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当 偏心安装的主动齿轮绕 " 点等速回转时,一方面通过轮齿啮合使行星轮 $ 干式恒温仪转动, 另一方面又通过连杆 , 带动转臂 - 转动,因此,从动轮 ’ 输出的是这两个运动的 合成运动。 $’! 第!章 其他常用机构和组合机构 图 !"#$ 实现复杂运动规律的齿轮 % 连杆组合机构 图 !"#& 所示则为能实现复杂运动轨迹的齿轮 % 连杆组合机构。这类机构 通常是由自由度为 ’ 的连杆机构作为基础机构,自由度为 ( 的齿轮机构作为附 加机构。图 !"#&) 为一捏面机中的齿轮 % 连杆组合机构。其中的基础机构为自 由度为 ’ 的五杆机构 !"#$%,附加机构则由齿轮 (、’ 构成。当机构构件长度满 足 $# * %#,!$ * "%,且两轮分度圆直径相等时,捏面爪 & 和 ’ 将能实现图中 双点划线所示的运动轨迹。改变其中一捏面爪的长度,即可实现不同的运动轨 迹。 图 !"#&+ 所示则为电影放映机中的齿轮 % 连杆组合式抓片机构。其中自由 度为 ’ 的五杆机构 "’$#& 形成基础机构,定轴轮系 (、’、# 则组成附加机构。当 齿轮 ( 转动时,通过轮齿的啮合使齿轮 ’、#(即五杆机构的连架杆)
,从而使 连杆 $ 上的 ( 点绘出复杂的运动轨迹。 图 !"#& 实现复杂运动轨迹的齿轮 % 连杆组合机构 !"! 常用组合机构的类型及功能 ’&, !"!"# 组合机构的设计 组合机构的类型虽然多种多样,但其组合方式却不是很多。用相同组合方 式组合而成的组合机构,具有类似的分析和设计方法。以下就以两个实例,简要 介绍组合机构的设计思路。 图 !"#$ 凸轮 % 连杆组合机构的设计 例 !"# 在图 !"#$& 所示的能实现复杂运动规律的凸轮 % 连杆组合机构中, 若要求滑块 ! 按图 !"#$’ 所示运动规律 " ( #(!),! 为原动件的转角,见图 !"#$& 作大行程的往复移动,试设计该组合机构。 *$) 第!章 其他常用机构和组合机构 解 该组合机构的分析如前所述:构件 !、"、#、$ 和机架 % 组成的五杆机构 作为基础机构,其附加机构为槽凸轮机构。在该机构中,曲柄 ! 与滑块 $ 组成移 副,当曲柄随原动滑块 $ 等角速度回转时,装在铰链 ! 处的滚子沿固定凸轮 % 的 凹槽运动,从而使每一瞬时的曲柄长度 "! 是可变的。因此,只要凸轮 % 的轮廓 曲线设计得当,就能实现滑块 # 任意的运动规律。反过来,当滑块 # 的运动规律 已知时,也要求凸轮 % 应具有相应的轮廓曲线。本题中,由于滑块 # 的运动规律 已知,因此,该组合机构设计的主要任务就是根据这个运动规律确定凸轮的轮廓 曲线。具体的设计步骤如下: (!)选择适当的比例尺!# & ’(’’(与图中位移比例尺相同),并根据机构的 总体布局,选定主动件转动滑块 $ 的转动中心 " 相对于滑块行程 $( $ ) $’*+ , $’-. )的位置和连杆 " 的长度 #!% 。(注:为使作图线条清晰,图 /0#12 已经过放大 处理。) (")以 " 为圆心,任意长度为半
