第十四章 机械的平衡与调速.docVIP

教学目地：1了解回转件不平衡的原因、危害和类型 2掌握回转体静平衡和动平衡的基本原理以及平衡的计算方法 3了解机械在运转中速度波动的原因、危害和类型 4掌握机械同期性速度波动的调节原理和方法 教学重点：1回转件静平衡和动平衡原理及平衡的计算方法 2机械周期性速度波动的调节原理和方法 教学难点：1回转件动平衡原理及动平衡的计算方法 第十四章 机械的平衡和调速 14.1机械平衡的目的、分类及方法 回转体平衡和机械调速是两个不同的机械动力学问题。在机械设计中，特别是设计高速机械和精密机械时必须予以考虑。机械运动时，各运动构件由于制造、装配误差，材质不均等原因造成质量分布不均，质心做变速运动将产生大小及方向呈周期性变化的惯性力。这些周期性变化的惯性力会使机械的构件和基础产生振动，从而降低机器的工作精度、机械效率及可靠性，缩短机器的使用寿命，当震动频率接近系统的共振范围时，将会波及到周围的设备及厂房建筑。下面就讨论回转体的平衡、机器的周期性速度波动及调节问题。 机械的平衡可分为转子平衡与机构平衡两类。 转子平衡 对于挠固定轴线转动的回转件，若已知组成该回转件的各质量的大小和位置，就可以计算出合力矩的大小和方向，同时这也显示出平衡所需的质量的大小和位置。另外，根据组成回转件的各质量分布是否处于同一个平面或不同平面，其平衡原理和方法略有不同。下面进行分析。 这里主要研究刚性转子的平衡问题。转速低于一阶临界转速，挠曲线变形忽略，称为刚性转子。对于转速高于一阶临界转速，其旋转轴线的挠曲线的变形不能忽略，称为挠性转子。本章主要研究刚性转子的平衡问题。 机构平衡 对于做往复运动及作平面复合运动的构件，则因其重心是运动的，其惯性力无法就该构件本身加以平衡，因而必须就整个机构加以研究，设法使机构的惯性力的合力和力偶得到完全和部分地平衡。在机器运转速度日趋高速的情况下，应尽量采用回转体，以利于解决平衡问题。本章讨论常见的回转体平衡问题。 研究机械平衡的方法，一般可分为计算法与试验法两大类。计算法又分为图解法和解析法。图解法简单方便；解析法计算结果准确。这里主要阐述图解法。 14.2转子的平衡 14.2.1转子平衡的分类 由于制造等原因使回转体的质心不在回转轴线上，其产生的惯性力必然是不平衡的，因此，设计时需算出应加的平衡配重的大小和配置方位，使回转体回转时产生的惯性力和惯性力偶得以平衡，以消除不良影响。对于盘状回转体如何进行平衡计算？仔细想一下，这个问题不难解决。下面我们来分析一下，平衡计算的思路和方法。 静平衡 ?对于轴向尺寸较小的零件，也称为盘状零件（直径D与宽度L之比:：D/ L≥5），如飞轮、砂轮等，其质量分布可以近似认为在同一回转面内。当回转件匀速转动时，各质量所产生的离心力构成同一平面内交于回转中心点的力系。如果该力系不平衡，则它们的合力不等于零。为了使力系达到平衡，只需在同一平面内加上一个平衡质量，使其所产生的离心力等于原离心力的合力且方向相反。这样，加上一个平衡质量后，由回转件上各质量所产生的离心力组成的力系就达到平衡。这种平衡称静平衡。 2.动平衡 对于轴向尺寸较大的回转件（直径D与宽度L之比:：D/L＜5），即称为轴类零件，如电动机的转子、机床主轴等，其质量分布不能近似地认为是位于同一回转面内。这类回转件转动时产生的离心力不再是平面力系，而是空间力系。因此，单靠在某一回转面内加一平衡质量的静平衡方法不能使这类回转件转动时达到平衡。对于这种转子的不平衡问题进行平衡时，一般的方法是先选定两个辅助平面，再将各个质量按其所在平面与两辅助平面的距离的比值，按比例将质量分解到两辅助平面上，最后再采用静平衡的方法使这两个辅助平面达到静平衡。（亦称双面平衡）构件在动平衡时也一定是静平衡的。 14.2.2转子平衡的计算 静平衡的计算 对于轴向宽度不大的转子，其质量可近似认为在同一回转平面内，如图14—2所示，回转体其质量不平衡产生的离心惯性力可用平面汇交力系表示，因合力不为零回转体不平衡，产生不均匀转动，转速逐渐降低，静止时合力方向在铅垂线轴心下方。在铅垂线上方，做一平衡质量mb，使其产生的离心力与汇交力系合力矢大小相等，方向相反，这样，回转体才能平衡，保持均匀转动。 如图示回转体，以角速度ω回转时，其质量产生的离心惯性力构成了一个平面汇交力系，若此力系的合力不为零，则该回转体不平衡。若使回转体平衡，则应在回转体内，增加或减少一平衡质量。使其产生的离心力Fb与原力系的离心力的矢量和ΣFi等于零，此时回转体必达到平衡状态。 这样，平衡的条件就可用下式表示： F=Fb+ΣFi=0 式中：F为总离心力。 分别用质量和向径表示，可写成 mrω2= mbrbω2+Σmiri