机械设计基础精选PPT.ppt

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1、机械设计基础第1页，此课件共27页哦81 回转件的目的、类型及方法第2页，此课件共27页哦回转件（或转子）回转件（或转子）-绕定轴作回转运动的构件。绕定轴作回转运动的构件。F=mr2当质心离回转轴的距离为当质心离回转轴的距离为r 时，离心力为：时，离心力为：81 回转件平衡的目的回转件平衡的目的F=ma=Ge2/g举举例例：已已知知图图示示转转子子的的重重量量为为G=10 N，重重心心与与回回转转轴轴线线的的距距离离为为1 mm，转转速速为为n=3000 rpm,求离心力求离心力F F的大小。的大小。=1010-323000/602/9.8=100 N如果转速增加一倍如果转速增加一倍:n=60

2、00 rpm F=400 N由由此此可可知知：不不平平衡衡所所产产生生的的惯惯性性力力对对机机械械运转有很大的影响。运转有很大的影响。大小方向变化N21N21N21GGFFe第3页，此课件共27页哦增加运动副的摩擦，降低机械的使用寿命。增加运动副的摩擦，降低机械的使用寿命。产生有害的振动，使机械的工作性能恶化。产生有害的振动，使机械的工作性能恶化。降低机械效率。降低机械效率。平平衡衡的的目目的的：研研究究惯惯性性力力分分布布及及其其变变化化规规律律，并并采采取取相相应应的的措措施施对对惯惯性性力力进进行行平平衡衡，从从而而减减小小或或消消除除所所产产生生的的附附加加动动压力、减轻振动、改善机械

3、的工作性能和提高使用寿命。压力、减轻振动、改善机械的工作性能和提高使用寿命。本章重点介绍刚性转子的平衡问题。本章重点介绍刚性转子的平衡问题。附加动压力会产生一系列不良后果：附加动压力会产生一系列不良后果：离离心心力力P力力的的大大小小方方向向始始终终都都在在变变化化，将将对对运运动动副副产产生生动动压力。压力。第4页，此课件共27页哦特特点点：若若重重心心不不在在回回转转轴轴线线上上，则则在在静静止止状状态态下下，无无论论其其重重心心初初始始在在何何位位置置，最最终终都都会会落落在在轴轴线线的的铅铅垂垂线线的的下下方方这这种种不不平平衡衡现现象象在在静静止止状状态态下下就就能能表表现现出出来来

4、，故故称为称为静平衡静平衡。如自行车轮一、质量分布在同一回转面内一、质量分布在同一回转面内平平衡衡原原理理：在在重重心心的的另另一一侧侧加加上上一一定定的的质质量量，或或在在重重心心同同侧侧去去掉掉一一些些质质量量，使使质质心心位位置置落落在在回回转转轴轴线线上上，而而使使离离心心惯惯性性力力达达到平衡。到平衡。适用范围：适用范围：轴向尺寸较小的盘形转子轴向尺寸较小的盘形转子（B/D0.2B/D=F Fi i=mi2riF Fi i第6页，此课件共27页哦m1m2m3r2r1r3P3P1P2称称miri为为质径积质径积平衡配重所产生的离心惯性力为：平衡配重所产生的离心惯性力为：总离心惯性力的合

5、力为：总离心惯性力的合力为：Fb=mb2rb？可用图解法求解此矢量方程可用图解法求解此矢量方程(选定比例选定比例w)。约掉公因式m3r3mbrbm2r2m1r1F F =Fb+FFi =0m2e=mb2rb+m12r1+m22r2+m32r3=0 me=mbrb+m1r1+m2r2+m3r3=0 Fb第7页，此课件共27页哦me=mbrb+m1r1+m2r2+m3r3=0 很显然，回转件平衡后：很显然，回转件平衡后：e=0回转件质量对轴线产生的静力矩：回转件质量对轴线产生的静力矩：mge=0称之为称之为静平衡或单面平衡静平衡或单面平衡该回转件在任意位置将保持静止：该回转件在任意位置将保持静止：

