機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)-第7章-調(diào)速與平衡

第7章

機(jī)械的調(diào)速和平衡第一節(jié)

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)第二節(jié)

回轉(zhuǎn)件的平衡

第一節(jié)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)一、機(jī)械速度波動(dòng)原因二、速度波動(dòng)的分類(lèi)及調(diào)節(jié)

1.周期性速度波動(dòng)

2.非周期性速度波動(dòng)三、周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)——飛輪設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)力所做的功<阻力所做的功驅(qū)動(dòng)力所做的功>阻力所做的功驅(qū)動(dòng)力所做的功=阻力所做的功任意瞬時(shí)一、機(jī)械速度波動(dòng)原因出現(xiàn)盈功，機(jī)械動(dòng)能增加，

轉(zhuǎn)速增高。出現(xiàn)虧功，機(jī)械動(dòng)能減少，轉(zhuǎn)速下降。機(jī)械勻速轉(zhuǎn)動(dòng)1.周期性速度波動(dòng)

周期可以是一周（機(jī)床主軸、沖床等）二周（四沖程內(nèi)燃機(jī)）數(shù)周（軋鋼機(jī)）調(diào)節(jié)方法加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的飛輪。后果波動(dòng)過(guò)大，影響機(jī)械系統(tǒng)正常工作。原因盈虧功呈周期性變化，速度波動(dòng)也呈周期性變化。

2.非周期性速度波動(dòng)原因

盈虧功變化無(wú)規(guī)律，速度波動(dòng)無(wú)規(guī)律。

調(diào)節(jié)方法：

利用機(jī)械系統(tǒng)（原動(dòng)機(jī)的是速度的函數(shù)且具有下降的趨勢(shì)。如電動(dòng)機(jī)。）后果

一段時(shí)間內(nèi)總出現(xiàn)盈功，速度越來(lái)越快，造成飛車(chē)；總出現(xiàn)虧功，速度會(huì)越來(lái)越慢，甚至停車(chē)。沒(méi)有自調(diào)性的機(jī)械系統(tǒng)（如采用蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)為原動(dòng)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)），安裝一種專(zhuān)門(mén)的調(diào)節(jié)裝置——調(diào)速器。機(jī)械式離心調(diào)速器三、周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)——飛輪設(shè)計(jì)實(shí)際機(jī)械標(biāo)牌上標(biāo)出的轉(zhuǎn)速。3.速度不均勻系數(shù)

1.平均速度

工程中通常用計(jì)算式2.名義轉(zhuǎn)速(額定轉(zhuǎn)速)許用值4.飛輪設(shè)計(jì)的近似方法

基本要求確定飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，使機(jī)械的δ<[δ]

基本原理

假定：運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，其他構(gòu)件的動(dòng)能與飛輪相比，可忽略不計(jì)。

當(dāng)飛輪處于ωmax時(shí)，具有動(dòng)能的最大值Emax；當(dāng)飛輪處于ωmin時(shí)，具有動(dòng)能的最小值Emin。機(jī)械的最大盈虧功：一個(gè)周期內(nèi)動(dòng)能的最大變化量

當(dāng)Wmax

和ωm

一定時(shí)，J與δ為等邊雙曲線關(guān)系，過(guò)分要求δ

很小，勢(shì)必造成

J

很大，使飛輪質(zhì)量很大，導(dǎo)致尺寸加大。當(dāng)J和ωm

一定時(shí)，Wmax與δ

成正比。當(dāng)Wmax與δ

一定時(shí)，J

和ωm成反比。應(yīng)將飛輪裝在系統(tǒng)的高速軸上，可減小飛輪的尺寸。結(jié)論4.飛輪設(shè)計(jì)的近似方法φMdMrφEabcdea'三、Amax的確定方法在交點(diǎn)位置的動(dòng)能增量△E正好是從起始點(diǎn)a到該交點(diǎn)區(qū)間內(nèi)各代表盈虧功的陰影面積代數(shù)和。Amax＝Emax－Emin＝

