡的目的与分类
平衡问题可以分为下列两类:转子的平衡、机构的平衡
1、转子的平衡
绕固定轴转动的构件又称为转子,其惯性力和惯性力矩的平衡问题称为转子的平衡,根据转子工作转速的不同,转子的平衡又分为以下两类。
(1)刚性转子的平衡
当工作转速低于一阶临界转速时、其旋转轴线挠曲变形可以忽略不计的转子称为刚性转子。刚性转子的平衡可以通过重新调整转子上质量的分布,使其质心位于旋转轴线的方法来实现。平衡后的转子,在其回转时,各惯性力形成一个平衡力系,从而抵消了运动副中产生的附加动压力。
(2)挠性转子的平衡
当工作转速高于一阶临界转速时、其旋转轴线挠曲变形不可忽略的转子称为挠性转子。由于挠性转子在运转过程中会产生较大的弯曲变形,且由此所产生的离心惯性力也随之明显增大,所以挠性转子平衡问题的难度将会大大增加。
2、机构的平衡
对于存在有往复运动或平面复合运动构件的机构,其惯性力和惯性力矩不可能在构件内部消除,但所有构件上的惯性力矩可合成为一个通过机构质心并作用于机架上的总惯性力和惯性力矩。因此,这类平衡问题必须就整个机构加以研究,应设法使其总惯性力和总惯性力矩在机架上得到完全或部分平衡,所以这类平衡又称为机构在机架上的平衡。
3、机械平衡的方法
●平衡设计
在机械的设计阶段,除了要保证其满足工作要求及制造工艺要求外,还要在结构上采取措施消除或减少产生有害振动的不平衡惯性力,即进行平衡设计。
●平衡试验
经过平衡设计的机械,虽然从理论上已达到平衡,但由于制造不精确、材料不均匀及安装不准确等非设计方面的原因,实际制造出来后往往达不到原来的设计要求,还会有不平衡现象。这种不平衡在设计阶段是无法确定和消除的,需要通过试验的方法加以平衡。
§10-2 刚性回转件的平衡
一、质量分布在同一回转面内(静平衡设计)
什么是转子的平衡设计?
在转子的设计阶段,尤其是在对高速转子及精密转子进行结构设计时,必须对其进行平衡计算,以检查其惯性力和惯性力矩是否平衡。若不平衡,则需要在结构上采取措施消除不平衡惯性力的影响,这一过程称为转子的平衡设计。
对于径宽比D/b≥5的转子,如砂轮、飞轮、齿轮等构件,可近似地认为其不平衡质量分布在同一回转平面内。在这种情况下,若转子的质心不在回转轴线上,当其转动时,其偏心质量就会产生离心惯性力,从而在运动副中引起附加动压力,这种不平衡现象称为静不平衡。
静平衡设计:为了消除惯性力的不利影响,设计时需要首先根据转子结构定出偏心质量的大小和方位,然后计算出为平衡偏心质量需添加的平衡质量的大小及方位,最后在转子设计图上加上该平衡质量,以便使设计出来的转子在理论上达到平衡。这一过程称为转子的静平衡设计。
下面介绍一盘形转子用图解法进行平衡设计的过程:
  图(a)所示为一盘形转子,已知分布于同一回转平面内的偏心质量为m1,m2和m3,从回转中心到各偏心质量中心的向径为r1,r2和r3。当转子以等角速度w转动时,各偏心质量所产生的离心惯性力分别为:F1,F2,F3。
    为了平衡惯性力F1,F2,F3,就必须在此平面内增加一个平衡质量mb,从回转中心到这一平衡质量的向径为rb,它所产生的离心惯性力为Fb。要求平衡时,Fb,F1,F2,F3所形成的合力F应为零,即
F=F1+F2+F3+Fb=0
    消去后可得
()
    式中,m和e分别为转子的总质量和总质心的向径;mi,ri为转子各个偏心质量及其质心的向径;mb,rb为所增加的平衡质量及其质心的向径。上式中,质量与向径的乘积称为质径积。它表示在同一转速下转子上各离心惯性力的相对大小和方位。式()表明转子平衡后,其总质心将与回转轴线相重合,即e=0。
    在转子的设计阶段,由于式(11.