6、从理论上讲，对于偏心质量分布在多个运动平面内的转子，对每一个运动按静平衡的方法来处理（加减质量），也是可以达到平衡的。问题是由于实际结构不允许在偏心质量所在平面内安装平衡配重，也不允许去掉不平衡重量(如凸轮轴、曲轴、电机转子等)。解决问题的唯一办法就是将平衡配重分配到另外两个平面I、II内。T T”m1m2m平平衡衡面面内内不不允允许许安安装装平平衡衡配配重重时时，可可分分解解到到任任意意两两个个平平衡衡面面内内进进行行平平衡。衡。第8页，此课件共27页哦ll l”FbFbF”bm1m2m由由理理论论力力学学可可知知：一一个个力力可可以以分分解解成成两个与其两个与其平行平行的两个分力。的两个分

7、力。两者等效的条件是：两者等效的条件是：TT”mb将将 代入求解，得：代入求解，得：若取：若取：rrb b=r”=r”b b=r=rb b，则有：则有：消去公因子2，得：r rb br rb br”r”b b第9页，此课件共27页哦重要结论：重要结论：某一回转平面内的不平衡质量某一回转平面内的不平衡质量m m，可可以在两个任选的回转平面内进行平衡。以在两个任选的回转平面内进行平衡。m1m2m二、质量分布不在同一回转面内二、质量分布不在同一回转面内mb TT”LF1F2图图示示凸凸轮轮轴轴的的偏偏心心质质量量不不在在同同一一回回转转平平面面内内，但但质质心心在在回回转转轴轴上上，在在任意静止位置

8、，都处于平衡状态。任意静止位置，都处于平衡状态。惯性力偶矩：惯性力偶矩：运动时有：运动时有：F F1 1+F+F2 2=0=0 M M0 0这种在静止状态下处于平衡，而运动状态下呈现不平这种在静止状态下处于平衡，而运动状态下呈现不平衡，称为动不平衡。对此类转子的平衡，称为衡，称为动不平衡。对此类转子的平衡，称为动平衡。动平衡。M=F1L=F2L0第10页，此课件共27页哦第11页，此课件共27页哦适适用用对对象象：轴轴向向尺尺寸寸较较大大(B/D0.2)(B/D0.2)的的转转子子，如如内内燃燃机机中中的的曲曲轴轴和和凸凸轮轮轴轴、电电机机转转子子、机机床床主主轴轴等等都都必必须须按按动动平平

9、衡来处理。衡来处理。理理由由：此此类类转转子子由由于于质质量量分分布布不不在在同同一一个个平平面面内内，离离心心惯惯性力将形成一个性力将形成一个不汇交不汇交空间力系，故不能按静平衡处理。空间力系，故不能按静平衡处理。任意空间力系的平衡条件为：任意空间力系的平衡条件为：F Fi i=0,M=0,Mi i=0=0第12页，此课件共27页哦TT”F2F1F3F”2F”3F”1m2m3m1lr1F2r2F3r3F1首先在转子上选定两个回转平面和作为平衡基面，该平面用来加装或去掉平衡质量。将三个不同回转面内的离心惯性力往平面和上分解。l”1l1l”2l2l”3l3动平衡计算方法：动平衡计算方法：第13页

10、，此课件共27页哦第14页，此课件共27页哦TT”m2m3m1lr1F2r2F3r3F1l”1l1l”2l2l”3l3F1m1F3m3F2m2F”1m”1F”3m”3F”2m”2第15页，此课件共27页哦TT”m2m3m1lr1F2r2F3r3F1l”1l1l”2l2l”3l3F1m1F2F3m3F”1m1F”2F”3m3m3r3m1r1m2r2mbrbm”3r3m”1r1m”2r2m”br”b mbrb+m1r1+m2r2+m3r3=0 m”br”b+m”1r1+m”2r2+m”3r3=0 FbmbrbF”bm”br”b作图法求解作图法求解空间力系的平衡空间力系的平衡两个平面汇交力系的平衡问