径作参考圆,将圆分为 & 等分(图中将" ) 34 5 !/34区间分成 !" 等分),得等分径向线 "3,"!,"",.,"!",它们代表长度变 化的曲柄 "! 随原动滑块等速回转时在相应的瞬时所占据的位置。 (#)将图 /6#17 中所示的位移曲线中曲柄转角" 等分成与图 /6 #12 所示的 曲柄转角相同的等分数,得等分点 !,",#,.,!"。过各等分点分别作垂直于横坐 标轴的直线,它们与位曲线的交点分别为 !8 ,"8 ,#8 ,.,!"8 ,则 !!8 ,""8 ,##8 ,., !"!"8 即代表曲柄 "! 在各转角位置时,滑块相应的位置。 ($)在图 /6#12 中,自距凸轮中心 "(即滑块 $ 的回转中心)最近的滑块位置 点 %3 开始分别量取 %3 %! ) !!8 ,%3 %" ) ""8 ,%3 %# ) ##8 ,.,%3 %!" ) !"!"8 ,则点 %3 ,%! ,%" ,%# ,.,%!" 即代表曲柄 "! 在各转角位置时,滑块相应的位置。 (%)分别以 %3 ,%! ,%" ,%# ,.,%!" 为圆心,以连杆 " 的长度 !% ) #!% !# 为半径 作圆弧,它们与相应的等分径向线 "3,"!,"",.,"!" 相交于 !3 ,!! ,!" ,!# , .,!!" ,则 "!3 ,"!! ,"!" ,"!# ,.,"!!" 分别代表曲柄 "! 在各位置时,所要求的 相应的长度。 (1)将 !3 ,!! ,!" ,!# ,.,!!" 连成光滑的曲线,即为实现给定运动规律的理 论轮廓曲线。关于" ) !/34 5 #134区段内的凸轮轮廓曲线用相同的方法求得,其 轮廓曲线如图 /0#12 所示。 (9)最后,可根据滚子半径,按凸轮机构滚子从动件实际轮廓曲线的作图方 法,作出槽凸轮的实际轮廓曲线(本题中略去)。 例 !"# 在图 /0#9 所示的剪板机采用的并联式组合送板机构中,原动轴 ! 作匀速转动。当主动轴在某瞬时转过!" ) #34时,输出构件内齿轮( ’$ )停止不 !"! 常用组合机构的类型及功能 "1! 动,其余时间内齿轮转过 !"#$,并带动铁板前进到要求长度 !# ;根据结构和强度 要求;""!%##,# & ’ ((。现已知铰链四杆机构相对尺寸为 $ & !#,% & )*,& & "!,’ & %##。由其运动分析得出!& !$ +"$ 线图如图 ’,-*.。试决定机构中各齿轮 的齿数及四杆机构各杆实际长度。 图 ’,-* 齿轮 + 连杆组合机构的设计 解 (%)在该组合机构中,齿轮 !、-、" 及系杆 / 组成的自由度为 ! 的差动 轮系形成该机构的基础机构,其附加机构为齿轮机构 %、! 和曲柄摇杆机构 ()*+。其中,齿轮 % 和杆 () 固结在一起,杆 *+ 与系杆 / 是同一构件。主动件 % 的运动,一方面通过齿轮机构传给差动轮系中的中心轮 !,另一方面又通过曲 柄摇杆机构传给系杆 /。最后,合成为齿轮 " 的运动。 (!)对该组合机构进行设计,首先要弄清基础机构输出运动与输入运动的 关系,并找出其输出构件 " 产生瞬时停歇的条件。为此,先要求出输出构件内齿 轮 " 的运动方程式。由差动轮系得 !! +!/ !" +!/ & + "" "!"!" & + "! ""!! 0 "! 0 "" "" !/ (’,%-) 由定轴轮系得!! & + "% "!!% ,并代入式(’,%-),有 !" & "% ""!% 0 "! 0 "" "" !/ (’,%") 若式(’,%")对某一段时间积分,则可得构件 " 的转角方程式 !"" & "% ""!"% 0 "! 0 "" "" !"/ (’,%1) 当!"% & -#$一段要使!" & #,则由式(’,%")可得 !2! 第!章 其他常用机构和组合机构 ! " !# !$!# % !& % !$ !$ !’!!’ !# " ( !# !