机械设计基础 教学课件 作者 王亚辉 主编第十九章 机械平衡与调速.doc

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1、授课题目：第十九章机械平衡与调速授课方式（请打√）理论课√讨论课□实验课□习题课□其他□课时安排2教学大纲要求：周期性与非周期性速度波动的的产生原因及调节原理；平衡的类型及刚性转子的平衡设计。教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解周期性与非周期性速度波动的的产生原因及调节原理；了解平衡的类型及掌握刚性转子的平衡设计。教学重点及难点：刚性转子的平衡设计作业、讨论题、思考题：思考题13-1、13-2、13-3、13-6习题13-1、13-3课后总结分析：总结周期性与非周期性速度波动的的产生原因及调节原理；总结的类型及掌握刚性

2、转子的平衡设计。教学内容备注第一节概述机器运转时，构件所产生的惯性力将在运动副中引起附加动压力。这不仅会增加摩擦力而影响构件的强度，而且这些周期性变化的惯性力会使机械的构件产生振动，从而降低机器的工作精度、机械效率及可靠性，缩短机器的使用寿命。尤其当振动频率接近系统的固有频率时会引起共振，造成重大损失。为了完全或部分地消除惯性力的不良影响，就必须设法将构件的惯性力加以消除或减小，这就是机械平衡的目的。第二节回转件的静平衡一、回转件的静平衡计算：对于轴向尺寸较小（轴向长度与外径的比值≤）的回转体，例如砂轮、飞轮、盘形凸轮等，可以将偏心

3、质量看作分布在同一平面内，当回转件以角速度回转时，各质量产生的离心惯性力构成一个平面汇交力系，如该力系的合力不等于零，则该回转件不平衡。此时在同一回转面内增加或减少一个平衡质量，使平衡质量产生的离心惯性力Fb与原有各偏心质量产生的离心惯性力的矢量和ΣFi相平衡，即F＝ΣFi＋Fb＝0上式可改写成meω2＝Σmiriω2＋mbrbω2＝0Σmiri＋mbrb＝0(19-1)式中mi、ri分别为回转平面内各偏心质量及其向径；mb、rb分别为平衡质量及其向径；m、e分别为构件的总质量及其向径。mr称为质径积。当e＝0，即总质量的质心与回转

4、轴线重合时，构件对回转轴线的静力矩等于0，称为静平衡。可见机械系统处于静平衡的条件是所有质径积的矢量和等于0。如图19-1a所示的盘形转子，已知同一回转平面内的不平衡质量m1、m2和m3，它们的向径分别为r1、r2和r3则Σmiri＝m1r1＋m2r2＋m3r3代入式（19-1）得m1r1＋m2r2＋m3r3＋mbrb＝0此向量方程式中只有mbrb未知，可用图解法进行求解。a）盘形转子b）图解法求解图19-1回转体的静平衡计算如图19-1b所示，根据任一已知质径积选定比例尺μW（kg•mm/mm），按向径r1、r2和r3的方向分别作

5、向量W1、W2和W2，使其依次首尾相接，最后封闭图形的向量Wb即代表了所求的平衡质径积mbrb。其大小为mbrb＝μWWb根据结构特点选定合适的rb，即可求出mb。然后沿rb的方向上在半径rb的位置处加上一个质量mb，就可使回转件得到平衡。也可以在rb的相反方向上去掉一个质量，使。的大小，可视结构情况而定，一般尽可能大些，以便使平衡质量小些，避免总质量增加过多。二、回转件的静平衡实验：转子经过上述静平衡计算，并在设计时予以平衡之后，还只是从理论上解决了由于转子结构上有偏心重量而产生的不平衡问题。而由于制造的不精确，材料的不均匀以及安

6、装得不准确等原因，实际上达不到预期的平衡。而这种不平衡现象，在设计时是无法用计算的方法来确定和设法消除的，因此只能借助于平衡实验设备对重要的回转件逐个进行平衡试验。静平衡试验所用的设备称为静平衡架，如图19-2所示。将需要平衡的回转件放置在两相互平行的刀口形导轨上，若回转件的质心不在回转轴线上，则回转件将在重力矩的作用下发生滚动，当停止滚动时质心必在正下方。这时在质心位置的正对方用橡皮泥加一平衡质量，然后继续做试验，并逐步调整橡皮泥的大小与方位，直至该回转件在任意位置均能保持静止为止。此时回转件的总质心已位于回转轴线上，回转件达到静

7、平衡。根据最后橡皮泥的质量与位置，在构件相应位置上增加（或减少）相同质量的材料，使构件达到静平衡。1-刀口形导轨2-回转件图19-2静平衡架第三节回转件的动平衡一、回转件的动平衡计算对于轴向尺寸较大的回转件，如机床主轴、电机转子等，其质量就不能再视为分布在同一回转面内了，但可以看作分布在垂直于轴线的许多相互平行的回转面内，这类回转件转动时产生的离心力构成空间力系。欲使这个空间力系达到平衡就必须使其合力及合力偶矩均等于零。因此只在某一回转面内加平衡质量的静平衡方法并不能使其在回转时得以平衡。下面分析各偏心质量位于若干个平行平面内的回转

8、件的平衡计算方法。如图19-3所示的转子，在平面1、2内有偏心质量、，其向径分别为和。当转子绕轴回转时，离心惯性力、组成一个空间力系。现选定两个校正平面和。将、向该两平面分解得：a）盘形转子b）校正平面向量图c）校正平面向量图图19-