清华大学机械设计基础讲义-机械的平衡-PPT精品文档
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机械设计基础全套教学ppt课件清华大学
• 4．高副 • 两构件组成高副时的相对运动与这两个构件
在接触处的轮廓形状有直接关系，因此，在 表示高副时必须画出两构件在接触处的曲线 轮廓。如图1-8、图1-9所示为齿轮高副和凸 轮高副的表示方法。
机械设计基础
（a）外啮合齿轮；
（b）内啮合齿轮；
（c）齿轮齿条；
（d）锥齿轮；
（e）蜗杆蜗轮
图1-9 齿轮高副的表示方法
小齿轮5、大齿轮6、凸轮7、推杆8等系列 构件组成，其各构件之间的运动是确定的。
0.1.2 构件与零件
机构是由具有确定运动的单元体组成的，这 些运动单元体称为构件。
组成构件的制造单元体称为零件。 零件则是指机器中不可拆的一个最基本的 制造单元体。构件可以由一个或多个零件组成。
如图1-1所示内燃机的曲轴为一个零件；连 杆则为多个零件的组合。因此，构件是相互固 接在一起的零件组合体。
机械设计基础
图1-5（a）开式运动链
• 将运动链中的一个构件固定，并且它的一个 或几个构件作给定的独立运动时，其余构件 便随之作确定的运动，此时，运动链便成为 机构。
• 机构的组成: • 机 架：固定不动的构件 • 原动件：输入运动的构件 • 从动件：其余的活动构件
机械设计基础
§1-2 平面机构的运动简图
机械设计基础
常见虚约束
（1）两构件构成多个导路平行的移动副， 如图1-18所示。
机械设计基础
图1-18 两构件构成多个导路平行的移动副
（2）两构件组成多个轴线互相重合的转动 副，如图1-19所示。
图1-19 两构件组成多个轴线互相重合的转动副
机械设计基础
• （3）机构中存在对传递运动不起独立作用 的对称部分，如图1-20所示。
《机械的平衡和调速》课件
调速的定义
调速是指通过改变机械设备的输入参数，如电压、电流、转速等，以达到改变 机械设备输出转速的目的。
调速的重要性
在许多工业领域中，机械设备的输出转速需要进行精确控制，以满足生产工艺 的要求。例如，在纺织、造纸、食品加工等领域，需要对机械设备的输出转速 进行精确控制，以保证产品质量和生产效率。
调速的类
平衡的方法
主动平衡
通过增加或减少质量或其他参数来消 除不平衡，使机械系统达到平衡状态 的方法。例如，在旋转机械中通过加 减配重块来消除转子不平衡。
被动平衡
通过采用阻尼材料或结构来减小机械 系统中的振动和不平衡的方法。例如 ，在旋转机械中通过设置阻尼器来减 小振动和不平衡。
02
机械调速的基本概念
调速的定义与重要性
通过改变机械设备的液压参数， 如油压、流量等，以达到改变机 械设备输出转速的目的。例如， 通过改变液压马达的输入油压等
。
03
机械平衡与调速的应用
平衡在机械设计中的应用
平衡在旋转机械中的应用
旋转机械如电机、发动机等在工作过程中会产生惯性力和惯性力矩，平衡的目的 就是消除或减小这些力和力矩，提高机械效率和使用寿命。
《机械的平衡和调速》ppt课 件
目录
• 机械平衡的基本概念 • 机械调速的基本概念 • 机械平衡与调速的应用 • 机械平衡和调速的未来发展
01
机械平衡的基本概念
平衡的定义与重要性
平衡的定义
平衡是指机械系统中的各个部分 在运动过程中保持相对静止或以 预定的方式运动的状态。
平衡的重要性
平衡是保证机械系统正常运转的 必要条件，不平衡会导致机械振 动、磨损和效率降低，甚至引发 安全事故。
平衡与调速技术的融合趋势
调速是指通过改变机械设备的输入参数，如电压、电流、转速等，以达到改变 机械设备输出转速的目的。
调速的重要性
在许多工业领域中，机械设备的输出转速需要进行精确控制，以满足生产工艺 的要求。例如，在纺织、造纸、食品加工等领域，需要对机械设备的输出转速 进行精确控制，以保证产品质量和生产效率。
调速的类
平衡的方法
主动平衡
通过增加或减少质量或其他参数来消 除不平衡，使机械系统达到平衡状态 的方法。例如，在旋转机械中通过加 减配重块来消除转子不平衡。
被动平衡
通过采用阻尼材料或结构来减小机械 系统中的振动和不平衡的方法。例如 ，在旋转机械中通过设置阻尼器来减 小振动和不平衡。
02
机械调速的基本概念
调速的定义与重要性
通过改变机械设备的液压参数， 如油压、流量等，以达到改变机 械设备输出转速的目的。例如， 通过改变液压马达的输入油压等
。
03
机械平衡与调速的应用
平衡在机械设计中的应用
平衡在旋转机械中的应用
旋转机械如电机、发动机等在工作过程中会产生惯性力和惯性力矩，平衡的目的 就是消除或减小这些力和力矩，提高机械效率和使用寿命。
《机械的平衡和调速》ppt课 件
目录
• 机械平衡的基本概念 • 机械调速的基本概念 • 机械平衡与调速的应用 • 机械平衡和调速的未来发展
01
机械平衡的基本概念