& % !$ 而根据结构特点,有:!# "!" ,!’ "!# ,并结合图 ) 中!# !" 最小值在!"# " *!+一段 为!# !" " ( !,-,则有 !’ !# " ( !# !& % !$ "!# !" " ( !,- 即 !# !& % !$ " !,- (.,#/) (*)构件 # 转一周时有!"# " */!+。这时由铰链四杆机构运动特点得!"’ " !+,而题意要求!"$ " &$!+,将这些值代入式(.,#-),得 &$!+ " !# !$ 0 */!+ % !& % !$ !$ 0 !+ 所以有 !# !$ " &* (.,#1) ($)确定各轮的齿数 取 !$ " #&!,由式(.,#/)、式(/,#1)得 !# " .!,!& " $! 而由差动轮系的特点有 !$ " !& % &!* " $! (-)确定铰链四杆机构各杆实际长度。由 !# 和 !& 的中心距公式得 $% " && ( !# % !& )" .& (.! % $!)" $.!(22) 杆长放大系数为#" $% % " $.! #!! " $,.,故 $" "#·" " 3/(22) $’ "#·’ " $/-,/(22) $# "#·# " &!#,/(22) 小 结 #4 本章内容可归纳为图 .4*. 所示的框图: &4 学习指导 (#)其他常用机构,应了解各种其他常用机构分类,理解其传动特点和设计 要点; (&)组合机构:了解组合机构与机构组合的区别,理解机构的常见组合方法 以及四种常见组合机构的组合方式与应用特点,了解组合机构的设计方法。 小 结 &/* 图 !"#! 本章内容小结 习 题 !"# 棘轮机构有什么特点?为什么棘爪与棘轮轮齿接触处的公法线要位于棘轮与棘爪 的转动中心之间? !"$ 某牛头刨床的进给机构中,设进给螺旋的导程为 $ %%,而与螺旋固接的棘轮有 &’ 个齿,问该牛头刨床的最小进给量是多少?若要求牛头刨床的进给量为 ’"$ %%,则棘轮每次 转过的角度应为多大? !"% 槽轮机构有什么特点?何谓运动系数 !,为什么 ! 不能大于 (? !"& 某自动车床上装有一单销六槽式外接槽轮机构,已知槽轮停歇时间进行工艺动作, 所需工艺时间为 #’ ),试确定槽轮的转速。 !"’ 某外槽轮机构中,若已知槽轮的槽数为 *,槽轮的运动时间为 $# )+,,停歇时间为 $* )+,,求槽轮的运动系数及所需的圆销数目。 !"( 为什么不完全齿轮机构主动轮首、末两轮齿的齿高一般需要削减?加在瞬心附加 杆后,是否仍需削减,为什么? !") 图 !"(!- 所示的螺旋机构中,若螺杆 ( 上的两段螺纹均为右旋螺纹,. 段的导程为 ". / ( %%,0 段的导程为 "0 / ’12$ %%,试求当手轮按图示方向转动一周时,螺母 3 相对于导 轨 # 移动的方向入距离大小。又若将 . 段螺纹旋向改为左旋,而 0 段的旋向及其他参数不 变,则结果又如何? 3*& 第!章 其他常用机构和组合机构 !"! 双万向联轴器为保证其主、从动轴间的传动比为常数,应满足哪些条件?满足这些 条件后,当主动轴作匀速转动时,中间轴和从动轴均作匀速运动吗? !"# 机构有哪几种组合方法?试分析图 !"#$%、!"&’%、!"&(% 所示机构是什么形式的组 合系统,并画出其运动传递框图。 !"$% 图 !"#$) 所示的刻字机构组合系统中,可通过设计相应的凸轮轮廓,全移动副十字 滑块上的 ! 点就可以刻出任一数字或字母。现需刻写字母“*”,其尺寸如题 !"