機(jī)械的平衡和調(diào)速課件

1、機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件第十三章機(jī)械的平衡和調(diào)速第十三章機(jī)械的平衡和調(diào)速13-1剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡13-2機(jī)械的速度波動及其調(diào)節(jié)原理機(jī)械的速度波動及其調(diào)節(jié)原理機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-1剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡 機(jī)械工作的平穩(wěn)性是衡量其性能好壞的重要指標(biāo)之機(jī)械工作的平穩(wěn)性是衡量其性能好壞的重要指標(biāo)之-。影。影響機(jī)械工作平穩(wěn)性的原因很多，其中回轉(zhuǎn)構(gòu)件的不平衡及速響機(jī)械工作平穩(wěn)性的原因很多，其中回轉(zhuǎn)構(gòu)件的不平衡及速度波動是兩個重要因素。本章將就這兩個問題進(jìn)行討論，著度波動是兩個重要因素。本章將就這兩個問題進(jìn)行討論，著重介紹回轉(zhuǎn)構(gòu)件靜平衡

2、和動平衡的原理及方法，分析機(jī)器周重介紹回轉(zhuǎn)構(gòu)件靜平衡和動平衡的原理及方法，分析機(jī)器周期性速度波動和非周期性速度波動產(chǎn)生的原因及其調(diào)節(jié)方法。期性速度波動和非周期性速度波動產(chǎn)生的原因及其調(diào)節(jié)方法。 在機(jī)械中繞固定軸線回轉(zhuǎn)的構(gòu)件，常稱為轉(zhuǎn)子。對于剛在機(jī)械中繞固定軸線回轉(zhuǎn)的構(gòu)件，常稱為轉(zhuǎn)子。對于剛性較好，且工作轉(zhuǎn)速低于性較好，且工作轉(zhuǎn)速低于(0.60.75)nc1(nc1為轉(zhuǎn)子的為轉(zhuǎn)子的-階階臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速)的轉(zhuǎn)子，由于在此情況下，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的彈性變形的轉(zhuǎn)子，由于在此情況下，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的彈性變形甚小，可以忽略不計，故稱為剛性轉(zhuǎn)子甚小，可以忽略不計，故稱為剛性轉(zhuǎn)子;下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課

3、件13-1剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡1 而對于剛性較差，且工作轉(zhuǎn)速很高的轉(zhuǎn)子，由于其彈性而對于剛性較差，且工作轉(zhuǎn)速很高的轉(zhuǎn)子，由于其彈性變形的撓度較大，不能忽略，故稱為撓性轉(zhuǎn)子本節(jié)主要討論變形的撓度較大，不能忽略，故稱為撓性轉(zhuǎn)子本節(jié)主要討論剛性轉(zhuǎn)子的平衡問題剛性轉(zhuǎn)子的平衡問題. 13-1-1產(chǎn)生不平衡的原因產(chǎn)生不平衡的原因 機(jī)械中的轉(zhuǎn)子，由于結(jié)構(gòu)上的不對稱、材料的不均勻以機(jī)械中的轉(zhuǎn)子，由于結(jié)構(gòu)上的不對稱、材料的不均勻以及制造和裝配中的偏差，都會導(dǎo)致其質(zhì)量中心和回轉(zhuǎn)軸線的及制造和裝配中的偏差，都會導(dǎo)致其質(zhì)量中心和回轉(zhuǎn)軸線的不重合，使轉(zhuǎn)子在回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心慣性力。如不重合，使轉(zhuǎn)

4、子在回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生離心慣性力。如圖圖13-1所示，所示，若轉(zhuǎn)子以若轉(zhuǎn)子以等速回轉(zhuǎn)，設(shè)其偏心質(zhì)量為等速回轉(zhuǎn)，設(shè)其偏心質(zhì)量為m,偏心距矢徑為偏心距矢徑為e，則該偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力為則該偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力為:2Fme 上一頁 下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-1剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡 對于剛性轉(zhuǎn)子的平衡，首先在設(shè)計階段就需要根據(jù)轉(zhuǎn)子對于剛性轉(zhuǎn)子的平衡，首先在設(shè)計階段就需要根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)及質(zhì)量分布的實際情況進(jìn)行平衡計算，使轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)及質(zhì)量分布的實際情況進(jìn)行平衡計算，使轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)時其慣性力的矢量和在理論上等于零，即達(dá)到平衡。至于因時其慣性力的矢量和在

