机械原理第10章机械的平衡24页PPT

《机械的平衡》课件

汽车悬挂系统
通过优化悬挂系统的设计和参数，提高汽车的行驶稳定性和乘坐舒适性。
机器人关节设计
优化机器人关节的结构和运动轨迹，提高机器人的灵活性和稳定性。
风力发电机齿轮箱
优化齿轮箱的设计和参数，提高风力发电机的效率和可靠性。
06
机械平衡的发展趋势
新材料的应用
01
02
03
高强度材料
高强度材料如碳纤维、钛合金等在机械平衡中的应用，提高了设备的强度和稳定性。
详细描述
旋转机械如电机、涡轮机等在工作时，如果转子不平衡，会导致振动和磨损，影响机械性能和使用寿命。因此，需要对转子进行平衡测试和调整，以确保其稳定运行。
往复机械的平衡
总结词
往复机械的平衡主要通过减震器和缓冲装置来减小往复运动产生的冲击和振动。
VS
详细描述
往复机械如内燃机、压缩机等在工作时，往复运动会产生较大的冲击和振动，影响机械性能和使用寿命。因此，需要采用减震器和缓冲装置来减小冲击和振动，提高机械的稳定性和可靠性。
力矩平衡是分析旋转机械和机构运动的重要方法之一。通过力矩平衡，可以确定物体在旋转过程中的角速度、角加速度以及受到的扭矩等参数。同时，力矩平衡也是设计各种旋转机械和机构的重要依据。
惯性力的平衡
总结词
惯性力是指物体加速或减速运动时受到的力，其大小与物体的质量成正比，方向与加速度相反。惯性力的平衡是指物体所受的惯性力在大小和方向上相互抵消，使物体保持匀速直线运动或静止状态。
02
平衡状态的表现
在平衡状态下，机械系统的所有质点和约束力均处于静止状态，没有加
速度和角加速度。
03
平衡状态的分类
平衡状态分为静态平衡和动态平衡两种类型。静态平衡是指系统在静止

《机械原理》第十章_平面机构的平衡

m1 r
Fb
泉城学院
单缸曲轴
Fb Fb Fb Fbl Fb l
当 rb rb rb 时
l l rb mb rb mb mb mb rb mb rb mb rb mb l l rbl mb rbl mb l l rb mb rb mb mb mb l l

完全平衡或不完全平衡由于机构各构件的尺寸和质量完全对称，故在运动过程中其总质心将保持不动。可得到很好的平衡效果
2Fh 2m 2 r cos
h 2Fh R14
2m 2 r cos mC 2 k cos
k m mC 2r
泉城学院
对称布置法

完全平衡由于机构各构件的尺寸和质量完全对称，故在运动过程中其总质心将保持不动。可得到很好的平衡效果
mC m3 m2C

2
l

C
C
平衡惯性力在曲柄加质量使得
pmC k pk m m m (m3 m2C ) r r mr mC k k e pa b m1 m2 pm3 r k l m 2 r cos mC 2 k cos Fh
l1 l1 m1 m1 m1 l l l2 l2 m2 m2 m2 m2 l l l3 l3 m3 m3 m3 m3 l l m1
泉城学院
rb m1 r1 m2 r2 m3 r3 0 mb rb m1 r1 m2 r2 m3 r3 0 mb
Fv m 2 r sin mC 2 k sin
h R14 Fh

机械原理之机械的平衡

b
3
y
α3r m2A
2
y m2 r2 α2 r3 x m 3 F3
x
r3 r1 m3A
α2 m 1A
r1
m1
a
3
x
x
L
xA = m1A r1 cos α1 + m2 A r2 cos α 2 + m3A r3 cos α 3
= 41.67 × 100 cos 0o + 40 × 80 cos 90o + 11.67 ×120 cos 225o gmm = 3176.77gmm
r1 = r4 = 100mm, r2 = 200mm, r3 = 150mm ，
而各偏心重量的方位如图所示。又设平衡重力 G 的重心至回转轴距离试求平衡重力 G 的大小及方位。
r=150mm，
x
90 Q1 Q4 r4 r3 90 Q3 90 r1
机械的平衡问题可分为以下三个方面 1）刚性转子的平衡
*刚性转子--刚性转子--无显著地弹性变形的刚性转动构件
平衡原理--力系的平衡原理
2)挠性转子的平衡 2)挠性转子的平衡
挠性转子----在惯性力的影响下产生弯曲变形的转子
3)机械在机座上的平衡 3)机械在机座上的平衡
平面运动的构件的惯性力由机座平衡。机构的平衡称为机械在机座上的平衡。械
α1=0°; α2=270°; α3=180°; α4=90°; G1r1=5000Nmm; G2r2=14000Nmm; G3r3=12000Nmm; G4r4=10000Nmm;
90 Q2 r2
n Gb rb cos α b = −∑ Gi ii cos α i i =1 n Gb rb sin α b = −∑ Gi ri sin α i i =1