+, 图所示,试 将滑块“*”字轨迹分解成分别控制水平和垂直运动的两凸轮机构从动件运动规律 "# -! 和 "$ -!,并简述凸轮廓线的设计要点。 题 !"+, 图 习 题 #.( 第 ! 章 机械的平衡 介绍机械平衡的目的,刚性转子的静平衡的概念、计算与实验,刚性转子的 动平衡的概念、计算与实验。平面机构平衡的概念以及质量代换法、完全平衡法 和部分平衡法。 !"# 机械平衡的目的和内容 !"#"# 机械平衡的目的 机械在运转过程中,其活动构件产生的惯性力和惯性力矩将会在运动副中 引起附加的动压力,从而增大构件中的内应力和运动副中的摩擦,加剧运动副的 磨损,降低机械效率和使用寿命。同时,这些惯性力和惯性力矩的大小和方向一 般都随机械运转而作周期性变化,并传到机架上,使机械及其基础产生强迫振 动。这种振动不仅会导致机械的工作精度和可靠性的下降,还会产生噪声污染。 一旦振动频率接近机械系统的固有频率时,将会引起共振,使机械难以正常工 作,严重时将危及周围的建筑和人员的安全。因此,设法使惯性力和惯性力矩得 到平衡或部分平衡,以消除或减轻它的不良影响,对改善机械的工作性能,提高 机械效率并延长其使用寿命,都具有重要的意义,尤其是对那些高速机械或精密 机械就更为重要。这就是研究机械平衡的目的。
!"#"$ 机械平衡的内容 机械中各活动构件的运动形式是不同的,因此所产生的惯性力及惯性力矩 的情况和平衡的方法也不同。一般可将机械的平衡问题分成以下两类。 #" 转子的平衡 机械中绕某一轴线回转的构件称为转子。当转子的质量分布不均匀,或由 于制造误差而造成质心与回转轴线不重合时,在转动过程中,将产生离心惯性 力。这类构件的惯性力可以用在构件上增加或除去部分质量的方法得以平衡。 这类转子又分为刚性转子和挠性转子两种情况。 (!)刚性转子的平衡 在机械中,转子的转速较低、共振转速较高而且其刚性较好,运转过程中产 生弹性变形很小时,这类转子称为刚性转子。其平衡原理是基于理论力学中力 系平衡理论。当仅使其惯性力得到平衡时,称为静平衡。若不仅使惯性力得到 平衡,还使其惯性力引起的力矩也得到平衡,称为动平衡。 (")挠性转子的平衡 在机械中,对那些工作转速很高、质量和跨度很大、径向尺寸较小,运转过程 中,在离心惯性力的作用下产生明显的弯曲变形的转子,称为挠性转子。关于挠 性转子的平衡,已属于专门学科研究的问题,故本章将不再涉及。 !" 机构的平衡 机械中作往复移动和平面运动的构件,其所产生的惯性力无法通过调整其 构件质量的大小或改变构件质量分布状态的方法得到平衡。但所有活动构件的 惯性力和惯性力矩可以合成一个总惯性力和总惯性力矩作用在机构的机架上。 设法平衡或部分平衡这个总惯性力和总惯性力矩对机架产生的附加动压力,消 除或降低机架上的振动,这种平衡称为机构在机架上的平衡,或简称为机构的平 衡。 #"! 刚性转子的平衡计算 !"#"$ 刚性转子的静平衡计算 $" 静平衡的概念 对于径宽比 ! " !# 的转子,如齿轮、盘形凸轮、带轮、链轮及叶轮等,可近似 地认为其不平衡质量分布在同一回转平面内。在此情况下,若其质心不在回转 轴线上,则当其转动时,其偏心质量就会产生惯性力,从而在转动副中引起附加 动压力。所谓刚性转子的静平衡,就是利用在刚性转子上加减平衡质量的方法, 使其质心移到回转轴线上,从而使转子的惯性力得以平衡(即惯性力之和为零) 的一种平衡措施。 !" 静平衡计算 结构上对其回转轴线不对称的转子,设计时,应先根据结构定出其偏心质量 的大小及位置,然后再计算出为平衡其偏心质量所产生的惯性力而应加平衡质 量的大小及配置方位,并将该平衡质量加于转子上,使转子达到静平衡的目的。 