5、理論上等于零，即達(dá)到平衡。至于因材質(zhì)不均勻和制造、裝配偏差等原因而引起的不平衡，只能材質(zhì)不均勻和制造、裝配偏差等原因而引起的不平衡，只能采用試驗的方法加以平衡采用試驗的方法加以平衡.13-1-2剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡 對于軸向尺寸對于軸向尺寸b與直徑與直徑d之比小于之比小于0.2的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子(如齒輪、帶如齒輪、帶輪、飛輪、盤形凸輪及螺旋槳等輪、飛輪、盤形凸輪及螺旋槳等)，其質(zhì)量可近似地看做是分，其質(zhì)量可近似地看做是分布在與其軸線垂直的同布在與其軸線垂直的同-平面內(nèi)的。正因為如此，各個偏心質(zhì)平面內(nèi)的。正因為如此，各個偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力是同量所產(chǎn)生的離心慣性力是同-平面上的匯交力

6、系，不會形成力平面上的匯交力系，不會形成力偶矩。偶矩。 上一頁 下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-1剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡2故這類轉(zhuǎn)子只要平衡其慣性力就可以了。我們把這類慣性力故這類轉(zhuǎn)子只要平衡其慣性力就可以了。我們把這類慣性力的平衡稱為靜平衡的平衡稱為靜平衡. 如如圖圖13-2所示，如果某所示，如果某-剛性轉(zhuǎn)子具有偏心質(zhì)量，剛性轉(zhuǎn)子具有偏心質(zhì)量，m1, m2 , m3，它們的偏心距矢徑分別為，它們的偏心距矢徑分別為e1,e2,e3. 質(zhì)徑積寫為質(zhì)徑積寫為-般形式為般形式為 平衡質(zhì)量的質(zhì)徑積平衡質(zhì)量的質(zhì)徑積(mb eb)的大小和方位可通過計算予以確的大小和方

7、位可通過計算予以確定定 如圖所示，先根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)情況，選定平衡質(zhì)量的偏如圖所示，先根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)情況，選定平衡質(zhì)量的偏心距心距eb大小，然后將式大小，然后將式(13-2)上投影可得中各項分別在兩上投影可得中各項分別在兩0b biim eme 上一頁 下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-1剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡坐標(biāo)軸坐標(biāo)軸平衡質(zhì)量為平衡質(zhì)量為cossinibxiibibyiibmmeemmee 22bbxbymmm 上一頁 下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-1剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡其方位角為其方位角為 以上分析可知，以上分析

8、可知，-個靜不平衡轉(zhuǎn)子無論含有多少個偏心質(zhì)個靜不平衡轉(zhuǎn)子無論含有多少個偏心質(zhì)量，均可在量，均可在-個平面內(nèi)的適當(dāng)位置，用增加個平面內(nèi)的適當(dāng)位置，用增加(或去除或去除)-個平衡個平衡質(zhì)量的辦法予以平衡，故靜平衡又可稱為單面平衡質(zhì)量的辦法予以平衡，故靜平衡又可稱為單面平衡. 轉(zhuǎn)子經(jīng)過上述平衡計算，并在適當(dāng)位置安裝了所需的平轉(zhuǎn)子經(jīng)過上述平衡計算，并在適當(dāng)位置安裝了所需的平衡質(zhì)量后，只是從理論上解決了靜平衡問題。實際上由于材衡質(zhì)量后，只是從理論上解決了靜平衡問題。實際上由于材質(zhì)的不均勻以及制造和安裝偏差等原因所產(chǎn)生的不平衡質(zhì)的不均勻以及制造和安裝偏差等原因所產(chǎn)生的不平衡arctanbybbxmm 上一

9、頁 下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-1剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡4問題，是無法在設(shè)計階段用計算的方法來加以估計和消除的。問題，是無法在設(shè)計階段用計算的方法來加以估計和消除的。它只能借助于試驗設(shè)備，經(jīng)過靜平衡試驗來加以解決它只能借助于試驗設(shè)備，經(jīng)過靜平衡試驗來加以解決. 13-1-3剛性轉(zhuǎn)子的動平衡剛性轉(zhuǎn)子的動平衡 對于軸向尺寸較大的轉(zhuǎn)子對于軸向尺寸較大的轉(zhuǎn)子(h/b0. 2 )，其偏心質(zhì)量很，其偏心質(zhì)量很可能分布在幾個不同的回轉(zhuǎn)平曲上。如可能分布在幾個不同的回轉(zhuǎn)平曲上。如圖圖13 -4所示的雙凸所示的雙凸輪軸轉(zhuǎn)子即輪軸轉(zhuǎn)子即為為-例。在這種情況下，即使轉(zhuǎn)子的質(zhì)

