页数：17页文件大小：464.9 KB来源： 机械原理ppt课件
本课件说明机械平衡的目的是消除或减少不平衡惯性力带来的附加动压力与振动，先介绍刚性转子的静平衡与动平衡计算及平衡实验设备与原理，再给出转子许用不平衡量的两种表示法与平衡精度等级，最后讲解平面机构的完全平衡与部分平衡方法。
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机械在运转时，构件所产生的不平衡惯性力将在运动副中引起附加的动压力，增大了运动副中摩擦和构件中的应力，降低了机械效率和使用寿命，并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。
例 6-1 磨削工件的砂轮：m＝12.5 kg，e＝1 mm，n＝6000 r/min，其不平衡惯性力 FⅠ＝meω2＝5000 N，方向作周期性变化，在转动副中引起的附加反力是砂轮自重的 40 倍。
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，这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的，对于此类机械则是如何合理利用不平衡惯性力的问题。
| 转子类型 | 转速范围 | 平衡理论与要求 |
|---|---|---|
| 刚性转子 | n<(0.6～0.75)nc1 | 按理论力学中的力学平衡理论进行；静平衡只要求惯性力平衡，动平衡同时要求惯性力和惯性力偶矩平衡 |
| 挠性转子 | n≥(0.6～0.75)nc1 | 基于弹性梁的横向振动理论进行平衡 |
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或部分的平衡。
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。
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。
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的平衡计算，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。例如盘形凸轮的静平衡计算。
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仍不平衡，而且其作用方位是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，故称此类转子为动不平衡转子。
动平衡计算是针对结构动不平衡转子而进行平衡的计算，即根据其结构计算确定其上需增加或除去的平衡质量，使其在设计时获得动平衡。
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 ΣF＝0，ΣM＝0。
教材中给出例 6-3 内燃机曲轴、例 6-4 双凸轮轴、例 6-5 某印刷机的三凸轮轴的平衡计算。
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。这种不平衡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。静平衡实验设备包括导轨式静平衡仪和滚轮式静平衡仪。
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，即转子达到了静平衡。
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，可采用快速测定平衡的单面平衡机。
转子的动平衡实验一般需在专用的动平衡机上进行。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。
实验原理：目前多数动平衡机是根据振动原理设计的，测振传感器将因转子转动所引起的振动转换成电信号，通过电子线路加以处理和放大，最后用仪器显示出被测试转子的不平衡质量矢径积的大小和方位。
经过平衡实验的转子，不可避免的还会有一些残存的不平衡。残存不平衡量愈小，则需平衡实验装置愈精密、测试手段愈先进和平衡技术愈高，因此根据工作要求对转子规定适当的许用不平衡量是很有必要的。
| 表示法 | 符号 | 性质 |
|---|---|---|
| 质径积表示法 | [mr] | 与转子质量有关的相对量，常用于具体给定的转子，直观且便于平衡操作 |
| 偏心距表示法 | [e] | 与转子质量无关的绝对量，用于衡量转子平衡的优劣或检测精度比较方便 |
两种表示法的关系为 [e]＝[mr]/m。
转子的平衡精度 A 和平衡等级国际上已标准化。表 6-1 中的转子不平衡量以平衡精度 A 的形式给出，其值可由下式求得：A＝[e]ω/10000（mm/s），式中 ω 为转子的角速度（rad/s）。
两平衡基面的许用不平衡质径积可按下式求得：
式中 a、b 分别为两平衡基面至转子质心的距离，[mr] 为转子总的许用不平衡质径积。可见距质心较远的基面所分配到的许用不平衡量较小。
机构的平衡：由于机构各构件在运动时所产生的惯性力可以简化为一个通过质心的总惯性力和总惯性力偶矩，并全部由基座承受，所以平面机构的平衡就要设法平衡这个总惯性力和总惯性力偶矩。
机构平衡的条件：作用于机构质心的总惯性力和总惯性力偶矩应分别为零，即 ΣF＝0，ΣM＝0。通常对机构只进行总惯性力的平衡，所以欲使机构总惯性力为零，应使机构的质心加速度为零，即应使机构的质心静止不动。
机构的完全平衡是指机构的总惯性力恒为零。为达到完全平衡的目的，可采用如下措施：
研究表明：完全平衡 n 个构件的单自由度机构的惯性力，应至少加 n/2 个平衡质量，这样就使机构的质量大大增加。采用完全平衡法平衡效果很好，但会使机构的质量或体积大为增加，故一般采用部分平衡法。教材中给出铰链四杆机构与曲柄滑块机构的完全平衡实例。
机构的部分平衡是对机构的总惯性力只需平衡其中的一部分的平衡。部分平衡有以下几种方法：
采用往复惯性力的部分平衡法，既可减少惯性力的影响，又可减少需加的平衡质量，一般对机械的工作较为有利。教材中给出曲柄滑块机构与铰链四杆机构的部分平衡实例。
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