第六章 机械的平衡 §6-1机械平衡的目的及内容 §6-2刚性转子的平衡计算 §6-3刚性转子的平衡实验 §6-4转子的许用不平衡量 §6-6平面机构的平衡 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 1 单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 1 第六章 机械的平衡 §6-1 机械平衡的目的及内容 §6-2 刚性转子的平衡计算 §6-3 刚性转子的平衡实验 §6-4 转子的许用不平衡量 §6-6 平面机构的平衡 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
§6-1机构平衡的目的及目的 1.机械平衡的且的 机械在运转时，构件所生产的不平衡惯性力将在运动副中引 起附加的动压力。 =6000r/min 例磨削工作的砂轮 m=12.5kg e=1mm F=mea=5000N 其方向作周期性变化 F,在转动副中引起的附加反力是砂轮自重的40倍。 增大运动副中摩擦和构件中的内应力，降低机械效率和使用 寿命，影响机械本身的正常工作，也必将引起机械及其基础产生 强迫振动，甚至产生共振。会导致工作机械及其厂房建筑受到破坏 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 2 单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 2 §6-1 机构平衡的目的及目的 1. 机械平衡的目的 机械在运转时，构件所生产的不平衡惯性力将在运动副中引 起附加的动压力。 例 磨削工作的砂轮 增大运动副中摩擦和构件中的内应力，降低机械效率和使用 寿命，影响机械本身的正常工作，也必将引起机械及其基础产生 强迫振动，甚至产生共振。会导致工作机械及其厂房建筑受到破坏 A B S S m=12.5kg e=1mm n=6000r/min FⅠ FⅠ =meω 2=5000N 其方向作周期性变化 FⅠ在转动副中引起的附加反力是砂轮自重的40倍。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
机构平衡的目的及日的(23) 机械平衡的目的就是设法将构件的不平衡惯性力加以平衡； 以消除或减少惯性力的不良影响。 机械的平衡是现代机械的一个重要问题。对于高速高精密机 械尤为重要；但某些机械却是利用构件产生的不平衡惯性力所引 起的振动来工作。对于此类机械则是如何合理利用不平衡惯性力 的问题。 2。机械平衡的内容 在机械中，由于各条件的结构及其运动形式的不同，其所产生 的惯性力和平衡方法也不同。 (1）转子的平衡 转子的不平衡惯性力可利用在其上增加或除去一部分质量的 方法加以平衡。其实质是通过调节转子自身质心的位置来达到消 除或减少惯性力的目的。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 3 单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 3 对于高速高精密机 械尤为重要； 机械平衡的目的就是设法将构件的不平衡惯性力加以平衡； 以消除或减少惯性力的不良影响。 机械的平衡是现代机械的一个重要问题。 对于此类机械则是如何合理利用不平衡惯性力 的问题。 但某些机械却是利用构件产生的不平衡惯性力所引 起的振动来工作。 2. 机械平衡的内容 在机械中,由于各条件的结构及其运动形式的不同,其所产生 的惯性力和平衡方法也不同。 （１）转子的平衡 转子的不平衡惯性力可利用在其上增加或除去一部分质量的 方法加以平衡。其实质是通过调节转子自身质心的位置来达到消 除或减少惯性力的目的。 机构平衡的目的及目的(2/3) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
机构平衡的目的及日的(3/3) 1)刚性转子的平衡 刚性转子[<(0.6~0.75)n]的平衡，是按其理论力学中的力学 平衡理论进行的。 静平衡只要求其惯性力平衡； 动平衡同时要求其惯性力和惯性力偶矩的平衡。 2)挠性转子的平衡 挠性转子[n≥(0.6~0.75)n.]的平衡，其平衡是基于弹性梁的 横向振动理论。 (2)机构的平衡衡 作往复移动或平面复合运动的构件，其所产生的惯性力无法 在该构件上平衡，而必须就整个机构加以平衡。即设法使各运动 构件惯性力的合力和合力偶得到完全地或部分的平衡，以消除或 降低其不良影响。此类平衡问题为机构的平衡或机械在机座上的 平衡。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 4 单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 4 1）刚性转子的平衡 刚性转子[n<(0.6～0.75)nc1]的平衡，是按其理论力学中的力学 平衡理论进行的。 