07机械的调速和平衡.ppt

机械原理——机械速度波动调节 第7章 机械的调速和平衡 7.1 机械的速度波动的调节 7.2 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 熟练掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法 §7.1 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… 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 二、机械系统运转过程（功、能转换） 1. 起动阶段(0 ? ?m) 特点：WdWc ? ?? ??=?m 2. 稳定运转阶段(?m) 特点：Wd=Wc ? ?=?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： WdWc ? ?? ? ?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、效率下降 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 原因： (1) 在一个周期T内: Wd-Wc=?E=0 (2) 在某一段时间内Wd-Wc=?E ? 0，机器的速度、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＞Wc ? 盈功 ? 动能? ? ? ? ? 飞轮储存能量，使? ? ?； Wd＜Wc ? 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 原因及危害: 　　工作阻力或驱动力发生突变，从而使输入能量和输出能量在较长一段时间内失衡造成的。 长时间内Wd＞Wc ? 盈功 ? 动能? ? ? ? ? “飞车” 长时间内Wd＜Wc ? 亏功 ? 动能? ? ? ? ? “停车” 调节方法： 分为两种情况： 1. 当机械的原动机所发出的驱动力矩是速度的函数且具下降的趋势时，机械具有自动调节非周期性波动的能力。 　　　如：采用电动机作为原动机的机械属于此类。 2. 对于没有自调性的机械系统，需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。 　　　如：采用蒸汽机、内燃机或汽轮机为原动机的机械系统 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Wmax的确定 3 飞轮主要尺寸的确定 §7.2 机械的平衡 一、机械平衡的目的及内容 二、刚性转子的平衡计算 三、刚性转子的平衡实验 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 :　电风扇、砂轮磨削、轴的塑性变形 例： 设：偏心质量m=10kg，偏心距e =1mm，?=314rad/s 则： 惯性力： F = me?2=10?1x10-3?3142 　=986 N 重量： G = mg=10 ?9.8=98 N 可见 ：FG, ???F? 惯性力的方向随构件的转动而作周期性变化 2. 机械平衡的目的 消除或减少惯性力 3. 机械平衡的分类 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、刚性转子的平衡计算 1 刚性转子的不平衡类型 2 刚性转子的静平衡计算 3 刚性转子的动平衡计算 （偏心质量的等效平衡） 1. 刚性转子的不平衡类型 1 静不平衡 (b /D? 0.2) 静平衡 平面汇交力系 单面平衡 2 动不平衡 (b/D0.2) 动平衡 空间力系 双面平衡 2. 刚性转子的静平衡计算 条件：b /D? 0.2，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： 质径积表达方式 平衡方程： 静平衡结论: 产生静不平衡的原因是合惯性力不为零 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