机械设计基础第13章 机械平衡与调速第十三章机械平衡与调速.pptVIP

机械设计基础 第十三章 机械的平衡与调速 机械设计基础 第十三章 机械的平衡与调速 1、机械的平衡问题 构件在运动中都将产生不平衡惯性力，这些惯性力将在各个运动副中产生附加的动压力。这不仅会加快运动副接触处的磨损，降低机械效率并影响构件的强度，而且会引起机械的构件和基础产生振动。机械平衡的目的就是合理分配构件的质量，以减少或消除动压力。 2、机械的调速问题 机械在运转时，由于机械能量的变化, 形成了机械运转时速度的波动。这种波动将导致运动副中动压力的增加，从而引起机构振动，降低机械的效率、寿命和工作质量。因此，必须设法对速度波动进行调节，使其被控制在允许的范围内。 一、机械平衡的分类 转子的平衡 绕性转子的平衡: 工作转速≥（0.6～0.75）nc 刚性转子的平衡: 工作转速＜（0.6～0.75）nc 动平衡 静平衡 机构的平衡 作往复运动或平面复合运动的构件，平衡或部分平衡总惯性力和惯性力矩对机架产生的附加动压力。 二、刚性转子的平衡计算 1、静平衡计算 对于轴向尺寸较小，即转子轴向宽度b与其直径d之比b/d＜0.2 的盘状转子。 若 平衡 若 不平衡 当回转件作匀速旋转时，由于各质量产生惯性力(离心力)，构成一平面汇交于回转中心的力系。 若要保持平衡，应在同一平面内加一平衡质量 ，使之产生的离心力 与原 平衡。 此向量方程式中只有 未知,可用图解法求解。 2、动平衡计算 对于轴向尺寸较大的转子（b/d0.2）。 满足静平衡条件 处于动不平衡状态 如图所示的转子，在平面l、2、3内有偏心质量m1、m2、m3，其向径分别为r1、r2和r3。当转子绕O－O轴回转时，离心惯性力F1、F2、 和F3组成一个空间力系。现选定两个校正平面Ⅰ和Ⅱ，将 m1、m2、m3向该两平面分解得： Ⅰ平面 Ⅱ平面 无论转子具有多少个偏心质量以及分布在多少个回转平面内，只要在选定的两个平衡基面内加上或去掉平衡质量，即可获得完全平衡，故动平衡又称为双面平衡。 二、刚性转子的平衡实验 1、静平衡实验 静平衡试验所用的设备称为静平衡架。 导轨式静平衡架 2、动平衡实验 动平衡试验在专门的动平衡试验机上进行。 机械式 电子式 激光式 一、机械运转的全过程 1、启动阶段 机械系统从静止状态启动到开始稳定运转的过程。 特点：驱动力所做的功＞克服阻力所消耗的功。 2、稳定运转阶段 机械进入稳定阶段后，原动件的平均速度为常数。 （1）等速稳定运转：原动件的角速度保持恒定不变。 （2）变速稳定运转：原动件的角速度围绕某一平均速 度作周期性波动。 特点：总驱动功=总阻抗功。 3、停车阶段 当切断动力源开始停车时，系统的输入功为零，系 统利用停车开始前储存的动能继续克服阻力作功，直到储存的动能全部耗尽，机械系统便停止运转。 特点：机器的动能在不断减少，系统做减速运动。 一般情况下，为了缩短停车所需时间，在某些机械上可以安装制动器以加快停车。 二、机械系统运动速度的状态及其调节方法 1、等速运动机械 稳定运转阶段中的速度保持不变，不存在速度波动的调节问题。 2、周期性速度波动及其调节 当机械的动能发生周期性变化时，机械主轴有规律的、周期性的速度变化称为周期性速度波动。 （1)平均角速度?m 和速度不均匀系数δ 平均角速度:工程上常用最大角速度与最小角速度的算术平均值来近似计算。 速度不均匀系数：用于表示机械运转速度波动的程度。 由上式可知，?越小，主轴越接近匀速转动，机械运转就愈平稳。 （2）周期性速度波动的调节 调节方法：在机械上安装飞轮。 飞轮的工作原理： 转速升高 飞轮动能增加 飞轮贮存能量 转速降低 飞轮动能减少 飞轮释放能量 飞轮的作用： 保持工作机的转速平稳 降低动力机所需功率 在一般机械中，其他构件所具有的动能与飞轮相比，其值甚小，因此在近似设计中，可以用飞轮的动能代替整个机械的动能。与飞轮的最大角速度ωmax、最小角速度ωmin对应的机械的动能分别为最大动能Emax、最小动能Emin。 Emax与Emin之差表示一个周期内动能的最大变化量。它是由最大盈功或最大亏功转化而来的。 机械在一个周期内动能的最大变化量称为最大盈亏功Wmax，即 飞轮的转动惯量： 由上可见： ①当Wmax与ωm一定时，J与?成反比。