安工大机械设计基础机械的调速与平衡分析.ppt

机械原理——机械速度波动调节 第5章 机械的调速和平衡 5-1 机械速度波动的调节 5-2 机械的平衡 基本要求: 了解机械功、能和原动件运动速度的特点 掌握飞轮调速原理及飞轮设计的基本方法 了解非周期性速度波动的基本概念和方法 了解机械平衡的目的及分类 掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法 5-1 机械速度波动的调节 一、作用在机械上的力 二、机械运转过程 三、速度波动的分类 四、周期性速度波动的衡量指标 五、飞轮的设计 一、作用在机械上的力 外力：重力、摩擦力、驱动力、工作阻力… 工作阻力：机械工作时需克服的生产阻力 驱动力：驱动原动件运动的力 机器动能方程式： W = Wd – (Wr+Wf)=Wd-Wc = E2 – E1= ?E 外力功 = 驱动功 － 阻力功 = 系统动能的增量 盈功：驱动力作的功大于阻力作的功 亏功：驱动力作的功小于阻力作的功 二、机械系统运转过程（功、能转换） 1 起动阶段(0 ? ?m) 特点：WdWr ? ?? ??=?m 2 稳定运转阶段(?m) 特点：Wd=Wr ? ?=?m 匀速稳定运转: ?m =C 变速稳定运转：周期性的速度波动, ?m?C 非周期性波动: ?m?C 3 停车阶段(?m ? 0) 特点： WdWr ? ?? ? ?m=0 三、速度波动的分类 稳定运转阶段的速度变化： 匀速的、周期性波动、非周期性波动 影响： 速度波动?动压力?振动，噪音, 工作质量降低 分类： 1 周期性速度波动及其调节 2 非周期性速度波动及其调节 1 周期性速度波动及其调节 特点: (1) 在一个周期T内: Wd-Wc=?E=0 (2) 机器的位置、速度、加速度和受力等呈周期性的变化 调节方法： 飞轮——转动惯量很大的回转构件(能量储存器) 飞轮作用：调速 飞轮调速原理： Wd＞Wr ? 盈功 ? 动能? ? ? ? ? 飞轮储存能量，使? ? ?； Wd＜Wr ? 亏功 ? 动能? ? ? ? ? 飞轮释放能量，使? ? ?； J越大，调速作用越好 瞬时过载时，利用飞轮释放的能量克服，减小原动机功率 2 非周期性速度波动及其调节 特点: 工作阻力或驱动力发生突变——发生“停车”或“飞车” Wd＞Wr ? 盈功 ? 动能? ? ? ? ? ? ? “飞车“ Wd＜Wr ? 亏功 ? 动能? ? ? ? ? ? ?“闷车“ 调节方法： 自调节——原动机的驱动力矩是速度的函数，且具有下降的趋势时 调速器——调节驱动力 调速器工作原理图 五、飞轮的设计 1 飞轮设计的基本原理 2 最大盈亏功Amax的确定 3 飞轮主要尺寸的确定 5-2 机械的平衡 一、机械平衡的目的及内容 二、回转构件的平衡计算 三、回转构件的平衡实验 一、机械平衡的目的及内容 1 惯性力及其影响 2 机械平衡的目的 3 机械平衡的分类 4 机械平衡的方法 1 惯性力及其影响 运动的构件按运动形态可分为三类： 定轴转动、往复直线运动、复杂平面运动 除：1）等速直线运动的构件 2）质量分布对其转动轴线完全对称的等速转动构件 其它构件在运动过程中都将产生惯性力或惯性力偶矩 举例说明 不平衡后果：电风扇、砂轮磨削、轴的塑性变形 产生附加动压力? 摩擦?、磨损?、效率?、振动噪音?... 影响机械的工作精度、可靠性、寿命... 造成破坏性事故 2 机械平衡的目的 减少或消除惯性力 3 机械平衡的分类 回转构件的静平衡 对长径比＜1/5的构件，作单面平衡，（即厚度与直径的比值，又称盘型部件） 回转构件的动平衡 对长径比＞1/5的构件，作双面平衡 4 机械平衡的方法 (1) 平衡设计 设计阶段从结构上采取措施，进行平衡设计 (2) 平衡试验 通过试验的方法加以平衡 二、回转构件的平衡计算 条件：b /D? 1/5, 所有惯性力可认为在同一个平面上 惯性力为平面汇交力系： 静平衡结论: 产生静不平衡的原因是惯性合力不为零 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 对于静不平衡的刚性转子，无论它有多少个偏心质量，只要适当增加（或减小）一个平衡质量，就能使其获得平衡。即对静不平衡的转子，需加平衡质量的最少数目为1，故动平衡又称单面平衡 三、回转构件的的动平衡计算 条件：b /D 1/5，不能认为质量分布在同一平面 实例：电动机的转子、汽轮机的转子、多缸内燃机曲轴… 动平衡设计 动平衡条件 将所有质量向另外两个平面投影(等效替换), 最后在两个平面内加上平衡质量使之静平衡 动平衡结论 产生动不平衡的原因是合惯性力、合惯性力偶矩均不为零（特殊情况下，合惯性力为零，而合惯性力偶矩不为零） 动平衡的条件：转子上各个质量所产生的空间惯