静平衡 动平衡 只要求其惯性力平衡； 同时要求其惯性力和惯性力偶矩的平衡。 2）挠性转子的平衡 挠性转子[n≥(0.6～0.75)nc1]的平衡，其平衡是基于弹性梁的 横向振动理论。 （2）机构的平衡 作往复移动或平面复合运动的构件，其所产生的惯性力无法 在该构件上平衡，而必须就整个机构加以平衡。即设法使各运动 构件惯性力的合力和合力偶得到完全地或部分的平衡，以消除或 降低其不良影响。此类平衡问题为机构的平衡或机械在机座上的 平衡。 机构平衡的目的及目的(3/3) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
§6-2刚性转子的平衡计算 为了使转子得到平衡，在设计时就要根据转子的结构，通过 计算将转子设计成平衡的。 1.刚性转子的静平衡计算 (1)静不平衡转子 对于轴向尺寸较小的盘形转子(b/D<0.2),其质量可近似认为 分布在同一回转平面内。这时其偏心质量在转子运转时会产生惯 性力。因这种不平衡现象在转子静态时就可表现出来，故这类转 子称为静不平衡转子。 回转平面 0 PDF created with pdfFactory Pro trial version ww.pdffactory.com
单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 5 单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 5 故这类转 子称为静不平衡转子。 其质量可近似认为 分布在同一回转平面内。这时其偏心质量在转子运转时会产生惯 性力。 §6-2 刚性转子的平衡计算 为了使转子得到平衡，在设计时就要根据转子的结构，通过 计算将转子设计成平衡的。 1.刚性转子的静平衡计算 （1）静不平衡转子 对于轴向尺寸较小的盘形转子(b/D<0.2)， 因这种不平衡现象在转子静态时就可表现出来， b A B D 回转平面 m m r ω FⅠ G PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
则性转子的平衡计算(2/4) (2)静平衡及其条件 静平衡对于静不平衡转子，利用在其上增加或除去一部分 质量，使其质心与回转轴心重合，即可使转子的惯性力得以平衡 的方法。 静平衡的条件平衡后转子的各偏心质量（包括平衡质量） 的惯性力的合力为零。即 F=0 (3)静平衡计算 静平衡计算主要是针对由于结构所引起的静不平衡的转子而 进行平衡的计算。 根据其结构，计算确定需增加或除去的平衡质量，使其在设 计时获得静平衡。 例盘形凸轮的静平衡计算 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 6 单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 6 平衡后转子的各偏心质量（包括平衡质量） 的惯性力的合力为零。 对于 静不平衡转子，利用在其上增加或除去一部分 质量，使其质心与回转轴心重合，即可使转子的惯性力得以平衡 的方法。 （2）静平衡及其条件 静平衡 静平衡的条件 ΣF＝0 即 （3）静平衡计算 静平衡计算主要是针对由于结构所引起的静不平衡的转子而 进行平衡的计算。 根据其结构，计算确定需增加或除去的平衡质量，使其在设 计时获得静平衡。 例 盘形凸轮的静平衡计算 刚性转子的平衡计算(2/4) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
则性转子的平衡计算(3/④) 2.刚性转子的动平衡计算 (1)动不平衡转子 对于轴向尺寸较大的转子(b/D≥0.2)，其质量就不能分布在 同一回转平面内，而往往是分布在若干个不同的回转平面内。这 时即使转子的质心在回转轴线上，但各偏心质量所形成的惯性力 偶的不平衡，而且其作用方位时随转子的回转而变化的。这种不 平衡只有在转子运转时才能显现出来的，故称此类转子为动平衡 转子。 (2)动平衡及其条件 动平衡对于动不平衡转子，通过选定两个回转平面I及Ⅱ 作为平面基面，再分别在这两个面上增加或除去适当的平衡质量， 使转子在运转时各偏心质量所产生的惯性力和惯性力偶矩同时得 以平衡。这种平衡方法称为动平衡。 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 7 单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 7 对于动不平衡转子，通过选定两个回转平面Ⅰ及Ⅱ 作为平面基面， 这种不 平衡只有在转子运转时才能显现出来的，故称此类转子为动平衡 转子。 