其具体计算方法如下。 !"# 刚性转子的平衡计算 "%$ 图 !"# 静平衡矢量图解法 如图 !"# 所示,设有一转子,具有偏心质量 !# 、!$ 、!% 及 !& ,回转半径分别 为 "# 、"$ 、"% 、"& ,其方位如图。当此转子以等角速度回转时,各偏心质量所产生 的离心惯性力分别为 !# ’ !#!$ "# !$ ’ !$!$ "$ !% ’ !%!$ "% !& ’ !&!$ "& 为平衡这些离心惯性力,可在此转子上加
上平衡质量 !,使它所产生的离心 惯性力 ! 与 !# 、!$ 、!% 、!& 相平衡,亦即使 ! ( !# ( !$ ( !% ( !& ’ ) ! ’ !!$ " 式中 " 为平衡质量 ! 的回转半径,故得 !!$ " ( !#!$ "# ( !$!$ "$ ( !%!$ "% ( !&!$ "& ’ ) 或 !" ( !# "# ( !$ "$ ( !% "% ( !& "& ’ ) (!"#) 式中 !#"# 称为质径积,它说明,刚性转子静平衡条件为各不平衡质量质径积的 矢量和等于零。质径积 !" 的大小和方位,可用图解法求得,如图 !"#* 所示,选 定比例尺"(实际质径积大小 +,·-.图上的尺寸 --),从任意点 $ 开始按向径 "# 、"$ 、"% 、"& 的方向连续作矢量! $%、! %&、! &’、! ’(分别代表质径积 !# "# 、!$ "$ 、!% "% 、 !& "& 得 !" ’"·! ($ (!"$) 当根据转子的结构选定半径 " 值后,即可由上式求出平衡质量 ! 的大小, 而其方位则由向径 " 确定。 根据上面的分析可见,对于静不平衡的转子,不论它有多少个偏心质量,只 $0/ 第!章 机械的平衡 需要适当地加上一个平衡质量即可获得平衡。 !"#"# 刚性转子的动平衡及其计算 !" 动平衡的概念 对于径宽比 ! " ! " 的转子(如图 #$% 所示内燃机的曲轴),其质量沿轴线一定 宽度内分布,不平衡质量可认为分布在若干个互相平行的回转平面内。在这种 情况下,即使转子的质心 # 在回转轴线上(如图 #$& 所示),但由于各偏心质量所 产生的离心惯性力不在同一回转平面内,因而将形成惯性力矩,造成不平衡。这 种不平衡,只有在转子运动的情况下才能显示出来。所谓刚性转子的动平衡,就 是不仅要平衡各偏心质量产生的惯性力,而且还要平衡这些惯性力所形成的惯 性力矩。 图 #$% 内燃机的曲轴 #" 动平衡的计算 结构上对其回转轴线不对称且轴向尺寸较大的转子(例如图 #$% 所示的曲 轴),在设计时应先根据其结构确定出在各个不同的回转平面内的偏心质量的大 图 #$& 静平衡但动不平衡的转子 小和位置,然后再根据这些偏心质量的分 布情况,计算出为使该转子得到动平衡所 应加的平衡质量的数量、大小及方位,并 将这些平衡质量加于该转子上,以便达到 转子动平衡的目的。其具体计算方法如 下。 如图 #$’( 所示的长转子,具有偏心质 量 $) 、$% 及 $& ,并分别位于平面 )、% 及 & 内,其回转半径为 %) 、%% 及 %& ,方位如图所 示。当转子以等角速度! 回转时,它们产 生的惯性力 !) 、!% 及 !& 将形成一空间 !"# 刚性转子的平衡计算 %*# 力系。下面研究这些惯性力及它们所构成的惯性力矩的平衡问题。 图 !"# 不同回转平面内质量的平衡 由理论力学可知,一个力可以分解为与它相平行的两个分力。