10、心例。在這種情況下，即使轉(zhuǎn)子的質(zhì)心C位于回轉(zhuǎn)軸線上，位于回轉(zhuǎn)軸線上，滿足靜平衡條件，但在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時，由于各偏心質(zhì)量滿足靜平衡條件，但在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時，由于各偏心質(zhì)量(m1, m2)所產(chǎn)生的離心慣性力所產(chǎn)生的離心慣性力(F1 , F2)不在同不在同-回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，將回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，將形成慣性力偶矩，因此仍然會在支承中引起附加的動載荷和形成慣性力偶矩，因此仍然會在支承中引起附加的動載荷和機(jī)械振動。顯然這類轉(zhuǎn)子的平衡條件是機(jī)械振動。顯然這類轉(zhuǎn)子的平衡條件是:平衡質(zhì)量和平衡質(zhì)量和 上一頁 下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-1剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力的

11、矢量和以及這些慣性力所各偏心質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力的矢量和以及這些慣性力所構(gòu)成的慣性力偶矩的矢量和都等于零，即構(gòu)成的慣性力偶矩的矢量和都等于零，即這類平衡稱為動平衡這類平衡稱為動平衡就平衡基面就平衡基面I而言，其平衡條件是而言，其平衡條件是: 為了求得平衡質(zhì)量為了求得平衡質(zhì)量mbI的大小和方向，先根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)的大小和方向，先根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)情況，選定平衡質(zhì)量的偏心距構(gòu)情況，選定平衡質(zhì)量的偏心距ebI大小，然后參照式（大小，然后參照式（13-3），可得），可得00bibiFFMM1110bbiim em e 上一頁 下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-1剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜

12、平衡和動平衡則平衡基面則平衡基面I上的平衡質(zhì)量為上的平衡質(zhì)量為其方位角為其方位角為coscosiIiibIxbIiIiibIybIm emem eme 22bIbIxbIymmm1arctanbIybbIxmm 上一頁 下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-1剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡和動平衡 由以上分析可知，不論轉(zhuǎn)子在幾個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，有多少由以上分析可知，不論轉(zhuǎn)子在幾個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，有多少個偏心質(zhì)量，均可以通過在所選定的兩個平衡基面上，分別個偏心質(zhì)量，均可以通過在所選定的兩個平衡基面上，分別加上加上(或去除或去除)適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量的辦法，使該轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡。適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量的辦法

13、，使該轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡。故動平衡又稱為雙面平衡。故動平衡又稱為雙面平衡。 上一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-2機(jī)械的速度波動及其調(diào)節(jié)原理機(jī)械的速度波動及其調(diào)節(jié)原理 13-2-1引起機(jī)械速度波動的原因引起機(jī)械速度波動的原因 對于大多數(shù)的機(jī)械來說，由于其原動機(jī)的驅(qū)動力和對于大多數(shù)的機(jī)械來說，由于其原動機(jī)的驅(qū)動力和-作作機(jī)的阻抗力都是變化的，若兩者不能時時相適應(yīng)，就會引起機(jī)的阻抗力都是變化的，若兩者不能時時相適應(yīng)，就會引起機(jī)械速度的波動。根據(jù)能量守恒定律，機(jī)械速度的波動。根據(jù)能量守恒定律，-部機(jī)器在運轉(zhuǎn)過程中部機(jī)器在運轉(zhuǎn)過程中的動能方程式為的動能方程式為Ad驅(qū)動力所做的功驅(qū)動力所做的功;Ar克

14、服生產(chǎn)阻力所消耗的功克服生產(chǎn)阻力所消耗的功(有用功有用功);Af克服摩擦阻力等所消耗的功克服摩擦阻力等所消耗的功(無用功無用功)E動能的變動量動能的變動量drfAAAE下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-2機(jī)械的速度波動及其調(diào)節(jié)原理機(jī)械的速度波動及其調(diào)節(jié)原理設(shè)設(shè)因為因為由式可知，當(dāng)由式可知，當(dāng)A=E 0,即出現(xiàn)盈功即出現(xiàn)盈功時，使機(jī)器動能增時，使機(jī)器動能增加，機(jī)器角速度增大加，機(jī)器角速度增大;反之，當(dāng)反之，當(dāng)A=E 0,即出現(xiàn)虧功即出現(xiàn)虧功2200()12drfAAAAEEAJJ122002JEJJ 上一頁 下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-2機(jī)械的速度波動及其調(diào)節(jié)原理機(jī)械的

15、速度波動及其調(diào)節(jié)原理時，機(jī)器動能減少時，機(jī)器動能減少,機(jī)器的角速度減小機(jī)器的角速度減小.13-2-2機(jī)械運轉(zhuǎn)的平均角速度和速度不機(jī)械運轉(zhuǎn)的平均角速度和速度不均勻系數(shù)均勻系數(shù) 平均角速度工程上平均角速度工程上-般都以主軸的最大角速度和最小角速般都以主軸的最大角速度和最小角速度的算術(shù)平均值作為機(jī)械的平均角速度，即度的算術(shù)平均值作為機(jī)械的平均角速度，即2.速度不均勻系數(shù)速度不均勻系數(shù)機(jī)械的速度波動的程度常采用速度不均勻系數(shù)機(jī)械的速度波動的程度常采用速度不均勻系數(shù)來表示，其來表示，其定義為角速度的最大波動幅度定義為角速度的最大波動幅度(minmax)與平均角速度與平均角速度m之比值，即之比值，即max