平衡的定义与重要性
平衡的定义
平衡是指机械系统中的各个部分 在运动过程中保持相对静止或以 预定的方式运动的状态。
平衡的重要性
平衡是保证机械系统正常运转的 必要条件，不平衡会导致机械振 动、磨损和效率降低，甚至引发 安全事故。
平衡与调速技术的融合趋势
《机械的平衡与调速》课件
机械平衡与调速的发展趋势
05
与挑战
新材料与新工艺的应用
总结词
新材料和新工艺在机械平衡与调速领域的应 用，为解决传统材料和工艺的限制提供了新 的解决方案。
详细描述
随着科技的不断发展，新型材料如碳纤维、 钛合金等高强度、轻质材料在机械部件制造 中得到广泛应用，提高了设备的平衡性能和 调速稳定性。新工艺如3D打印技术能够实 现复杂结构的精密制造，为机械设备的精细 平衡和调速提供了可能。
离心机的平衡与调速
总结词
离心机的平衡与调速对于保证其稳定运 行和提高分离效果具有重要意义。通过 平衡技术可以减小离心机振动，提高其 稳定性和分离效果。调速技术则可以控 制离心机转速，实现不同物料的分离需 求。
VS
详细描述
离心机在分离过程中会产生振动和噪音， 这会影响分离效果和离心机的寿命。通过 平衡技术，可以减小离心机振动，提高其 稳定性和分离效果。调速技术则可以根据 不同物料的分离需求调整离心机转速，实 现高效分离。同时，调速控制还可以实现 节能降耗，降低生产成本。
和环境污染。
THANKS
感谢观看
01 平衡的条件
对于一个机械系统，如果作用于其上的所有外力 矩之和为零，则该系统处于平衡状态。
02 平衡的准则
为了实现平衡，需要根据具体的机械系统和工况 条件，选择合适的支撑、配重、阻尼等措施，以 消除或减小不平衡力矩的影响。
03 准则的应用
在机械设计中，应遵循平衡的准则，合理布置和 设计机械系统的各个部分，以确保系统的稳定性 和可靠性。
02
机械平衡的方法与技术
静平衡方法
静平衡方法是一种通过测量和调整机械部件的质 01 量分布，使其在静态条件下达到平衡的方法。
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• 平面四杆机构：最简单的平面四杆机构是由四 个构件组成的，简称平面四杆机构。
• 铰链四杆机构：构件间用四个转动副相连的平 面四杆机构。
机械设计基础
2.1 概 述 • 平面连杆机构的优点是： • （1）运动副都是低副，寿命长，传递动力
大。 • （2）何形状简单，易于加工，成本低。 • （3）在主动件等速连续运动的条件下，当
处形成两个转动副。 • 推理：N个构件时，有N – 1个转动副。
机械设计基础
机械设计基础
图1-15 复合铰链
• 【例1-4】计算如图1-16所示的复合杆机构 的自由度。
• 解：活动构件数n=5 • 低副数 PL 7 • 高副数 PH 0
F 3n 2PL PH 35 27 0
1
图1-16 复合杆机构
• 解：活动构件数n=2 • 低副数 PL 2 • 高副数 PH 1
F 3n 2PL PH 32 221 1
图1-14 凸轮机构
机械设计基础
1.3.2 计算机构的自由度时应注意的问题
1).复合铰链 由三个或三个以上构件组成的轴线重合
的转动副称为复合铰链。 • 如图1-15所示，三个构件在同一轴线
（a）一个构件上有两个运动副
（a）一个构件上有三个运动副
图1-6 构件的表示方法
机械设计基础
• 2．转动副
（a）图面与回转轴线垂直；
（b）图面与回转轴线共面
图1-7 转动副的表示方法
机械设计基础
• 3．移动副
• 如图1-8所示，注意移动副的导路应与两 构件相对移动的方向一致。
机械设计基础
图1-8 移动副的表示方法
运动的连接称为运动副。
运动副元素：两构件上直接参与接触而构成运动副的部分— —点、线或面。
• 铰链四杆机构：构件间用四个转动副相连的平 面四杆机构。
机械设计基础
2.1 概 述 • 平面连杆机构的优点是： • （1）运动副都是低副，寿命长，传递动力
大。 • （2）何形状简单，易于加工，成本低。 • （3）在主动件等速连续运动的条件下，当
处形成两个转动副。 • 推理：N个构件时，有N – 1个转动副。
机械设计基础
机械设计基础
图1-15 复合铰链
• 【例1-4】计算如图1-16所示的复合杆机构 的自由度。
• 解：活动构件数n=5 • 低副数 PL 7 • 高副数 PH 0
F 3n 2PL PH 35 27 0
1
图1-16 复合杆机构
• 解：活动构件数n=2 • 低副数 PL 2 • 高副数 PH 1
F 3n 2PL PH 32 221 1
图1-14 凸轮机构
机械设计基础
1.3.2 计算机构的自由度时应注意的问题
1).复合铰链 由三个或三个以上构件组成的轴线重合
的转动副称为复合铰链。 • 如图1-15所示，三个构件在同一轴线
（a）一个构件上有两个运动副
（a）一个构件上有三个运动副