因此,可以根 据该转子的结构,选定两个平衡基面!及"作为安装平衡质量的平面,并将上述 的各个离心惯性力分解到平面!及"内,即将 !$ 、!% 及 !& 分解为 !$! 、!%! 、 !&! (在平面!内)及 !$" 、!%" 、!&" (在平面"内)。这样,就把空间力系的平衡 问题转化为两个平面上的汇交力系的平衡问题。显然,只要在平面!及"内适 当地各加一个平衡质量,使两平面内的惯性力之和均等于零,这个构件也就完全 平衡了。 至于两个平衡基面!及"内的平衡质量 !! 及 !" 的大小及方位的确定,与 前述静平衡计算方法完全相同。例如,就平衡基面!而言,平衡条件是 !$! ’ !%! ’ !&! ’ !! ( ) 式中 !! 为平衡质量 !! 产生的离心惯性力,而各力的大小为 "$$ ( "$ #$ # ( !$ $$!% #$ # "%$ ( "% #% # ( !% $%!% #% # %*) 第!章 机械的平衡 !!" # !! "! " # #! $!!$ "! " !! # #!!$ $! 将各力的大小代入平衡条件式并消去!$,得 #" !" "" " % #$ !$ "$ " % #! !! "! " % #! !! # & (’(!) 选定比例尺",按向径 !" 、!$ 、!! 的方向作平衡基面!的封闭矢量图(图 ’()*),可得质径积 #! !! 的大小。适当选定 $! 后,即可由上式求出不平衡质量 #! 大小。而平衡质量的方位,则在该向径 $! 的方向上。至于平面"内的平衡 质量 #" 的大小和方位,可用同样方法确定,如图 ’()+ 所示。 由以上分析的结果可知,对于任何动不平衡的刚性转子,无论其不平衡质量 分布在几个不同的回转平面内,只需要在任选的两个平衡基面内分别加上或除 去一个适当的平衡质量,即可得到完全平衡。 !"# 刚性转子的平衡试验 !"#"$ 刚性转子的静平衡试验 图 ’(, 是轨道式静平衡仪示意图。试验时将转子放到已调好水平的轨道 上,如果转子不平衡,则偏心引起的重力矩将使转子在轨道上滚动。当转子停止 滚动时,转子质心 % 必处于轴心正下方。这时,在轴心的正上方任意半径处加 一适量平衡质量,再轻轻拨动转子。这样经过反复几次试加平衡质量,直到转子 在任何位置都能达到随意平衡时,即完成转子静平衡试验。 图 ’(, 刚性回转体的静平衡试验 !"#"% 刚性转子的动平衡试验 动平衡试验一般需要在专门的动平衡机上进行,生产中使用的动平衡机种 !"# 刚性转子的平衡试验 $-" 类很多,图 !"# 所示为一软支承动平衡机的工作原理示意图。转子由弹簧软支 承构成弹性振动系统。当转子在电机驱动下运转时,转子的不平衡质量所产生 的离心惯性力将引起转子两端支承的振动,振幅越大,表示不平衡量越大。 选择转子两端!、"为两平衡基面。要实现转子动平衡,首先需要求得平衡 基面上不平衡量的大小和方位。 图 !"# 动平衡试验机工作原理图 为此,在两端支承处布置测振传感器 $、%,将拾取的信号同时加到解算电路 & 上,进行信号处理,再经过选频放大器 ’ 选频放大后,从表 ( 上显示出不平衡质 径积的大小。由传感器 $ 测得的是基面!上的不平衡量,由传感器 % 测得的是 基面"上的不平衡量。 但是,由于无论是基面!还是基面"上的不平衡量都会引起两支承处的振 动,因此,实际上传感器 $ 和 % 上测得的信号同时含有两基面上的不平衡量的作 用。为此,在电路中需要进行解算处理(解算电路 & 的工作原理见机械工程手 册)以消除基面!