第8章回转件的平衡解析

机械设计基础之回转构件的平衡回转构件是机械设计中常见的一种构件类型，它具有旋转运动的特点。

在机械设计中，回转构件的平衡是一个十分重要的问题。

平衡是指在回转构件旋转运动过程中，构件各部分的质量分布均匀，使得构件在高速旋转时不会产生过大的离心力和不平衡力，从而保证机械的正常运行和使用寿命。

1. 平衡的基本原理回转构件的平衡主要是通过调整构件的质量分布来实现的。

平衡要求构件质量的中心轴线与构件旋转轴线重合，以保持构件的稳定。

平衡可分为静平衡和动平衡两种情况。

•静平衡：在静止条件下，构件的重心要与轴线保持对称分布。

这时，构件旋转时只会产生离心力，不会产生不平衡力。

静平衡是最基本的平衡要求。

•动平衡：在运动状态下，构件的质量分布要满足一定的条件。

除了重心与轴线保持对称分布外，构件其他部分的质量分布也要满足一定的规律。

这样可以减小构件在高速旋转时产生的不平衡力，提高机械的使用寿命。

2. 平衡的方法和措施2.1 质量补偿法质量补偿法是最常用的平衡方法之一。

它通过在回转构件上增加或减少质量，来实现平衡。

有两种常见的质量补偿方法：质量块法和钻孔法。

•质量块法：在构件上增加质量块来实现平衡。

质量块的大小和位置应根据构件具体情况进行合理选择。

在计算时，通常使用静平衡方程来确定质量块的质量和位置，使得构件满足平衡条件。

质量块的安装一般采用焊接、螺栓等方式固定在构件上。

•钻孔法：在构件上钻孔来减小构件的质量，从而实现平衡。

钻孔的位置和直径应根据构件的质量分布情况和平衡要求来确定。

在计算时，通常使用动平衡方程来确定钻孔的直径和位置，使得构件满足平衡条件。

钻孔后，需要对构件进行动平衡试验，进一步进行微调。

2.2 弹簧平衡法弹簧平衡法是一种自调整的平衡方法。

它通过在回转构件上安装弹簧，使得构件在旋转时，弹簧可以自动调节和补偿不平衡力。

弹簧平衡法的优点是简单易行，不需要对构件进行大幅度改动。

弹簧平衡法的基本原理是利用弹性形变，将构件的不平衡力转化为弹簧的伸缩变形。

第8章 回转件的平衡8.1 复习笔记一、回转件平衡的目的机械中有许多构件是绕固定轴线回转的，这类作回转运动的构件称为回转件（或称转子）。

1．不平衡的原因由于回转件的结构不对称、材质不均匀或是制造不准确等因素，使回转件在转动时产生离心力系的不平衡，使离心力系的合力和合力偶矩不等于零。

2．不平衡的危害（1）在运动副中产生附加的动压力，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；（2）使机械产生周期性振动，降低工作可靠性和精度、零件材料的疲劳损坏以及令人厌倦的噪声。

3．回转件平衡的目的调整回转件的质量分布，使转子工作时的离心力达到平衡，以消除附加动压力，尽可能减轻有害振动，改善机构工作性能。

二、回转件的平衡计算根据组成回转件各质量的不同分布，可分两种情况。

1．质量分布在同一回转面内轴向尺寸很小的回转件（B/D ＜0.2），将其质量看作是分布在同一平面内，如风扇叶轮、飞轮、砂轮等。

对于这类转子，利用在刚性转子上重心的另一侧加上一定的质量，或在重心同侧去掉一些质量，使质心位置落在回转轴线上，从而使离心惯性力达到平衡，即平衡条件为：b 0=+∑=i F F F式中，F 、b F 、i F ∑分别表示总离心力、平衡质量的离心力、原有质量的离心力。

写成质径积的形式为：b b 0=+∑=i i me m r m r特点：若重心不在回转轴线上，则在静止状态下，无论其重心初始在何位置，最终都会落在轴线的铅垂线的下方，这种不平衡现象在静止状态下就能表现出来，故称为静平衡。

静平衡的条件：分布于回转件上各个质量的质径积的向量和为零，即：b b 0+∑=i i m r m r2．质量分布不在同一回转面内 对于轴向尺寸较大(B/D ≥0.2)的回转件，如内燃机中的曲轴和凸轮轴、电机转子、机床主轴等，其质量的分布不能再近似地认为是位于同一回转面内，而应看作分布在垂直于轴线的许多互相平行的回转平面内，离心惯性力将形成一个不汇交空间力系，因此必须使各质量产生的离心力的合力和合力偶都等于零，才能达到平衡，即平衡条件为：0F ∑= 0M ∑=平衡方法：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，只要将各不平衡质量产生的惯性力分别分解到两个选定的平衡基面内，则动平衡即转化为在两平衡基面内的静平衡计算问题。

8回转件的平衡计算分析在进行8回转件的平衡计算分析之前，我们首先需要了解什么是“回转件”。

回转件是指通过回转运动完成工作的设备或机械元件，如回转轴承、回转机构等。

在进行计算分析时，我们需要考虑回转件的各种力学特性和平衡条件。

一、回转件的力学特性1.质量特性：回转件的质量分布对其平衡性有重要影响，可以通过质心计算质量分布情况。

2.惯性特性：回转件的惯性矩对其回转运动的稳定性有重要影响，可以通过计算其惯性矩来分析。

3.弯曲特性：回转件在回转过程中会产生弯曲应力和变形，这需要通过弹性力学计算来分析。

二、回转件的平衡条件回转件的平衡条件有两个重要方面需要考虑：力矩平衡和转动的平衡。

1.力矩平衡：回转件在回转过程中，各个力矩的合力应为零，即外力矩和内力矩的平衡。

通过对各个力矩进行计算和分析，可以确定平衡状态。

2.转动的平衡：回转件在回转过程中，转动轴上的合外力和合外力矩应为零。

该平衡条件可以通过计算合力和合力矩来检验。

三、回转件平衡计算分析步骤1.确定回转件的几何形状和质心位置。

2.计算回转件的惯性矩。

根据回转件的几何形状和质量分布，可以计算出其惯性矩。

3.分析各个力矩的大小和方向，检验力矩平衡条件。

计算回转件在回转过程中受到的外力矩和内力矩，判断是否平衡。

4.分析回转件转动的平衡条件。

计算合外力和合外力矩，判断是否平衡。

5.若回转件不平衡，则进行平衡校正。

根据不平衡力矩的大小和方向，设计合适的平衡调整方法，如增加平衡块等。

四、注意事项1.在进行回转件平衡计算分析时，需要准确测量和确定回转件的质量、几何形状和质心位置，这对计算结果的准确性至关重要。

2.在设计和制造回转件时，应尽量减小不平衡因素，以提高其平衡性。

3.在进行平衡校正时，需根据具体情况灵活选择平衡调整方法，以达到平衡效果。

总结起来，8回转件的平衡计算分析需要考虑回转件的力学特性和平衡条件，通过计算和分析，确定回转件的平衡状态，并进行必要的平衡校正。