其质量就不能分布在 同一回转平面内，而往往是分布在若干个不同的回转平面内。 2. 刚性转子的动平衡计算 （1）动不平衡转子 对于轴向尺寸较大的转子（b/D≥0.2)， 这 时即使转子的质心在回转轴线上，但各偏心质量所形成的惯性力 偶的不平衡，而且其作用方位时随转子的回转而变化的。 （2）动平衡及其条件 动平衡 再分别在这两个面上增加或除去适当的平衡质量， 使转子在运转时各偏心质量所产生的惯性力和惯性力偶矩同时得 以平衡。这种平衡方法称为动平衡。 刚性转子的平衡计算(3/4) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
则性转子的平衡计算(4/4) 例1内燃机曲柄 例2双凸轮轴 刚性转子动平衡的条件：各偏心质量（包括平衡质量）产生 的惯性力的矢量和为零，以及这些惯性力所构成的力矩矢量和也 为零，即 ∑F=0, ∑M=0 (3)动平衡计算 动平衡计算是针对结构动平衡转子而进行的平衡计算。即根 据其结构计算确定其上需增加或除去的平衡质量，使其设计时获 得动平衡。 例3某印刷机的三凸轮转子 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 8 单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 8 即根 据其结构计算确定其上需增加或除去的平衡质量，使其设计时获 得动平衡。 （3）动平衡计算 动平衡计算是针对结构动平衡转子而进行的平衡计算。 刚性转子动平衡的条件：各偏心质量（包括平衡质量）产生 的惯性力的矢量和为零，以及这些惯性力所构成的力矩矢量和也 为零， ΣF＝0， 即 ΣM＝0 例1 内燃机曲柄 例2 双凸轮轴 例3 某印刷机的三凸轮转子 刚性转子的平衡计算(4/4) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
§6-3刚性转子的平衡试验 对于经平衡计算在理论上已经平衡的转子，由于其制造精度 和装配的不精确、材质的不均匀等原因，就会产生新的不平衡。 但这种无法用计算来进行平衡，而只能借助于实验平衡。 平衡实验是用实验的方法来确定出转子的不平衡量的大小和 方位，然后利用增加或除去平衡质量的方法予以平衡。 1.静平衡实验 (1)实验设备 导轨式静平衡仪 滚轮式静平衡仪©⊙ PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 9 单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 9 §6-3 刚性转子的平衡试验 对于经平衡计算在理论上已经平衡的转子，由于其制造精度 和装配的不精确、材质的不均匀等原因，就会产生新的不平衡。 但这种无法用计算来进行平衡，而只能借助于实验平衡。 平衡实验是用实验的方法来确定出转子的不平衡量的大小和 方位，然后利用增加或除去平衡质量的方法予以平衡。 1．静平衡实验 （1）实验设备 导轨式静平衡仪 滚轮式静平衡仪 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
则性转子的平衡试验(23) (2)实验方法 先将转子放在平衡仪上，轻轻转动，直至其质心处于最低位 置时才能停止。此时在质心相反的方向加校正平衡质量，再重新 转动。反复增减平衡质量，直至呈随遇平衡状态，即转子达到静 平衡。 (3)实验特点 结构简单、操作方便。能满足一定精度要求，但工作效率低。 对于批量转子静平衡，可采用一种快速测定平衡的单面平衡机。 2.动平衡实验 转子的动平衡实验一般需在专用的动平衡机上进行。 (1)实验设备 动平衡实验机主要由驱动系统、支承系统、测量指示系统等 部分组成。 例如光电式动平衡机 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 10 单击此处编辑母版标题样式 • 单击此处编辑母版文本样式 – 第二级 • 第三级 – 第四级 » 第五级 10 （2）实验方法 先将转子放在平衡仪上，轻轻转动，直至其质心处于最低位 置时才能停止。此时在质心相反的方向加校正平衡质量，再重新 转动。反复增减平衡质量，直至呈随遇平衡状态，即转子达到静 平衡。 （3）实验特点 结构简单、操作方便。能满足一定精度要求，但工作效率低。 对于批量转子静平衡，可采用一种快速测定平衡的单面平衡机。 2．动平衡实验 转子的动平衡实验一般需在专用的动平衡机上进行。 （1）实验设备 动平衡实验机主要由驱动系统、支承系统、测量指示系统等 部分组成。 例如光电式动平衡机 刚性转子的平衡试验(2/3) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com