图1-6 构件的表示方法
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• 2．转动副
（a）图面与回转轴线垂直；
（b）图面与回转轴线共面
图1-7 转动副的表示方法
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• 3．移动副
• 如图1-8所示，注意移动副的导路应与两 构件相对移动的方向一致。
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图1-8 移动副的表示方法
运动的连接称为运动副。
运动副元素：两构件上直接参与接触而构成运动副的部分— —点、线或面。
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第1章 平面机构的运动简图和自由度
1.1 机构的组成
1.1.1 自由度、运动副与约束
•
构件：机构中
运动的单元体，是组
成机构的基本要素。
•
• 自由度：构件可能出 现的独立运动。
• 对于一个作平面运动 的构件，则只有三个
机械设计基础
图1-1 自由度
1.1.2 运动副及其分类
1)运动副：两构件之间直接接触并能产生一定的相对
根据用途不同，机器可分为：
动力机器：实现能量转换，如内燃机、电动机、蒸汽机、发电机、压气机等。
加工机器：完成有用的机械功或搬运物品，如机床、织布机、汽车、飞机、起重
机、输送机等。
信息机器：完成信息的传递和变换，如复印机、打印机、绘图机、传真机、照相
机等。
绪论
虽然机器的种类繁多，构造、用途和功能也各不相同。 但具有相同的基本特征： （1）人为的实物（构件）组合体。 （2）各个运动实物之间具有确定的相对运动。 （3）代替或减轻人类劳动，完成有用功或实现能量的转换。
在对现有机械进行分析或设计新机器时，都需要绘出其机构 运动简图。
1. 机构运动简图的定义 为了便于分析，人们不考虑机器的复杂外形和结构，仅用规 定的线条和符号按一定的比例表示构件的尺寸和各运动副的位置， 这种将机构中各构件间相互运动关系表示出来并反映机构特征的 简图称为机构运动简图。
机械设计基础
1.2.1 运动副及构件的表示方法 • 1．构件 • 构件均用直线或小方块来表示，如图1-6示。
机械设计基础
机械设计基础
图1-10 凸轮副的表示方法
1.2.2 平面机构运动简图的绘制
• 绘制机构运动简图的步骤：
• （1）分析机构的组成，观察相对运动关系， 了解其工作原理。
机械的平衡机械原理 教学PPT课件
不平衡质径积的大小。
由光电头12和整形放大
器10、13及鉴相器11在
相位表15上读出相位，
以确定偏心质量的方位。
图6-7
§6－4 转子的许用不平衡量
许用不平衡量的两种表示法：由于实验设备本身精度的影响，经过实验平衡的转子， 实际上不可避免还存在一些残余的不平衡量。要想进一
1.)偏心距－[e];
步减小其不平衡量，就得使用更精密的平衡装置和更高 的平衡技术。但这意味着要提高生产成本，从合理降低
适用对象：轴向尺寸较大(B/D≥0.2)的转子，如内燃 机中的曲轴和凸轮轴、电机转子、机床主轴等都必须 按动平衡来处理。
理由：此类转子由于质量分布不在同一个平面内，离 心惯性力将形成一个不汇交空间力系，故不能按静平 衡处理。
任意空间力系的平衡条件为： ∑Fi = 0, ∑Mi=0
引用力学结论：将力F分解成两
F = Fb＋∑Fi = 0
F2 m2
偏心
Fb
r2 r1
r3
m1 F1
F3 m3
ω
设各偏心质量分别为mi，偏心距为ri ,转子以ω等速
回转， 产生的离心惯性力为：
Fi = miω2ri
=> ∑Fi= ∑ miω2ri
平衡配重所产生的离心惯性力为： Fb=mbω2rb
总离心惯性力的合力为：
F = Fb +∑Fi = 0
m1IIr1 mbIIrbII
mbIIrbII + m1IIr1 + m2IIr2+ m3IIr3 = 0
空间力系的平衡
两个平面汇交力系的平衡问题。
结论： 对于动不平衡的转子，无论其具有多少个偏心质
量以及分布在多少个回转平面内，都只要在两个选定 的平衡基面内加上或去掉平衡质量，即可获得完全平 衡。故动平衡又称为双面平衡。
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（1）刚性转子的平衡：
作转速低于一阶临界转速的转子平衡。
（2）挠性转子的平衡： 当工作转速大于一阶临界转速的转 子平衡。
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2) 机构的平衡
机构的平衡：一般是指存在有往复运 动或平面复合运动构件的机构平衡。
• 惯性力和惯性力矩不可能在构件内部 Evaluation only. 消除
ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 • 所有构件上的惯性力和惯性力矩可合 成为一个通过机构质心并作用于机架 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 上的总惯性力和惯性力矩。
机构在机架上的平衡： 总惯性力和总惯性力矩在机架 上得到完全或部分平衡。
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F=F1+F2+F3+Fb=0
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11.2.1 刚性转子的静平衡设计
m e m r m r m r m r 0 1 1 2 2 3 3 b b
m和e分别为转子的总质量和总质心的向径；
Evaluation only. 径宽比D/b≥5的转子（砂轮、飞轮、齿轮）：可近似地认为其不平衡质 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 量分布在同一回转平面内。 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 1) 根据转子结构定出偏心质量的大小
ted
5.2
Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
若不平衡，则需要在结构上采取措施消除不平衡惯性 力的影响。
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11.2.1 刚性转子的静平衡设计 静不平衡现象：
转子的质心不在回转轴线上，当其转动时，其偏心质量就会产生离心 惯性力，从而在运动副中引起附加动压力。
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ted
Client Profile 5.2 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 从回转中心到各偏心质量中心的
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11.2.1 刚性转子的静平衡设计
增加一个平衡质量mb，其向径为rb 所产生的离心惯性力为Fb。
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第11章 机械的平衡
11.1 平衡的分类和平衡方法
Evaluation only. 11.2 刚性转子的平衡设计 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 11.3 刚性转子的平衡试验 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
11.4 挠性转子平衡简介 11.5 平面机构的Байду номын сангаас衡设计
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11.1 平衡的分类和平衡方法
11.1.1 机械平衡的分类
转子：绕固定轴转动的构件。
1)转子的平衡 Evaluation only.
ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 转子的平衡：其惯性力和惯性力矩 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 的平衡问题。
Evaluation only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 要求平衡时，Fb2019-2019 , F1, F2, F3所形成的合 Copyright Aspose Pty Ltd. 力F应为零：
2 2 2 2 2 m e m r m r m r m r 0 11 2 2 3 3 b b
i i
Evaluation only. m 和r 分别为转子各个偏心质量及其质心的向径； ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 m 和 r 分别为所增加的平衡质量及其质心的向径。 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
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11.1.2 机械平衡的方法
1) 平衡设计
在机械设计阶段，采取措施消除或减少产生有害振动 的不平衡惯性力。 Evaluation only.
ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 平衡设计的机械：理论上达到平衡 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
2) 平衡试验
• • • 制造不精确 材料不均匀 安装不准确
不平衡现象：达不到原来的设计要求
平衡试验：通过试验的方法加以平衡。
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11.2 刚性转子的平衡设计
转子的平衡设计:
在转子的设计阶段，尤其是在对高速转子及精密转子进行 Evaluation only. 结构设计时，必须对其进行平衡计算，以检查其惯性力和 惯性力矩是否平衡。 with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile
和方位；
静平衡设计：
2) 计算出为平衡偏心质量需添加的平 衡质量的大小及方位；
3) 在转子设计图上加上该平衡质量， 以便使设计出来的转子在理论上达 到平衡。
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11.2.1 刚性转子的静平衡设计
盘形转子的静平衡设计举例： 已知： Evaluation only. 分布于同一回转平面内的偏心质 with for .NET 3.5 量为Aspose.Slides m1, m2和 m3 向径为r1，r2 和r3。 当转子以等角速度w转动时，各 偏心质量所产生的离心惯性力分别 为：F1，F2，F3。
作转速低于一阶临界转速的转子平衡。
（2）挠性转子的平衡： 当工作转速大于一阶临界转速的转 子平衡。
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2) 机构的平衡
机构的平衡：一般是指存在有往复运 动或平面复合运动构件的机构平衡。
• 惯性力和惯性力矩不可能在构件内部 Evaluation only. 消除
ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 • 所有构件上的惯性力和惯性力矩可合 成为一个通过机构质心并作用于机架 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 上的总惯性力和惯性力矩。
机构在机架上的平衡： 总惯性力和总惯性力矩在机架 上得到完全或部分平衡。
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11.2.1 刚性转子的静平衡设计
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m和e分别为转子的总质量和总质心的向径；
Evaluation only. 径宽比D/b≥5的转子（砂轮、飞轮、齿轮）：可近似地认为其不平衡质 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 量分布在同一回转平面内。 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 1) 根据转子结构定出偏心质量的大小
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5.2
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若不平衡，则需要在结构上采取措施消除不平衡惯性 力的影响。
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11.2.1 刚性转子的静平衡设计 静不平衡现象：
转子的质心不在回转轴线上，当其转动时，其偏心质量就会产生离心 惯性力，从而在运动副中引起附加动压力。
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11.2.1 刚性转子的静平衡设计
增加一个平衡质量mb，其向径为rb 所产生的离心惯性力为Fb。
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第11章 机械的平衡
11.1 平衡的分类和平衡方法
Evaluation only. 11.2 刚性转子的平衡设计 ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 11.3 刚性转子的平衡试验 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
11.4 挠性转子平衡简介 11.5 平面机构的Байду номын сангаас衡设计
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11.1 平衡的分类和平衡方法
11.1.1 机械平衡的分类
转子：绕固定轴转动的构件。
1)转子的平衡 Evaluation only.
ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 转子的平衡：其惯性力和惯性力矩 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd. 的平衡问题。
Evaluation only. ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 要求平衡时，Fb2019-2019 , F1, F2, F3所形成的合 Copyright Aspose Pty Ltd. 力F应为零：
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Evaluation only. m 和r 分别为转子各个偏心质量及其质心的向径； ted with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2 m 和 r 分别为所增加的平衡质量及其质心的向径。 Copyright 2019-2019 Aspose Pty Ltd.
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11.1.2 机械平衡的方法
1) 平衡设计
在机械设计阶段，采取措施消除或减少产生有害振动 的不平衡惯性力。 Evaluation only.
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2) 平衡试验
• • • 制造不精确 材料不均匀 安装不准确
不平衡现象：达不到原来的设计要求
平衡试验：通过试验的方法加以平衡。
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11.2 刚性转子的平衡设计
转子的平衡设计:
在转子的设计阶段，尤其是在对高速转子及精密转子进行 Evaluation only. 结构设计时，必须对其进行平衡计算，以检查其惯性力和 惯性力矩是否平衡。 with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile
和方位；
静平衡设计：
2) 计算出为平衡偏心质量需添加的平 衡质量的大小及方位；
3) 在转子设计图上加上该平衡质量， 以便使设计出来的转子在理论上达 到平衡。
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11.2.1 刚性转子的静平衡设计
盘形转子的静平衡设计举例： 已知： Evaluation only. 分布于同一回转平面内的偏心质 with for .NET 3.5 量为Aspose.Slides m1, m2和 m3 向径为r1，r2 和r3。 当转子以等角速度w转动时，各 偏心质量所产生的离心惯性力分别 为：F1，F2，F3。