机械原理第2版第10章机械的平衡

mr
某印刷机凸轮轴的平衡计算
选择平衡基面
将不平衡质量分解
m1r1
l1 L
m1r1
F1I
m1r1
L l1 L
m1r1
F1II
m2 r2
l2 L
m2 r2
F2I
m2r2
L l2 L
m2 r2
F2II
m3r3
l3 L
m3r3
F3I
m3r3
L
l3 L
m3r3
F3II
I
F2I F1I
rb
F3I
mb
1）不平衡惯性力将在运动副中引起附加的动压力，增大了运动副中的摩擦；
2）降低机械效率和使用寿命，影响机械本身的正常工作；
3）使机械及其基础产生强迫振动，甚至产生共振，可能导致机器破坏，甚至更严重的后果。
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设计的一个重要问题。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的。对于此类机械则是如何合理利用不平衡惯性力的问题。
b
rb mb
m'b r'b
m1r1 + m2r2 + mbrb＝0
解析法求解：
m1r1 cos1 m2r2 cos2 (mbrb )x 0 m1r1 sin 1 m2r2 sin 2 (mbrb ) y 0
mbrb (mbrb )2x (mbrb )2y
方位角
b
arctg
(mbrb )y (mbrb )x
专题十机械的平衡
平衡概述刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡实验转子的平衡精度和许用不平衡量

机械原理——机械的平衡

21
机械原理
§6-3 刚性转子的平衡试验理论上的平衡转子，由于制造精度、装配、材质不均匀等原因，会产生新的不平衡。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，利用增加或除去平衡质量的方法予以平衡。
一．静平衡实验
1.实验原理
22
机械原理
2.实验设备
滚轮式静平衡仪
9
机械原理
10
机械原理
例：如图，盘状转子偏心质量m1、m2，回转半径r1、r2，如何实现静平衡？
解： F F F 0 Ii b
ω
2 2 2 m1 r 1 m r 22 r 2m b r b0 r b 0 b m 2m
26
机械原理
3．现场平衡
对于一些尺寸非常大或转速很高的转子，一般无法在专用动平衡机上进行平衡。即使可以平衡，但由于装运、蠕变和工作温度过高或电磁场的影响等原因，仍会发生微小变形而造成不平衡。在这种情况下，一般可进行现场平衡。现场平衡就是通过直接测量机器中转子支架的振动，来确定其不平衡量的大小及方位，进而确定应增加或减去的平衡质量的大小及方位，使转子得以平衡。
G4000
G1600
G630
1600
630
……
G2.5 G1 G0.4
……
2.5 1 0.4
……………………………..
燃气轮机和汽轮机、透平压缩机、机床传动装置、特殊中、大型电机转子、小型电机转子等。磁带录音机传动装置、磨床传动装置、特殊要求的小型电机转子。精密磨床的主轴、砂轮盘及电机转子陀螺仪。
32
机械原理
1.利用配重 2
1 4
s