11、题。两个平面汇交力系的平衡问题。第16页，此课件共27页哦结论：结论：对对于于动动不不平平衡衡的的转转子子，无无论论其其具具有有多多少少个个偏偏心心质质量量以以及及分分布布在在多多少少个个回回转转平平面面内内，都都只只要要在在选选定定的的平平衡衡基基面面内内加加上上或或去去掉掉平平衡衡质质量量，即即可可获获得得完完全全平平衡衡。故故动动平平衡衡又又称称为为双双面平衡。面平衡。第17页，此课件共27页哦82 回转件的平衡计算例、三根曲轴中，已知：试判断哪根曲轴达到静平衡？哪根达到动平衡？静平衡动不平衡静平衡动不平衡静平衡动平衡第18页，此课件共27页哦82 回转件的平衡计算例、图示转子有两个不平

12、衡质量mA=30g、mB=60g、rA=rB=100mm，位置如图。现已选定平衡基面I、II，试确定在两平衡基面上需增加的平衡质径积mbIrbI和mbIIrbII的大小与方位。解：I面II面方向与x方向成225。方向与rB相反。第19页，此课件共27页哦mbrmmr例：该转子是否平衡？若不平衡，问在、面上应加的平衡重（质径积）lL解：mbrbrb82 回转件的平衡计算第20页，此课件共27页哦83 刚性转子的平衡实验刚性转子的平衡实验一、静平衡实验一、静平衡实验导轨导轨式平衡架式平衡架特点：特点：结构简单、精度高，但两刀口平行、调整困难，且要求两轴端直结构简单、精度高，但两刀口平行、调整困难，

13、且要求两轴端直径相同。一般要经过多次实验才能找准，工作效率低，不适合批量生产径相同。一般要经过多次实验才能找准，工作效率低，不适合批量生产。导轨式静平衡导轨式静平衡架架OOQSQS导轨式静平衡导轨式静平衡架架QSOOQS导轨式静平衡导轨式静平衡架架QSOOQS导轨式静平衡导轨式静平衡架架QSOOQS导轨式静平衡导轨式静平衡架架QSOOQS第21页，此课件共27页哦第22页，此课件共27页哦滚子式平衡架：滚子式平衡架：单摆式平衡架：单摆式平衡架：特点：特点：使用方便，但精度使用方便，但精度较低。较低。特点：特点：工作效率高。工作效率高。Q QQ QQ QQ Q第23页，此课件共27页哦二、动平衡

14、实验二、动平衡实验mmrrTTT”T”1 12 23 34 45 5根据强迫振动理论有：根据强迫振动理论有：Z=mr Z=mr 成正比 用标准转子测得：用标准转子测得：ZZ0 0=m=m0 0rr0 0=Z=Z0 0/m/m0 0rr0 0 不平衡质径积：不平衡质径积：mr=Z/mr=Z/m”m”r”r”3 34 4TTT”T”m”m”mmrr1 12 25 5r”r”3 34 4TTT”T”m”m”mmrr1 12 25 5r”r”TTT”T”m”m”mmrr1 12 23 34 45 5r”r”ZZ第24页，此课件共27页哦TTT”T”m”m”mmrr1 12 23 34 45 5r”r”

15、确定相位差确定相位差TTOO1 1OO2 2TT1 1OO1 1TT1 1OO2 2TT1 1OO1 1mm 摆架位于最高点时，不平衡质量不在正上方，而是处在摆架位于最高点时，不平衡质量不在正上方，而是处在沿回转方向超前角沿回转方向超前角的位置。的位置。称为强迫振动相位差。称为强迫振动相位差。第25页，此课件共27页哦2 2(b)(b)(a)(a)1 11 12 2H H1 1H H2 2将图（将图（b b）转动）转动 2-22-2后与图（后与图（a a）叠加，）叠加，1 1(c)(c)H H1 1H H2 22 21 12 2不平衡质量位于不平衡质量位于H H1 1与与H H2 2连线的中垂线上。连线的中垂线上。笔尖会划出一小段圆弧,中点取为最高点。第26页，此课件共27页哦本章重点本章重点掌握静平衡和动平衡的计算方法。掌握静平衡和动平衡的计算方法。熟悉静平衡和动平衡的实验方法。熟悉静平衡和动平衡的实验方法。第27页，此课件共27页哦