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第8章 机械的调速与平衡
基本要求：了解周期性速度波动和非周期性速度波动调节的基本概念。了解飞轮调速的
基本原理和特点。掌握飞轮转动惯量的简易计算方法。
重 点：掌握飞轮转动惯量的简易计算方法。
难 点：平面机构的静平衡；机构速度波动调节和方法。
学 时：课堂讲授：4学时。
教学方法：多媒体结合板书。
8.1 机械的速度波动与调节
8.1.1 机械速度波动的类型及调节方法
外力的分类：驱动力：驱使主动件运动的力。
阻力：阻止构件运动的力。
速度波动：驱动功大于阻力功时，出现盈功，机械的动能将增加；当驱动功小于阻力功时，出现亏功，则使机械的动能将减小。机械动能的变化使得机械主轴的角速度发生变化。
速度波动的类型有：周期性速度波动和非周期性速度波动 。
周期性速度波动调节方法：安装飞轮。
飞轮：转动惯量很大的回转件。
安装飞轮的实质就是增加机械系统的转动惯量。 飞轮在系统中的作用相当于一个容量很大的储能器。当系统出现盈功，它将多余的能量以动能形式“储存”起来，并使系统运转速度的升高幅度减小；反之，当系统出现亏功时，它可将“储存”的动能释放出来以弥补能量的不足，并使系统运转速度下降的幅度减小。从而减小了系统运转速度波动的程度，获得了调速的效果。
非周期性速度波动的调节方法 ：
1)当机械的原动机所发出的驱动力矩是速度的函数且具有下降的趋势时，机械具有自动调节非周期性速度波动的能力。
2)对于没有自调性的机械系统就必须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。
8.1.2 飞轮设计的近似方法
1、平均角速度ωm
2、机械运转速度不均匀系数δ
在机械设计中要求：
式中：[δ]——速度不均匀系数的许用值，可查表得。
3 飞轮的简易设计方法
由图8-1可见，最大盈亏功为：
由上式分析知： 图8-1
1）当与ωm一定时，如[δ]取值很小，则飞轮的转动惯量就需很大。所以，过分追求机械运动速度均匀性，将会使飞轮过于笨重。
2）JF 不可能为无穷大，所以，[δ]不可能为零。
3）当与[δ]一定时,JF与ωm的平方成反比。所以,最好将飞轮安装在机械的高速轴上。
4 最大盈亏功的确定
图8-2 例1图
5 飞轮主要尺寸的确定
图8-3 飞轮主要尺寸
8.2 机械平衡
一、机械平衡的目的：
尽量减小惯性力所引起的附加动压力，减轻机械振动，改善机械工作性能，延长机械使用寿命。
二、机械平衡的种类：
（1）回转件的平衡
1)刚性回转件的平衡：工作转速低于一阶临界转速的回转件的平衡。轴线变形忽略不计。
2)挠性回转件的平衡：工作转速高于一阶临界转速的回转件的平衡。
（2）机构的平衡：往复运动和平面复合运动的构件系统的平衡。
三、静平衡
1.静不平衡：对轴向尺寸较小的回转件，可近似地认为其不平衡质量分布在同一回转平面内。若其质心不在回转轴线上，质心对轴线产生静力矩，称为静不平衡。
2.静平衡：质心与回转轴线重合，在任何位置都静止。
3.结论:
(1) 静平衡的条件：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。
(2) 对于静不平衡的回转件，无论它有多少个偏心质量，都只需要适当地增加一个平衡质量即可获得平衡,即对于静不平衡的转子，需加平衡质量的最少数目为1。
四、动平衡
1 动不平衡：
对于质量不能再视为分布在同一平面内，由于各惯性力不在同一回转平面内，因而将形成惯性力偶，即使质心在回转轴线上，仍然是不平衡的。这种不平衡只有在转子运动时才显示出来，故称其为动不平衡。
2 动平衡计算：
动平衡措施：将每个平面的惯性力平衡。
3 结论：
(1)动平衡的条件：转子上分布在不同平面内的各个质量所产生的空间离心惯性力系的合力及合力矩均为零。
(2)对于动不平衡的转子，无论它有多少个偏心质量，都只需要在任选的两个平衡平面内各增加或减少一个合适的平衡质量即可使转子获得动平
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