机械原理课件--平衡

二、动平衡及其计算转子的宽径比(B/D)大于0.2时，其质量就不能视为分布在同一平面内了。这时，其偏心质量分布在几个不同的回转平面内。
如下图所示。此时，即使转子的质心位于回转轴上，也将产生不可忽略的惯性力矩，这种状态只有在转子转动时才能显示出来的不平衡状态称为动不平衡。
动平衡不仅平衡各偏心质量产生的惯性力，而且还要平衡这些惯性力所形成的惯性力矩，即不仅要使各偏心质量产生的惯性力的合力为零，而且要使合成的惯性力矩为零。 2.动平衡的计算为了达到动平衡应在转子上选择两个平面进行平衡校正，称双面平衡。这两个平面可以任意选择，但实际上必须能够安装配重或去重的平面，由转子结构决定，且两平面间距离尽可能大些，提高校正精度和平衡效率
动平衡的计算方法
以具有三个不平衡质量的回转件为例。如图所示，回转件的三个不平衡质量m1、m2 和m3依次分布在1、2 、3三个回转面内，其向径分别为r1、r2、r3 在平面1、2、3的两侧分别任选一个回转面T′和T″ ，两平面间的距离以及与1、2、3三个平面的距离如图所示。
现将平面1、2、3 的质量m1 、m2和 m3分别用平面T′ 和T″内的质量m1′ 和m1″、 m2′和 m2″、 m3′和m3″ 来代替，并且各代替质量与原质量的质心向径相同，即
′ r1′ = r1′ = r1 ′ ′ ′ r2 = r2 = r2 ′ r3′ = r3′ = r3
则在平面T′内三个质量分别为 ′ ′ l1 ′ m1 = m1 l ′ ′ l2 m′ m2 2 = l ′ ′ l3 ′ m3 = m3 l
在平面T″内的三个质量分别为 ′ l1 ′ ′ m1 = m1 l ′ l2 ′ m′ = m2 2 l ′ l3 ′ ′ m3 = m3 l 经上述转化，可以认为回转件的不平衡质量已完

《机械原理》第十章平面机构的平衡

转子要完全平衡是不可能的，实际上，也不需要过高要求
转子的平衡精度，而应以满足实际工作要求为度。为此，对
不同工作要求的转子规定了不同的许用不平衡量，即转子残余不平衡量。
许用不平衡量有两种表示方法：
1. 用许用质径积[mr]（单位g.mm）表示此表示比较直观，便于平衡操作。 2. 用偏心距[e] (单位mm)表示 [e] = [mr]/m
设计机构时，可以通过构件的合理布置、加平衡质量或加平衡机构的方法使机构的总惯性力得到完全或部分平衡。
一、完全平衡法 1）四杆机构的完全平衡将构件2的m2用集中于
B、C 两点的两个质量代换；
m2B = m2 lCS’2/ lBC m2C = m2lBS’2/ lBC 在构件1和3的延长线上各加一平衡质量，使其质心分别移到固定轴A和D处： m’=(m2BlAB+m1lAS’1)/r ’
平面机构惯性力的平衡条件
对于活动构件的总质量为m、总质心S的加速度为as的机构，要使机架上的总惯性力F 平衡，必须满足：
m 0 as=0 F mas 0
机构的总质心S 匀速直线运动或静止不动。

质心不可能作匀速直线运动
欲使as=0, 就得设法使总质心S 静止不动。
-F"
平衡原理
F1
F = F1 + F2 F1 L1 = F2L2 可解得 L2 F1 = F L L1 F2 = F L
(1) (2)
Ⅰ
F
F2
Ⅱ
(3) (4) F' L1 F" L2
将力F平行分解到两个平衡基面上，得F1和F2 ，即 F = F1 + F2 F1 L1 = F2 L2 即 F1 = -F'

机械原理课件-平衡

平衡状态的条件
要达到平衡状态，物体或系统必须满足力的平衡和力矩的平衡两个条件。
惯性力与平衡
惯性力是物体由于自身惯性而产生的力，它对平衡状态有重要影响。不平衡的惯性力会导致物体的运动状态变化。
平衡控制系统
平衡控制系统通过控制力的大小和方向，使物体或系统保持平衡状态。
平衡系统的设计
设计一个平衡系统需要考虑物体的结构、材料、力学性质等因素，以确保它能够在各种条件下保持平衡。
力的平衡
力的平衡是指作用于物体的各个力的合力为零，物体保持静止或匀速直线运动。
机械原理课件-平衡
欢迎来到机械原理课件关于平衡的介绍。本课程将涵盖平衡的定义、种类、条件，以及在不同领域中的应用
平衡的定义
平衡是物体或系统处于稳定状态的特性，其中各个力的合力和力矩为零。
平衡的种类
平衡可分为静态平衡和动态平衡ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ静态平衡是指物体处于静止状态，动态平衡是指物体处于匀速直线运动状态。

