机械设计第8章-机械的调速与平衡.ppt

1、教学要求、重点与难点教学要求、重点与难点8.1机械的速度波动与调节机械的速度波动与调节8.2机械平衡机械平衡小小 结结作作 业业第第8章章 机械的调速与平衡机械的调速与平衡教学要求、重点与难点 一、教学要求 了解回转件平静的目的；了解周期性速度波动了解回转件平静的目的；了解周期性速度波动调节的目的和方法。调节的目的和方法。二、教学重点与难点 重点：重点：回转件平静的目的；周期性速度波动调节回转件平静的目的；周期性速度波动调节的目的。的目的。难点：难点：平面机构的静平衡；机构速度波动调节和平面机构的静平衡；机构速度波动调节和方法。方法。返回章目录返回章目录8.18.1机械的速度波动与调节机械的速

2、度波动与调节外力的分类：驱动力：驱使主动件运动的力。阻力：阻止构件运动的力。速度波动：驱动功大于阻力功时，出现盈功，机械的动能将增加；当驱动功小于阻力功时，出现亏功，则使机械的动能将减小。机械动能的变化使得机械主轴的角速度发生变化。一、机械速度波动的类型及调节方法速度波动的类型有：周期性速度波动周期性速度波动和非周期性速度波动非周期性速度波动。1.周期性速度波动周期性速度波动 周期性速度波动周期性速度波动调节方法调节方法：安装安装飞轮。飞轮。飞轮飞轮：转动惯量很大的回转件。：转动惯量很大的回转件。机械动能的增量：机械动能的增量：2/2/202JJWWErd当动能变化值当动能变化值E一定时，飞轮

3、的转动惯量一定时，飞轮的转动惯量J越大，主越大，主轴角速度轴角速度的波动越小。的波动越小。安装飞轮的实质就是增加机械系统的转动惯量。飞轮在系统中的作用相当于一个容量很大的储能器。当系统出现盈功，它将多余的能量以动能形式“储存”起来，并使系统运转速度的升高幅度减小；反之，当系统出现亏功时，它可将“储存”的动能释放出来以弥补能量的不足，并使系统运转速度下降的幅度减小。从而减小了系统运转速度波动的程度，获得了调速的效果。飞轮的作用：飞轮的作用：2、非周期性速度波动、非周期性速度波动非周期性速度波动：非周期性速度波动：如果机械在运转过程中，速度的变化是非周期性的，则机械出现的速度波动称为非周期性速度波

4、动。非周期性速度波动产生的原因非周期性速度波动产生的原因：由于工作阻力或驱动力在机械运转过程中发生突变，从而使输入能量与输出能量在一段较长时间内失衡所造成的。非周期性速度波动的调节方法非周期性速度波动的调节方法：1)当机械的原动机所发出的驱动力矩是速度的函数且具有下降的趋势时，机械具有自动调节非周期性速度波动的能力。2)对于没有自调性的机械系统就必须安装一种专门的调节装置-调速器，来调节机械出现的非周期性速度波动。原动机和工作机 1.1.平均角速度平均角速度2.2.不均匀系数不均匀系数)(21minmaxmmminmax22min2max2m二、机械运转的平均速度和不均匀系数三、飞轮设计22m

5、in2maxminmaxmax)(21mJJEEW根据动能定理：根据动能定理：设计要求：2maxmWJ 则：飞轮设计的基本问题就是计算飞轮的转动惯量。飞轮设计的基本问题就是计算飞轮的转动惯量。分析上式可知：a)当mW与max一定时，取值很小，则J就很大，所以过分追求均匀可使飞轮过于笨重。b)由于J不可能为无穷大，而mW与max又都是有限值，所以不可能为零。c)当max与W一定时，J,的平方成反比与m所以为了减少飞轮的转动惯量，最好将飞轮安装在高速轴高速轴上。飞轮尺寸的确定：4/2mDJ HbDm 返回章目录返回章目录8.2机械平衡机械平衡一、机械平衡的目的：一、机械平衡的目的：尽量减小惯性力所

6、引起的附加动压力，减轻机械振尽量减小惯性力所引起的附加动压力，减轻机械振动，改善机械工作性能，延长机械使用寿命。动，改善机械工作性能，延长机械使用寿命。二、机械平衡的种类：二、机械平衡的种类：（1 1）回转件）回转件的平衡的平衡 1)刚性回转件的平衡刚性回转件的平衡：工作转速低于一阶临界转：工作转速低于一阶临界转速的回转件的平衡。轴线变形忽略不计。速的回转件的平衡。轴线变形忽略不计。2)挠性回转件的平衡挠性回转件的平衡：工作：工作转速高于一阶临界转转速高于一阶临界转速的回转件的平衡。速的回转件的平衡。（2）机构的平衡）机构的平衡：往复运动和平面复合运动的构件：往复运动和平面复合运动的构件系统的

7、平衡。系统的平衡。三、静平衡三、静平衡1.静不平衡静不平衡：对轴向尺寸较小的回转件（），可近似地认为其不平衡质量分布在同可近似地认为其不平衡质量分布在同一回转平面内。一回转平面内。若其质心不在回转轴线上，质心对轴线产生静力矩，称为静不平衡。2.静平衡静平衡：质心与回转轴线重合，在任何位置都静止。2.0/Db 如下图所示为一盘形转子，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。iiirmF2惯性力组成一平面汇交力系：惯性力组成一平面汇交力系：若 0iF，则平衡。，则平衡。若 0iF，则不平衡。，则不平衡。0biFF必须：加一平衡质量m

