回转件的平衡课件.ppt
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- 回转 平衡 课件
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1、第第8 8章章 回转件的平衡回转件的平衡u 内容内容 8-1 回转件平衡的目的回转件平衡的目的 8-2 回转件的平衡计算(重要)回转件的平衡计算(重要)8-3 回转件的平衡试验回转件的平衡试验8-1 8-1 回转件平衡的目的回转件平衡的目的一一 基本概念基本概念1.1.回转件回转件(转子转子):机械中绕固定轴线作回转运动的构件。机械中绕固定轴线作回转运动的构件。2.2.刚性转子:刚性转子:回转件旋转时其产生的弹性变形很小,可以忽略回转件旋转时其产生的弹性变形很小,可以忽略不计,把此类回转件称为刚性转子。不计,把此类回转件称为刚性转子。3.3.挠性转子:挠性转子:对于转速高、尺寸大的回转件,旋转
2、时产生大的对于转速高、尺寸大的回转件,旋转时产生大的变形,不能忽略,所以把此类回转件统称为挠性转子。变形,不能忽略,所以把此类回转件统称为挠性转子。4.4.回转件的离心力(惯性力):回转件的离心力(惯性力):从理论力学可知,一偏离回转从理论力学可知,一偏离回转中心距离为中心距离为r r的质量的质量m,当以角速度,当以角速度转动时,产生的离心力转动时,产生的离心力为:为:=mr r2 5.5.不平衡离心力的产生:不平衡离心力的产生:若回转件结构不对称、制造不准确、若回转件结构不对称、制造不准确、材质不均匀,便会使整个回转件在转动时产生不平衡的离心材质不均匀,便会使整个回转件在转动时产生不平衡的离
3、心力系,使离心力系的合力和合力偶矩不等于零。力系,使离心力系的合力和合力偶矩不等于零。6.6.不平衡离心力对机械的影响:不平衡离心力对机械的影响:不平衡离心力对机械不平衡离心力对机械正常运转产生不利的影响,尤其对高速机械的影响正常运转产生不利的影响,尤其对高速机械的影响更为重要:更为重要:使各运动副中产生附加的动反力,从而加大了运动副使各运动副中产生附加的动反力,从而加大了运动副中摩擦力,使运动副磨损加剧,导致机械效率下降。中摩擦力,使运动副磨损加剧,导致机械效率下降。使各构件的材料内部引起附加内应力,影响机械及各使各构件的材料内部引起附加内应力,影响机械及各构件的使用寿命。构件的使用寿命。离
4、心力的大小和方向一般呈周期性变化,从而会导致离心力的大小和方向一般呈周期性变化,从而会导致机械及其基础(机架)产生强迫振动(以上各惯性力机械及其基础(机架)产生强迫振动(以上各惯性力即为干扰力),这会降低机械的运动精度,增大噪音,即为干扰力),这会降低机械的运动精度,增大噪音,甚至产生共振,由此会带来更严重的后果。甚至产生共振,由此会带来更严重的后果。8-1 8-1 回转件平衡的目的回转件平衡的目的8-1 8-1 回转件平衡的目的回转件平衡的目的二二 不平衡的利用:不平衡的利用:必须指出,生活中有的机械则是利必须指出,生活中有的机械则是利用不平衡原理而工作的,如蛙式打夯机、振动打桩用不平衡原理
5、而工作的,如蛙式打夯机、振动打桩机、振动台等。机、振动台等。三三 本章的研究对象:本章的研究对象:刚性回转件的平衡问题。而不包刚性回转件的平衡问题。而不包括挠性件和机械的平衡问题。括挠性件和机械的平衡问题。一一平衡的目的:平衡的目的:对于高速回转件来说,必须使对于高速回转件来说,必须使其离心力合力及合力偶为零,从而消除其所其离心力合力及合力偶为零,从而消除其所带来的不良影响。带来的不良影响。二二平衡的类型:平衡的类型:1.1.静平衡:静平衡:只要求惯性力平衡的平衡成为静平只要求惯性力平衡的平衡成为静平衡。衡。2.2.动平衡:动平衡:同时要求惯性力和惯性力矩平衡的同时要求惯性力和惯性力矩平衡的平