机械原理课件：chapter10 平面机构的平衡

i 1
n
为了平衡，必须： mbrb 2 miri 2 0
i 1
刚性转子的静平衡条件：
n
mbrb 2 miri 2 0 i 1
即：离心惯性力的矢量和为零。
n
mbrb miri 0 i 1
即: 质径积矢量和为零。
二、质量分布不在同一回转面内（动平衡、双面平衡)
1、平衡范围：轴向宽度与直径之比b/D＞0.2的转子。 2、与静平衡的区别
第十章平面机构的平衡
10.1 平衡的目的和分类
1、机械平衡的目的不平衡惯性力的危害：增大运动副中的摩擦，降低效率；增大构件中的内应力，降低寿命；引起振动，甚至产生共振。
不平衡惯性力的利用(如：打夯机)
机械平衡的目的：减小振动，消除附加动压力
2、分类：
1）回转件的平衡：绕固定轴回转的构件刚性回转件：本身产生的弹性变形很小，不考虑挠性回转件：工作过程中产生较大弯曲变形的转子，考虑弹性变形
mi
'
' '
mi
mi
''
'
mi
对两平衡基面分别进行静平衡。
n
mbrb 2 miri 2 0 i 1
求得m b’、rb’; m b”、rb”
即
Fi 0
则同时满足： Fi 0,Mi 0
条件: 离心惯性力矢量和为零, 离心惯性力所构成的力偶矩矢量和也为零。
三、动静平衡的Biblioteka 系：经过动平衡的回转件一定是静平衡的，经过静平衡的回转件不一定是动平衡的。
1）质量分布不能看作在同一回转平面内
2）各Fi不再为平面汇交力系，而是空间力系 3）尽管有时 Fi=0，但由于有惯性力偶矩，Mi 0仍不平衡

机械原理第十章机械动力学和机械的平衡

i 1
i 1
则
F

n i 1
Fi
(
vi v
) cosi

n i 1
M
i
(
i
v
)
M

n i 1
Fi
(
vi

)
cos
i

n i 1
M
i

(
i

)
（3）机械系统等效动力学模型机械系统等效动力学模型通常有下列两种表达形式。
1）能量形式的运动方程式
d[1 J () 2 ] M ()d
式中m可由min与max的算数平均值近似确定：
m

1 2
(max
min )
机械速度不均匀系数的许用值因工作性质不同而有不同要求，如果超过了许用值，必将影响机器正常工作，但是过分要求减少不均匀系数值也是不必要的。不同机械（机器）的不均匀系数许用值可在相关工程设计手册上查到。
三、机械系统的等效动力学模型
2
设给定初始条件：=0时，=0，J=J0，则对上式积分得
1
2
J () 2

1 2
J
2
00

0 M ()d
2）力矩形式的运动方程式
J () d
2

dJ ()
M ()
d 2 d
四、在已知力作用下机械的真实运动
（一）等效构件角速度的确定
按等效力矩求等效构件角位移自至0的盈亏功W，其值为
n i 1
(mi vs2i0

J
si
2 i0
)
（二）等效质量及等效转动惯量、等效力及等效力矩

机械原理第十章平衡

目录
10.1 刚性转子的平衡 10.2 机构的平衡
总目录
下一页退出
本章重点:
1.刚性转子的平衡（概念） 2.静平衡和动平衡基本原理、平衡条件和计算方法。
分目录
上一页下一页退出
不平衡的危害
分目录
上一页下一页退出
不平衡的危害
磨床分目录
上一页下一页退出
不平衡的利用
打夯机
分目录
上一页下一页退出
动平衡实验
硬支承动平衡机
分目录上一页下一页源自出10.1.3 转子的许用不平衡量
许用不平衡量 ——能保证机器正常运转所允许的残存不平衡量。
表示方法：
[ Q’r’]——许用不平衡重径积。 [ e]——许用重心偏移量。关系： [e]= [ Q’r’] / Q 平衡精度等级及许用不平衡量见标准：P172表10-1
m r m 1 r 1 r m 2 r 2 m 3 r 3 0
r1
mr
r m r3 3
m1
r m r1 1
r m 2 r2
静平衡的条件：使分布于转子上的r各偏心质量的离u v 心惯性力合力为零或质径积为零。即 F Ii0或 m irIi0
分目录
上一页下一页退出
静平衡实验方法
平衡平面Ⅰ：m 1 Ir 1 I m 2 Ir 2 I m 3 Ir 3 I m IrI 0 平衡平面Ⅱ：m 1 I Ir 1 I I m 2 I Ir 2 I I m 3 I Ir 3 I I m I Ir I I 0
分目录
上一页下一页退出
动平衡实验
软支承动平衡机
分目录
上一页下一页退出