和基面"之间的相互影响。不平衡量的相位是由鉴相器 ) 和 相位指示表 ! 读出。鉴相器的一端是由光电传感器 * 得到的基准脉冲信号,其 相位与转子上的黑白标记相同;另一端是振动信号经整形放大电路 # 后得到的 脉冲信号,其相位与不平衡量的相位相同。这样,由相位指示表 ! 读到的数据就 是鉴相器两端脉冲信号的相位差。即转子上的不平衡量与黑白标记之间的相位 差。以黑白标记为基准,就确定了两平衡基面上不平衡量的方位。 !"# 刚性转子的许用不平衡量及平衡精度 转子要完全平衡是不可能的,实际上,也不必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。 许用不平衡量有两种表示法,一是用许用不平衡质径积[!"](单位 +·,,) %)% 第!章 机械的平衡 表示,另一是用许用不平衡偏心距[ !](单位是!!)表示。对于质量为 " 的转 子,两者的关系为 [ !]" ["#] " 即[ !]可以理解为转子单位质量的不平衡量。一般用["#]来表示具体转子 不平衡量大小,用[ !]来表示转子平衡精度。 表 #$% 给出了各类转子的平衡精度等级及许用不平衡量的推荐值。平衡精 度用 $ " [ !]! % &&& (单位为:!!’()表示,! 为转子的工作转速(单位是 )*+’()。对于 质量为 " 的单平衡面平衡的转子,其许用不平衡量由平衡精度直接得到,为 ["#]" "[ !]" % &&&$ ! " ;对于双平衡面平衡的转子,由于是在两个平衡基面上 分别进行平衡,因此,需要把许用不平衡量["#]" "[ !]分解到两个平衡基面上。 设转子质心距平衡基面#和$的距离分别为 % 和 &,则分解到基面#和$的许 用不平衡量分别为 ["#] # " & % , & ["#] ["#] $ " % % , & ["#] 表 !"# 刚性转子的许用不平衡量推荐值 平衡等级 - 平衡精
度 $ " [ !]! % &&& (!!’() 回转件类型示例 -.&&& . &&& 刚性安装的具有奇数汽缸的低速% 船用柴油机曲轴部件& -%/&& % /&& 刚性安装的大型两冲程发动机曲轴部件 -/0& /0& 刚性安装的大型四冲程发动机曲轴部件;弹性安装的船用柴 油机曲轴部件 -12& 12& 刚性安装的高速% 四缸柴油机曲轴部件 -%&& %&& 六缸和六缸以上高速柴油机曲轴部件;汽车、机车用发动机 整机 -.& .& 汽车轮、轮缘、轮组、传动轴;弹性安装的六缸和六缸以上高 速四冲程发动机曲轴部件;汽车、机车用发动机曲轴部件 -%/ %/ 特殊要求的传动轴(螺旋桨轴、万向节轴);破碎机械和农业 机械的零部件;汽车和机车用发动机特殊部件;特殊要求的六 缸和六缸以上发动机的曲轴部件 -/$0 /$0 作业机械的回转零件,船用主汽轮机的齿轮;风扇;航空燃气 轮机转子部件;泵的叶轮;离心机的鼓轮,机床及一般机械的回 转零、部件;普通电机转子;特殊要求的发动机回转零、部件 !"# 刚性转子的许用不平衡量及平衡精度 130 续表 平衡等级 ! 平衡精度 ! " [ "]! # $$$ (%%&’) 回转件类型示例 !()* ()* 燃气轮机和汽轮机的转子部件;刚性汽轮发电机转子,透平 压缩机转子,机床主轴和驱动部件,特殊要求的大型和中型电 机转子;小型电机转子,透平驱动泵 !#)$ #)$ 磁带记录仪及录音机驱动部件;磨床驱动部件,特殊要求的 微型电机转子 !$)+ $)+ 精密磨床的主轴、砂轮盘及电机转子;陀螺仪 注:! 