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机械设计基础 第十五章　机械的平衡与调速 第十五章　机械的平衡与调速 第一节　机械平衡的目的和分类第二节　机械平衡的分析计算第三节　机械速度波动产生的原因和调节第四节　机械运转的平均角速度和不均匀系数第五节　飞轮设计原理 第一节　机械平衡的目的和分类 一、机械平衡的目的机械在工作过程中，许多构件都会产生大小及方向均发生周期性变化的惯性力，这将在运动副中引起附加动压力，从而增加运动副中的摩擦和磨损，降低机械的效率和使用寿命。这些周期性变化的惯性力会使机械的构件及其基础产生强迫振动，这种周期性的振动使机械的工作精度和可靠性下降。当振动频率接近机械系统的固有频率时会引起共振，从而可能使机械遭到破坏。二、机械平衡的分类机械的平衡问题大致可以分为以下两类。1.转子的平衡2.机构的平衡 第二节　机械平衡的分析计算 一、刚性转子的静平衡1.静平衡计算 图15-1　盘形转子的静平衡计算 第二节　机械平衡的分析计算 图15-2　静平衡架 2.静平衡试验 第二节　机械平衡的分析计算 二、刚性转子的动平衡 对于轴向尺寸较大(l/D≥0．2)的转子，例如，电动机的转子、机床的主轴、内燃机的曲轴等，其质量不是分布在同一回转平面内，但此时可以把其偏心质量看成是分布在垂直于回转轴线的若干个相互平行的回转平面内，这类转子转动时所产生的离心惯性力构成一空间力系，如图15?3所示。 图15-3　轴状转子的动平衡 第二节　机械平衡的分析计算 1.动平衡计算 图15-4　双缸内燃机曲轴 2.动平衡试验 第二节　机械平衡的分析计算 三、平衡精度简介对任一转子而言，即使经过高精度的平衡试验机平衡后，其平衡也只是相对的，而不是绝对的。在生产实际中，也没有必要把转子的不平衡量完全消除，只要使被平衡转子达到一定的平衡精度A即可。 第三节　机械速度波动产生的原因和调节 一、机械速度波动的原因及类型随着机械向高速度、高精度、重载、自动化及低成本方向发展，研究机械的真实运动规律已成为机械设计的一个重要内容。前面在研究机构的运动分析和力分析时，为了能够充分体现机构几何因素的作用并简化计算，都假设其原动件运动规律是已知的，且一般假设其作匀速运动，而实际上，机构原动件的运动规律由机构各构件的质量、转动惯量和作用在机械上的外力(驱动力和阻力)等因素决定的。 第三节　机械速度波动产生的原因和调节 图15-5　机械运转的全过程 第三节　机械速度波动产生的原因和调节 1.起动阶段 2.稳定运转阶段3.停车阶段二、机械速度波动的调节1.周期性速度波动的调节2.非周期性速度波动的调节 图15-6　机械离心调速器1—工作机　2—原动机　3、4—齿轮5—压缩弹簧　6—套筒 第四节　机械运转的平均角速度和不均匀系数 表15-1　几种常用机械运转的许用不均匀系数 第五节　飞轮设计原理 1)当Wmax和n一定时，JF与δ成反比，JF越大，δ越小，机械运转越均匀。2)当JF与n一定时，Wmax与δ成正比，即最大盈亏功Wmax越大，机械运转越不均匀。3)当Wmax和δ一定时，JF与n2成反比，为减小飞轮尺寸，宜将飞轮布置在高速级。 图15-7　最大盈亏功的确定 第五节　飞轮设计原理 15M7.tif 第五节　飞轮设计原理 (1)通过绘制E—φ(或W—φ)关系曲线求Wmax　图15-7a所示为机械在稳定运转一个运动循环内的驱动力矩Md(φ)和阻力矩Mr(φ)的变化曲线。(2)通过功增量关系求Wmax　如图15-7b所示，任取一水平基线，在基线上任取一点作为起始点，按选定的比例尺用垂直矢量表示Md(φ)和Mr(φ)变化曲线相交后所包围的各个面积(即盈亏功)，盈功箭头向上，亏功箭头向下，各段首尾相连。 第五节　飞轮设计原理 图　15-9 第五节　飞轮设计原理 图　15-10 第五节　飞轮设计原理 图　15-11