F Ii T Ii

清华大学机械原理课件机械的平衡资料

b arctan
(mb rb ) y (mb rb ) x
根据转子结构特点选定 rb →计算确定 mb
注意：
尽量增大 rb ，使 mb 小些；转子实际结构不允许在向径
rb 的方向上安装平衡质量？
精密仪器与机械学系设计工程研究所
结论：
产生静不平衡的原因是惯性力的合力不为零；
静平衡的条件为分布于转子上的各个偏心质量的离心惯性力的合力为零或质径积的向量和为零；对于静不平衡的转子，无论它有多少个偏心质量，都只需要适当地增加一个平衡质量即可获得平衡。即对于静不平衡的转子，需加平衡质量的最小数目为1。
l AB mB mE1 r E1 m lCD mC E3 rE3
总质量可用位于A、D 两点的两个质量替代：
mA m1 A mB mE1 mD m3 D mC mE3
精密仪器与机械学系设计工
平衡设计的刚性转子在理论上是完全平衡的，但由于材
质不均匀及制造和装配误差等原因，在设计阶段无法确定和
消除的因素所产生的不平衡现象，需要通过试验的方法作进一步的平衡。
精密仪器与机械学系设计工程研究所
11.3.1 静平衡试验
平衡设计的刚性转子在理论上是完全平衡的，但由于材质不均匀及制造和装配误差等原因，在设计阶段无法确定和消除的因素所产生的不平衡现象，需要通过试验的方法作进
动的不平衡惯性力—平衡设计。 2. 平衡试验由于材质不均匀及制造和装配误差等原因，在设计阶段无法确定和消除的因素所产生的不平衡现象，需要通过试验的方法作进一步的平衡。
精密仪器与机械学系设计工程研究所
11.2 刚性转子的平衡设计平衡设计
高速转子精密转子

机械原理平面机构的平衡课件

c
Q
机械原理平面机构的平衡
2 动平衡实验
1. 电机
2. 带传动
3. 万向联轴节
4. 试件
5-6. 传感器
7. 解算电路
8. 选频放大器
9. 仪表
10. 整形放大器
2
11. 鉴相器
12. 光电头
13. 整形放大器
14. 相位标记
15. 相位表
4 12
13
6
14
13
11 5
7 89
机械原理平面机构的平衡
机械原理平面机构的平衡
二、机构惯性力的完全平衡
完全平衡：使机构的总惯性力恒为0。常用的方法有： 1. 利用对称机构平衡：平衡效果很好，但使机构的体积增大。
机械原理平面机构的平衡
二、机构惯性力的完全平衡（续）
2. 利用平衡质量平衡 1）四杆机构的完全平衡
❖将构件2的m2用集中于
B、C 两点的两个质量代换；
mmClAB /r
❖m’’所产生的惯性力在水平和铅垂方向的分力分别为：
P’’h = -m’’ 2r cos= -mC 2 lAB cos P’’v = -m’’2 r sin= -mC 2 lAB sin
❖P’’h = -PC P’’h可以将机械m原c理产平面生机构的的平往衡复惯性力PC平衡掉。
三、机构惯性力的部分平衡（续）
rb
mb
r4 m4
F4
Fb
W3
W
2
W1
F3
W4
a
Wb
b
机械原理平面机构的平衡
质径积表达方式
F
• 平m F 1 1 衡r 1 方F 2 程 2 m ：2 F r 2 3 2 F m 4 3 r 3 F b 2 m 0 4 r 4 2 m b r b 2 0 F1 m1r1