16、min()2m 上一頁 下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-2機(jī)械的速度波動及其調(diào)節(jié)原理機(jī)械的速度波動及其調(diào)節(jié)原理 各種機(jī)械速度不均勻系數(shù)的許用值可查有關(guān)手冊。各種機(jī)械速度不均勻系數(shù)的許用值可查有關(guān)手冊。13-3-3周期性速度波動的調(diào)節(jié)周期性速度波動的調(diào)節(jié) 驅(qū)動力所做的功和阻抗力所消耗的功在驅(qū)動力所做的功和阻抗力所消耗的功在-個周期內(nèi)是相等個周期內(nèi)是相等的，即沒有動能的增減，使其平均速度保持不變。但在周期的，即沒有動能的增減，使其平均速度保持不變。但在周期中的各個時間間隔內(nèi)，驅(qū)動功與消耗功并不相等，即存在盈中的各個時間間隔內(nèi)，驅(qū)動功與消耗功并不相等，即存在盈功或虧功，使動能增加或減少，

17、導(dǎo)致機(jī)器主軸的角速度作周功或虧功，使動能增加或減少，導(dǎo)致機(jī)器主軸的角速度作周期性波動。期性波動。maxminm() 上一頁 下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-2機(jī)械的速度波動及其調(diào)節(jié)原理機(jī)械的速度波動及其調(diào)節(jié)原理 對于這種周期性速度波動的調(diào)節(jié)方法是在機(jī)械中加上對于這種周期性速度波動的調(diào)節(jié)方法是在機(jī)械中加上-個個轉(zhuǎn)動慣量較大的回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動慣量較大的回轉(zhuǎn)件飛輪設(shè)飛輪的轉(zhuǎn)動慣量飛輪設(shè)飛輪的轉(zhuǎn)動慣量Jf，則機(jī)械，則機(jī)械系統(tǒng)動能的改變量為系統(tǒng)動能的改變量為 對應(yīng)于對應(yīng)于-個周期中盈虧功的最大變化量個周期中盈虧功的最大變化量Ax，機(jī)械的動，機(jī)械的動能也將有最大的變化，即能也將有最大的變化，即220

18、12fEJJ22maxmaxmaxmin22max12/ffmfmEAmJJJJAJJ 上一頁 下一頁 返回機(jī)械的平衡和調(diào)速PPT課件13-2機(jī)械的速度波動及其調(diào)節(jié)原理機(jī)械的速度波動及其調(diào)節(jié)原理 上式說明上式說明:在其他條件不變的情況下，增大飛輪轉(zhuǎn)動慣量，在其他條件不變的情況下，增大飛輪轉(zhuǎn)動慣量，速度不均勻系數(shù)就減小，機(jī)器運轉(zhuǎn)就平穩(wěn)。速度不均勻系數(shù)就減小，機(jī)器運轉(zhuǎn)就平穩(wěn)。 值得提出的是，飛輪之所以能起調(diào)速作用，關(guān)鍵是飛輪值得提出的是，飛輪之所以能起調(diào)速作用，關(guān)鍵是飛輪具有很大的轉(zhuǎn)動慣量。也就是說，為了使飛輪的轉(zhuǎn)速有具有很大的轉(zhuǎn)動慣量。也就是說，為了使飛輪的轉(zhuǎn)速有-點變點變化，就需要有較大的動能?；?，就需要有較大的動能。四、非周期性速度波動的調(diào)節(jié)四、非周期性速度波動的調(diào)節(jié) 如果機(jī)械在運轉(zhuǎn)過程中，在較長的如果機(jī)械在運轉(zhuǎn)過程中，在較長的-段時間內(nèi)，驅(qū)動力和段時間內(nèi)，驅(qū)動力和阻抗力彼此不相適應(yīng)，導(dǎo)致機(jī)械持續(xù)盈功或持續(xù)虧功，使機(jī)阻抗力彼此不相適應(yīng)，導(dǎo)致機(jī)械持續(xù)盈功或持續(xù)虧功，使機(jī)器持續(xù)增速或持續(xù)減速。這樣就產(chǎn)生了非周期性的速度波動。器持續(xù)增速或持續(xù)減速。這樣就產(chǎn)生了非周期性的速度波動。