6、衡成为动平衡。平衡成为动平衡。8-2 8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算8-2 8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算三、静平衡:三、静平衡:1.适用对象:适用对象:对于轴向尺寸很小的刚性转子对于轴向尺寸很小的刚性转子(B/D0.2),其,其质量分布可近似认为是在一个平面内。质量分布可近似认为是在一个平面内。BD8-2 8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算三、静平衡:三、静平衡:1.适用对象:适用对象:对于轴向尺寸很小的刚性转子对于轴向尺寸很小的刚性转子(最最大直径大直径D与轴向宽度与轴向宽度B之比大于之比大于5时时),其质量分,其质量分布可近似认为是在一个平面内。布可近似认为是在
7、一个平面内。2.静平衡的条件:静平衡的条件:惯性力矢量和为零,即惯性力矢量和为零,即F F=F Fb+F Fi=0。u F F为为转子惯性力;转子惯性力;F Fb为所加的平衡惯性力;为所加的平衡惯性力;F Fi转子本生的惯性力。转子本生的惯性力。3.平衡计算:平衡计算:n离心力是惯性力,所以上式可写成离心力是惯性力,所以上式可写成 me e2=mbr rb2+mir ri2=0n在同一个转子上,转速在同一个转子上,转速相同,相同,消去公因子消去公因子2 ,可,可得得 me e=mbr rb+mir ri=0 (8-2)n式中式中m、e e 为回转件的总质量和总质心的向径,为回转件的总质量和总质
8、心的向径,mb、r rb为平衡质量及其质心的向径,为平衡质量及其质心的向径,mi、r ri为原有各质量为原有各质量及其质心的向径。及其质心的向径。n质径积:质径积:上式中质量与向径的乘积上式中质量与向径的乘积mr称为质径积,称为质径积,它是向量,其大小同相应的离心力成正比,因此也它是向量,其大小同相应的离心力成正比,因此也具有离心力的性质具有离心力的性质。8-2 8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算4.静平衡方程的求解:静平衡方程的求解:由上可知,静平衡方程是一个矢由上可知,静平衡方程是一个矢量方程,所以可以用图解法和解析法进行求解。量方程,所以可以用图解法和解析法进行求解。u 解析法:解
9、析法:向量方程向直角坐标系的两坐标轴投影,向量方程向直角坐标系的两坐标轴投影,得到两个代数方程,然后联立这两个代数方程可得到两个代数方程,然后联立这两个代数方程可解出平衡质量的质径积解出平衡质量的质径积mbr rb 和方位角和方位角b。再根据。再根据实际需要或可能,在平衡质量实际需要或可能,在平衡质量mb和所在半径和所在半径r rb两两者中选定一个后,即可确定另一个的值。者中选定一个后,即可确定另一个的值。u 图解法:图解法:由理论力学可知,平衡的平面汇交力系由理论力学可知,平衡的平面汇交力系各力矢量一定构成封闭矢量图,所以按照一定的各力矢量一定构成封闭矢量图,所以按照一定的比例,作出平衡力系
10、的封闭图形,可以求解未知比例,作出平衡力系的封闭图形,可以求解未知平衡矢量力。平衡矢量力。8-2 8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算例:如图所示,已知同一回转面内的不平衡质量例:如图所示,已知同一回转面内的不平衡质量m1、m2、m3(kg)及其向径及其向径r r1、r r2、r r3(m),求应加的平衡质量,求应加的平衡质量mb及其向及其向径径r rb。动画8-2 8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算u由于质径积向量封闭图上由于质径积向量封闭图上 mbr rb的指向即为的指向即为mb产生离心力产生离心力F Fb的的方向,因此方向,因此mb应放在如图所示的位置处应放在如图所示的位置处(
