第三章 平面机构的平衡讲解

1、绕固定轴回转的构件的惯性力的平衡—转子的平衡
转子：绕固定轴转动的构件。 转子的平衡：是惯性力和惯 性力矩的平衡问题。
（1）刚性转子的平衡： 当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。
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消除，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 并作用于机架上的总惯性力和惯性力矩。
根据惯性载荷 造成的危害， 机构的平衡可 分为：
三、平衡的种类和方法 部分平衡 只能使摆动力、摆动力矩部分得到 平衡的方法；
根据载荷被平 衡的程度分为:
完全平衡
使摆动力或摆动力矩或两者全部得到 平衡的方法；
优化综合平衡 优化综合平衡是综合地考虑多个 目标平衡与优化。
四、 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。 平衡设计的机械：理论上达到平衡。 2、平衡试验 不平衡现象：达不到原来的设计要求 制造不精确 材料不均匀 安装不准确 平衡试验：通过试验的方法加以平衡。
静平衡设计：
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量分布在同一回转平面内。
根据转子结构定出偏心质量的大小和方位；
计算出为平衡偏心质量需添加的平衡质量的大小及方位； 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。
盘形转子的静平衡设计举例： 已知：分布于同一回转平面内的偏心质量为m1, m2和m3， 从回转中心到各偏心质量中心的向径为r1，r2 和r3。 当转子以等角速度ω转动时,各偏心质量所产生的离心惯性力 分别为：F1，F2，F3。
若在所需平衡的回转面内实际结构不允许安装或减少平 衡质量？ 可在另外两个回转平面内分别安装平衡质量，以使转子 得以平衡。
结论：
静平衡的条件：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，需加平衡质量的最少数目为1。
3.2 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。
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。
一、 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
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。
三、平衡的种类和方法
机构在机座上的平衡
目标是消除或部分消除摆动力和摆动 力矩,从而减轻机构整体在机座上的振动 机构输入转矩的平衡 主要是指高速机构中交变的惯性力和 惯性力矩的平衡,即前面说的平衡力矩。 运动副中动压力的平衡百度文库解决机构中某些运动副中由惯性力 引起的动压力过大的问题
所谓平衡，就是采用构件质量再分配等手段完全地 或部分地消除惯性载荷。
平衡是在机械运动设计完成之后进行的一种动力学设计。 二、机械平衡的内容 1、绕固定轴回转的构件的惯性力的平衡 分为两类： 这类构件的不平衡力可利用在该构件上增 加或除去一部分质量的方法予以平衡。 2、 机构的平衡 其所产生的惯性力无法在该构件本身上 平衡，而必须就整个机构加以研究。
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。 要求平衡时，Fb, F1, F2, F3所形 成的合力F应为零： F=F1+F2+F3+Fb=0
m 2e m1 2 r1 m2 2 r2 m3 2 r3 mb 2 rb 0
m和e分别为转子的总质量和总质心的向径； mi和ri分别为转子各个偏心质量及其质心的向径；
" F1可用分解到平面T' 和 T"中的力F1' 、 F1 来代替。
刚性转子的动平衡设计举例：
设转子上的偏心质量m1, m2和m3分别在回转平面1,2,3内， 其质心的向径分别为r1 ,r2 ,r3。 当转子以等角速度 转动时，平面1内的偏心质量m1 所产生的离心惯性力： F1 = m12r1。
刚性转子的动平衡设计举例：
在转子的两端选定两个垂直转子轴线的平面 T' , T" 。 设 T'与 T"相距 l,平面1到平面 T', T" 的距离分别为 l1', l1"
mb和 rb分别为所增加的平衡质量及其质心的向径。
质量与向径的乘积称为质径积， 表示在同一转速下转子上各离心 惯性力的相对大小和方位。
转子平衡后，其总质心将与回转 轴线相重合，即e = 0。 根据质径积mbrb，确定rb和平衡质量大小。 安装方向：向量图上所指的方向。 为了使设计出来的转子质量不致过大,一般应尽可能将rb选 大些，这样可使mb小些。 若转子的实际结构不允许在向径 rb的方向上安装平衡质 在向径rb的相反方向上去掉一部分质量来使转子得到 量，如何做？ 平衡！
第三章
一、机械平衡的目的
平面机构的平衡
3.1 机械平衡的目的及内容 机械在运转时,构件产生的不平衡惯性力的主要危害是： 在运动副中引起附加的动压力; 增加运动副中的摩擦和构件中的内应力; 降低机械效率和使用寿命; 惯性力是周期性变化的，将引起机械及其基础产生强 迫振动。
机械平衡的目的就是设法将构件的不平衡力加以平衡， 以消除或减小其不良影响
二、 刚性转子的动平衡设计 动不平衡问题：
在转子运动的情况下才能 显示出来的不平衡现象。 径宽比D/b <5的转子（多缸发动机的曲柄、汽轮机转子） 特点:轴向宽度较大,其质量分布在几个不同的回转平面内 转子的动平衡设计： 根据转子结构确定出各个不同回转平面内偏心质量的 大小和位置。 计算出为使转子得到动平衡所需增加的平衡质量的数 目、大小及方位； 在转子设计图上加上这些平衡质量，以便使设计出来 的转子在理论上达到动平衡。