8、b，平衡质量的向径为rb。即 0321bFFFFbbbrmF2设023232221212bbrmrmrmrmem则iirm称为质径积质径积，是矢量。bbrm的大小和方向可采用图解法图解法求得。,后求出bbrm0332211bbrmrmrmrmem即：即：m和e分别为转子的总质量和总质心的向径。选定选定,br即可求出,bm平衡质量br也可在的反方向处除去一部分.bm质量brbbbbrmrm3.3.结论结论:(1)(1)静平衡的条件静平衡的条件：各个偏心质量的离心惯性力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。的合力为零或质径积的向量和为零。(2)(2)对于静不平衡的回转件，无论它有

9、多少个偏对于静不平衡的回转件，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心质量，都只需要适当地增加一个平衡质量即可获得平衡获得平衡,即对于静不平衡的转子，需加平衡质量即对于静不平衡的转子，需加平衡质量的最少数目为的最少数目为1 1。四、动平衡四、动平衡 1)动不平衡：动不平衡：对于 的转子，其质量不能再视为分布在同一平面内，由于各惯性力不在同一回转平面内，因而将形成惯性力偶，即使质心在回转轴线上，仍然是不平衡的。这种不平衡只有在转子运动时才显示出来，故称其为动不平衡动不平衡。2.0/Db2）动平衡计算：）动平衡计算：各不平衡质量的惯性力组成各不平衡质量的惯性力组成空间力系。空间

10、力系。空间力系平衡条件空间力系平衡条件：0iF0iM动平衡措施动平衡措施：将每个平面的惯性力平衡。动平衡条件动平衡条件：0iF0iM比较：静平衡条件：0iF 经过动平衡的回转件一定是静平衡的，反之，静平经过动平衡的回转件一定是静平衡的，反之，静平衡的回转件不一定是动平衡的。衡的回转件不一定是动平衡的。3）动平衡方法：）动平衡方法：设转子上的偏心质量设转子上的偏心质量m1,m2和和m3分别在回转平面分别在回转平面1，2，3内，其质心的向径分别为内，其质心的向径分别为r1,r2,r3。4）动平衡计算：）动平衡计算：（a）选定两个垂直转子轴线的平面 T、T,并设 T 与 T 相距 l，平面1到平面

11、T、T 的距离分别为 l1，l1，则F1可用分解到平面 T 和 T 中的力 F 1，F 1来代替。即：即：m1，m1所产生的离心惯性力 同理：（b）对于平面：可解出可解出 的大小及方位。的大小及方位。（b）对于平面：可求出可求出 。偏心质量偏心质量m1,m2,m3就可以被平面就可以被平面 、内的平衡内的平衡质量质量 所平衡。所平衡。平面平面 、称为称为平衡平面平衡平面或或校正平面校正平面。5）结论：）结论：(1)动平衡的条件：动平衡的条件：转子上分布在不同平面内的各个转子上分布在不同平面内的各个质量所产生的空间离心质量所产生的空间离心惯性力系的合力及合力矩惯性力系的合力及合力矩均为零。均为零。

12、(2)对于动不平衡的转子，无论它有多少个偏心质量，对于动不平衡的转子，无论它有多少个偏心质量，都只需要在任选的两个平衡平面内各增加或减少都只需要在任选的两个平衡平面内各增加或减少一个合适的平衡质量即可使转子获得动平衡，即一个合适的平衡质量即可使转子获得动平衡，即对于动不平衡的转子，需加平衡质量的最少数目对于动不平衡的转子，需加平衡质量的最少数目为为2。因此，。因此，动平衡又称为双面平衡动平衡又称为双面平衡，而，而静平衡静平衡则称为单面平衡则称为单面平衡。由于动平衡同时满足静平衡条件，所以由于动平衡同时满足静平衡条件，所以经过动平经过动平衡的转子一定静平衡的；反之，经过静平衡的转衡的转子一定静平

13、衡的；反之，经过静平衡的转子则不一定是动平衡的。子则不一定是动平衡的。返回章目录返回章目录本章小结 1.周期性速度波动调节方法：安装飞轮。周期性速度波动调节方法：安装飞轮。2.非周期性速度波动的调节方法非周期性速度波动的调节方法：1)当机械的原动机所发当机械的原动机所发出的驱动力矩是速度的函数且具有下降的趋势时，机械具有出的驱动力矩是速度的函数且具有下降的趋势时，机械具有自动调节非周期性速度波动的能力。自动调节非周期性速度波动的能力。2)对于没有自调性的机对于没有自调性的机械系统就必须安装一种专门的调速器。械系统就必须安装一种专门的调速器。3.静平衡的条件：各个偏心质量的离心惯性力的合力为静平

14、衡的条件：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。零或质径积的向量和为零。4.动平衡的条件：转子上分布在不同平面内的各个质量动平衡的条件：转子上分布在不同平面内的各个质量所产生的空间离心惯性力系的合力及合力矩均为零。所产生的空间离心惯性力系的合力及合力矩均为零。动平衡的构件同时也满足静平衡条件。动平衡的构件同时也满足静平衡条件。返回章目录返回章目录作 业8-1 什么是速度波动？为什么机械运转时会产生速度波动？8-2 机械速度波动的类型有哪几种？分别用什么方法来调试？8-3 飞轮的作用有哪些？能否用飞轮来调节非周期性速度波动？8-4 机械运转的不均匀程度用什么来表示？飞轮的转动惯量与不均匀系数有何关系？8-5 机械平衡的目的是什么？8-6 机械平衡有哪几类？8-7 刚性回转的动平衡和静平衡，而动平衡不仅是惯性力平衡，而且要惯性力矩也平衡。8-8 为什么要进行平衡试验，平衡试验有哪几种？8-9 为什么设计一个刚性回转件时要确定它的不平衡量？返回章目录返回章目录