11、也可在也可在mbr rb所指方向所指方向的反方向去掉相同的质量的反方向去掉相同的质量)。根据根据mbrb,在选定,在选定rb后,平衡质量后,平衡质量mb应该放在回转构件应该放在回转构件的什么方位处?的什么方位处?动画8-2 8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算n由于实际结构的由于实际结构的限制,有时在所限制,有时在所需平衡的回转面需平衡的回转面上不能安装平衡上不能安装平衡质量,如图质量,如图8-2a所示单缸曲轴便所示单缸曲轴便属于这类情况。属于这类情况。此时可以另选两此时可以另选两个回转平面分别个回转平面分别安装平衡质量来安装平衡质量来使回转件达到平使回转件达到平衡。衡。u如图如图8-2b
12、所示,在原平衡平面两侧选定任意两个回转平面所示,在原平衡平面两侧选定任意两个回转平面T和和T,它们与原平衡平面的距离分别为,它们与原平衡平面的距离分别为l和和l。8-2 8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算n设在设在T和和T面内分别装上平衡质量面内分别装上平衡质量mb 和和mb,其质心的向径分别,其质心的向径分别为为rb 和和rb,且,且mb 和和mb 都处于经过都处于经过mb的质心且包含回转轴线的的质心且包含回转轴线的平面内,则且平面内,则且mb、mb 和和mb 在回转时产生的离心力在回转时产生的离心力Fb、Fb 和和Fb 成为三个互相平行的力。成为三个互相平行的力。n欲使欲使Fb 和和
13、Fb完全取代完全取代Fb,则必需满足平行力分解的关系式,即,则必需满足平行力分解的关系式,即 Fb+Fb=Fb Fb l=Fbln以以l=l+l代入,解以上二式得代入,解以上二式得)38(bbbbbbbbrmllrmrmllrm8-2 8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算u若取若取rb=rb=rb,则上式简化为,则上式简化为u由式由式(8-3)和和(8-4)可知,可知,任何一个质径积都可以用任意选任何一个质径积都可以用任意选定的两个回转平面定的两个回转平面T和和T内的两个质径积来代替。内的两个质径积来代替。若向若向径不变,任一质量都可用任选的两个回转平面内的两个径不变,任一质量都可用任选的
14、两个回转平面内的两个质量来代替。质量来代替。)48(bbbbmllmmllm8-2 8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算 二、动平衡:二、动平衡:1.适用情况:适用情况:轴向尺寸较大的回转件,其质量的分布不轴向尺寸较大的回转件,其质量的分布不能近似地认为是位于同一回转面内,而应看作分布于能近似地认为是位于同一回转面内,而应看作分布于垂直于轴线的许多互相平行的回转面内。垂直于轴线的许多互相平行的回转面内。2.动平衡的条件:动平衡的条件:惯性力矢量和为零,同时惯性力产生惯性力矢量和为零,同时惯性力产生的力矩矢量和也为零,即:的力矩矢量和也为零,即:F F=F Fb+F Fi=0M M=M Mb
15、+M Mi=08-2 8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算3.动平衡计算:动平衡计算:8-2 8-2 回转件的平衡计算回转件的平衡计算u因为动平衡计算所得平衡质量块满足静平衡条件,故也是因为动平衡计算所得平衡质量块满足静平衡条件,故也是静平衡的。静平衡的。n注意:注意:1)动平衡的不平衡质量与所选两个校正平面的相对位置有关;动平衡的不平衡质量与所选两个校正平面的相对位置有关;2)动平衡包含了静平衡的条件,故经动平衡的回转件一定也动平衡包含了静平衡的条件,故经动平衡的回转件一定也是静平衡的。但是,静平衡的回转件却不一定是动平衡的。是静平衡的。但是,静平衡的回转件却不一定是动平衡的。8-2 8
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