按国际标准,低速柴油机的活塞速度小于 , %&’,高速柴油机的活塞速度大于 , %&’。 " 曲轴部件是指包括曲轴、飞轮、离合器、带轮等的组合件。 !"# 平面机构的平衡 在一般的平面机构中存在着作平面复合运动和往复运动的构件,这些构件 的总惯性力和总惯性力矩不能像刚性转子那样由构件本身加以平衡,而必须对 整个机构进行平衡。 设机构的总质量为 #,机构质心 $ 的加速度为 !$ ,则机构的总惯性力 " " - #!$ ,由于 # 不可能为零,所以欲使总惯性力 " " $ 必须使 !$ " $,也就是说机 构的质心应作等速直线运动或静止不动。由于机构的运动是周期性重复的,其 质心不可能总是作等速直线运动,因此欲使 !$ " $ 惟一可能的方法是使机构的 质心静止不动。根据这个论断,在对机构进行平衡时,就是运用增加平衡质量的 方法使机构的质心 $ 落在机架上并且固定不动。 下面简要介绍机构惯性力平衡的处理方法。 !"#"$ 完全平衡 $" 利用机构对称平衡 图,).所示的机构,由于机构各构件的尺寸和质量对称,使惯性力在轴承 ! 图 ,). 完全对称布置机构 (.+ 第!章 机械的平衡 处所引起的动压力完全得到平衡。可见,利用对称机构可得到很好的平衡效果, 但其缺点是将使机构的体积大为增加。 !" 加平衡质量平衡 在图 !"# 所示的铰链四杆机构中,设构件 $、%、
& 的质量分别为 !$ 、!% 、!& , 其质心分别位于 "$ 、"% 、"& 。为了进行平衡,设想将构件 % 的质量 !% 用分别集 中于 #、$ 两点的两个质量 !%# 及 !%$ 代换,根据质量替代原理,可得 !%# ’ !% %$"% %#$ !%$ ’ !% %#"% %#$ 对构件 $,在其延长线上加一平衡质量 !( 来平衡其上的集中质量!%# 和!$ , 使构件 $ 的质心移到固定轴 & 处。因为欲使构件 $ 的质心移到 &,就必须使 !%#%&# ) !$ %&"$ ’ !( ’( 由此可得 !( ’ !%#%&# ) !$ %&"$ ’( (!"*) 图 !"# 铰链四杆机构惯性力完全平衡 同理,在构件 & 的延长线上加一平衡质 量 !+ ,使其质心移到固定轴 ( 处,而平衡质 量 !+ 为 !+ ’ !%$%$( ) !& %("& ’+ (!",) 在加上平衡质量 !( 和 !+ 以后,则可以 认为整个机构的质量可用位于 &、( 两点的 两个质量替代 !& ’ !%# ) !$ ) !( !( ’ !%$ ) !& ) !+ 因而机构的总质心 "( 固定不动,其加速 度 !"( ’ -,所以机构的惯性力即得到平衡。 上面所讨论的机构平衡方法,从理论上说,机构的总惯性力得到了完全平 衡,但是其主要缺点是由于配置了几个平衡质量,所以机构的质量将大大增加, 尤其是把平衡质量装在连杆上更为不便。因此,实际上往往不采用这种方法,而 采用部分平衡的方法。 !"#"$ 部分平衡 #" 利用非完全对称机构平衡 在图 !"! 所示机构中,当曲柄 &# 转动时,在某些位置,滑块 $ 和 $( 的加速 !"# 平面机构的平衡 %., 度方向相反,它们的惯性力方向也相反,故可以相互平衡。但由于运动规律不完 全相同,所以只能部分平衡。 图 !"! 不完全对称布置机构 !" 加平衡质量平衡 对图 !"#$ 所示的曲柄滑块机构进行平衡时,先运用前面的方法,将连杆的 质量 !% 分别用集中于点 "、# 两点的质量 !%" 和 !%# 所代换;将曲柄 # 的质量 !# 用分别集中于点 "、$ 两点的质量