第17章 機器動力學初步

第17章機器動力學初步§17-1機器運轉(zhuǎn)速度波動的調(diào)節(jié)一、機器運轉(zhuǎn)速度波動產(chǎn)生的原因虧功：在機器某段工作時間內(nèi)，輸入功小于輸出功時為虧功。盈功：在機器某段工作時間內(nèi)，輸入功大于輸出功時為盈功。機械運轉(zhuǎn)速度的波動：機械能增減造成機械運轉(zhuǎn)速度的波動。二、機械運轉(zhuǎn)速度波動類型類型：周期性速度波動和非周期性速度波動。運轉(zhuǎn)過程起動穩(wěn)定運轉(zhuǎn)停車非周期性速度波動周期性速度波動三、機械運轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)周期性速度波動非周期性速度波動飛輪調(diào)速器四、作用在機器上的力

作用力：驅(qū)動力和阻力等效驅(qū)動力矩和等效阻抗力矩均為機構(gòu)位置的函數(shù)。周期性變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)過程中在一個運轉(zhuǎn)周期內(nèi)，等效驅(qū)動力矩所作的功等于等效阻抗力矩作的功。機器的自調(diào)性

當外載荷發(fā)生變化時，機器的主軸能夠在新的速度下重新穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，該性質(zhì)稱為機器的自調(diào)性。自調(diào)性的條件：機器周期性速度波動的調(diào)節(jié)

思路：設將機器的轉(zhuǎn)動慣量和質(zhì)量都等效到主軸上，并把主軸轉(zhuǎn)動慣量近似看為常數(shù)，則機器的動能最大時，對應著機器主軸的轉(zhuǎn)速最高；機器的動能最小時，對應著轉(zhuǎn)速最低。即：§17-2飛輪設計的近似方法一、機械運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)平均角速度機械運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)δ越小主軸越接近勻速機械運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)部分機械的許用運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)機器名稱不均勻系數(shù)機器名稱不均勻系數(shù)石料破碎機造紙機、織布機農(nóng)業(yè)機械壓縮機沖床、剪床、鍛床紡紗機軋鋼機內(nèi)燃機金屬切削機床直流發(fā)電機汽車、拖拉機交流發(fā)電機水泵、鼓風機汽輪發(fā)電機機械運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)

機器的運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)的大小反映了機器運轉(zhuǎn)過程中的速度波動的大小，是飛輪設計的重要指標。二、飛輪設計的基本原理１．飛輪設計的基本問題：

已知作用在主軸上的驅(qū)動力矩和阻力矩的變化規(guī)律，要求在機械運轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)δ許可范圍內(nèi)，確定安裝在主軸上的飛輪的轉(zhuǎn)動慣量Ｊ。最大盈虧功公式的討論：①J增大，速度波動減小，但不能為0；②飛輪安裝在高速軸上時，重量?。欢?、飛輪設計的基本原理當機器出現(xiàn)盈功，飛輪角速度隨之增大，動能變化量減小，吸收能量。當機器出現(xiàn)虧功，飛輪角速度隨之減小，動能變化量減小，放出能量。

２．為什么飛輪能調(diào)速？二、飛輪設計的基本原理飛輪動能變化所以：飛輪是一個儲能器。假設：飛輪轉(zhuǎn)動慣量很大，飛輪的動能就是整個機器的動能。三、盈虧功的計算盈功虧功四、飛輪的結(jié)構(gòu)圓盤狀飛輪

腹板狀飛輪1.圓盤狀飛輪的尺寸稱 為飛輪矩。

飛輪的材料密度選2.腹板狀飛輪尺寸的計算

轉(zhuǎn)動慣量可近似的認為是飛輪輪緣部分的轉(zhuǎn)動慣量。厚度為ｈ的輪緣部分是圓環(huán)。2.腹板狀飛輪尺寸的計算由于hd，上式可近似地寫為：b/h

m飛輪寬度b和輪緣厚度h

一、回轉(zhuǎn)件平衡的目的

機器的速度波動，將引起慣性力，從而引起附加動載荷，使機器的工作性能下降。

機器中回轉(zhuǎn)件的質(zhì)量中心與回轉(zhuǎn)中心不重合，在運轉(zhuǎn)時，也將引起慣性力的變化，影響機器的工作性能?！?7-3剛性回轉(zhuǎn)件的平衡二、剛性回轉(zhuǎn)件靜平衡的計算

轉(zhuǎn)子的直徑d與厚度b之比大于5,則可視其質(zhì)量分布在同一平面上。

可近似為盤形零件。為使回轉(zhuǎn)件平衡：二、剛性回轉(zhuǎn)件靜平衡的計算

剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設計對靜不平衡的轉(zhuǎn)子進行靜平衡設計，不論轉(zhuǎn)子上有多少個不平衡質(zhì)量，都只需要在同一個平衡面內(nèi)增加或去除一個平衡質(zhì)量即可獲得平衡，故轉(zhuǎn)子的靜平衡設計又稱作單面平衡。總結(jié)：三、剛性回轉(zhuǎn)件動平衡的計算

由理論力學可知，每個力可以分解為與其相平行的兩個分力，故可以把慣性力F1平行分解到兩個選定的平衡基面I、II，可有下式：按單面平衡原理,I面的平衡方程如下：三、剛性回轉(zhuǎn)件動平衡的計算

如轉(zhuǎn)子上有i個不平衡質(zhì)量，上式可寫為：三、剛性回轉(zhuǎn)件動平衡的計算

解該方程，可求出I面應加的配重質(zhì)量。同理，II面的平衡方程如下：三、剛性回轉(zhuǎn)件動平衡的計算

三、剛性回轉(zhuǎn)件動平衡的計算

對于任何動不平衡的剛性轉(zhuǎn)子，無論具有多少個偏心質(zhì)量，以及分布于多少個回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，都可以在任選的兩個平衡基面分別加上或減去一個適當?shù)呐渲兀罐D(zhuǎn)子得到完全的平衡。故動平衡又稱為雙面平衡?？偨Y(jié)：從上面分析可知：2、動平衡需要取兩個平衡面，靜平衡只要一個平衡面即可；1.靜平衡只平衡慣性力，動平衡不僅平衡慣性力，而且平衡慣性力矩，只有當轉(zhuǎn)子較薄時，進行了靜平衡的轉(zhuǎn)子才能近似的認為是動平衡的；3.慣性力矩的不平衡只有在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時才能表現(xiàn)出來，因此，動平衡和靜平衡在試驗方法上是不同的。剛性回轉(zhuǎn)件的平衡四、平衡試驗

1.靜平衡試驗法轉(zhuǎn)子靜不平衡時，質(zhì)量中心與轉(zhuǎn)動中心不重合。靜平衡后，轉(zhuǎn)子在任意位子隨意平衡（可連續(xù)轉(zhuǎn)動）。貼橡皮泥法2.動平衡試驗法四、平衡試驗

原理：通過在專門的動平衡設備上，測量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時本身或支架的振幅和相位測定轉(zhuǎn)子在平衡基面上的不平衡質(zhì)量的大小和方位的。五、轉(zhuǎn)子的平衡精度

按照測不準原理，轉(zhuǎn)子要完全平衡是不可能的，實際上，每一種轉(zhuǎn)子，只要達到一定的平衡精度即可滿足要求。生產(chǎn)中，常用質(zhì)徑積mr與偏心距e表示轉(zhuǎn)子的不平衡量。定義平衡精度:

各種類型剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度精度等級①典型轉(zhuǎn)子舉例A40004000剛性安裝的具有奇數(shù)個汽缸的低速②船用柴油機曲軸傳動裝置③。A16001600剛性安裝的大型兩沖程發(fā)動機曲軸傳動裝置A630630剛性安裝的大型四沖程發(fā)動機曲軸傳動裝置；彈性安裝的船用柴油機曲軸傳動裝置A250250剛性安裝的高速四缸柴油機曲軸傳動裝置A100100六缸或六缸以上的高速柴油機曲軸傳動裝置；汽車和機車用發(fā)動機整機剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度

各種類型剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度精度等級①典型轉(zhuǎn)子舉例A4040汽車輪、輪緣、輪組、傳動軸；彈性安裝的六缸或六缸以上的高速四沖程發(fā)動機曲軸傳動裝置；汽車和機車用發(fā)動機的曲軸傳動裝置A1616特殊要求的傳動軸（螺旋槳軸、萬向傳動軸）；破碎機械及農(nóng)用機械的零部件；汽車和機車用發(fā)動機的特殊部件；有特殊要求的六缸或六缸以上發(fā)動機的曲軸傳動裝置剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度

各種類型剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度精度等級①典型轉(zhuǎn)子舉例A6.3A6.3作業(yè)機械的回轉(zhuǎn)零件；船用主汽輪機的齒輪；風扇；航空燃氣輪機轉(zhuǎn)子部件；泵的葉輪；離心機鼓輪；機床及一般機械的回轉(zhuǎn)零部件；普通電機轉(zhuǎn)子；特殊要求的發(fā)動機回轉(zhuǎn)零部件A2.52.5燃汽輪機和汽輪機的轉(zhuǎn)子部件；剛性汽輪發(fā)電機的轉(zhuǎn)子；透平壓縮機轉(zhuǎn)子；機床主軸和驅(qū)動部件；特殊要求的大型和中型電機轉(zhuǎn)子；小型電機轉(zhuǎn)子；透平驅(qū)動泵剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度

各種類型剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度精度等級①典型轉(zhuǎn)子舉例A1.01.0磁帶記錄儀及錄音機驅(qū)動部件；磨床驅(qū)動部件；特殊要求的微型電機轉(zhuǎn)子A0.40.4精密磨床的主軸、砂輪盤及電機轉(zhuǎn)子；陀螺儀剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度注：①為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角速度（rad/s）;[e]為許用偏心距（μm）；②按國際標準，低速柴油機活塞速