△EmaxEmax、Emin出現(xiàn)的位置：在曲線Md與Mr的交點(diǎn)處。E(φ)曲線上從一個(gè)極值點(diǎn)躍變到另一個(gè)極值點(diǎn)的高度，正好等于兩點(diǎn)之間的陰影面積(盈虧功)。作圖法求Amax：任意繪制一水平線，并分割成對(duì)應(yīng)的區(qū)間，從左至右依次向下畫(huà)箭頭表示虧功，向上畫(huà)箭頭表示盈功，箭頭長(zhǎng)度與陰影面積相等，由于循環(huán)始末的動(dòng)能相等，故能量指示圖為一個(gè)封閉的臺(tái)階形折線。則最大動(dòng)能增量及最大盈虧功等于指示圖中最低點(diǎn)到最高點(diǎn)之間的高度值。強(qiáng)調(diào)不一定是相鄰點(diǎn)Amax

Emax

Emin可用折線代替曲線求得△E舉例：已知驅(qū)動(dòng)力矩為常數(shù)，阻力矩如圖所示，主軸的平均角速度為：ωm=251/s,不均勻系數(shù)δ＝0.05，求主軸飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J。解：1)求Md,在一個(gè)循環(huán)內(nèi)，Md和Mr所作的功相等，于是：作代表Md的直線如圖。2)求Amax各陰影三角形的面積分別為：三個(gè)三角形面積之和0～π/4π/4～3π/4 3π/4～9π/8 9π/8～11π/811π/8～13π/813π/8～15π/815π/8～2π

10π/16-10π/815π/16-5π/810π/16-5π/85π/16區(qū)間面積10MrMd作能量指示圖2πφkN-mπ3π/20書(shū)上例題自學(xué)由能量指示圖，得：Amax＝10π/8＝3.93KN-mJ

＝Amax/[δ]ω2m＝3.93×10/(0.05×252)Amax＝126kgm2輪形飛輪：由輪轂、輪輻和輪緣三部分組成。輪轂輪幅輪緣JA§7－3飛輪主要尺寸的確定其輪轂和輪緣的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，可忽略不計(jì)。其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：主要尺寸：寬度B、輪緣厚度H、平均值徑DmHBDmm＝Vρ=πDmHBρρ為材料密度按照機(jī)器的結(jié)構(gòu)和空間位置選定Dm之后，可得飛輪質(zhì)量：選定飛輪的材料和比值H/B之后，可得飛輪截面尺寸。盤(pán)形飛輪：BD選定圓盤(pán)直徑D，可得飛輪的質(zhì)量：m＝VρπD2Bρ=4選定飛輪的材料之后，可得飛輪的寬度B。為保證安全，飛輪的外圓線速度不能超過(guò)許用值：鑄鐵飛輪：vmax≤36m/s鑄鋼飛輪：vmax≤50m/s應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，飛輪不一定是外加的專(zhuān)門(mén)附件。實(shí)際機(jī)械中，往往用增大帶輪或齒輪的尺寸和質(zhì)量的方法，使它們兼起飛輪的作用，還應(yīng)指出，本章介紹的飛輪設(shè)計(jì)方法，沒(méi)有考慮除飛輪之外其它構(gòu)件的動(dòng)能變化，因而是近似設(shè)計(jì)。由于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)δ容許有一個(gè)變化范圍，所以這種近似設(shè)計(jì)可以滿足一般的使用要求。第二節(jié)回轉(zhuǎn)件的平衡一、機(jī)械平衡的目的和分類(lèi)二、剛性回轉(zhuǎn)件平衡設(shè)計(jì)三、回轉(zhuǎn)件的平衡試驗(yàn)

1．靜平衡試驗(yàn)

2．動(dòng)平衡試驗(yàn)一、機(jī)械平衡的目的和分類(lèi)目的

:合理分配機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件的質(zhì)量，使慣性力得到平衡。分類(lèi)

:剛性回轉(zhuǎn)件平衡撓性回轉(zhuǎn)件平衡回轉(zhuǎn)件的平衡

靜平衡（寬徑比l/D≤1/5的回轉(zhuǎn)件

動(dòng)平衡（寬徑比l/D>1/5的回轉(zhuǎn)件）

若機(jī)械中包含有作往復(fù)運(yùn)動(dòng)或作平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件，則此機(jī)構(gòu)不能采用各個(gè)構(gòu)件分別進(jìn)行平衡的方法來(lái)解決，而必須就整個(gè)機(jī)構(gòu)來(lái)研究，使其在機(jī)架上得到平衡，這類(lèi)平衡稱(chēng)為機(jī)構(gòu)在機(jī)架上的平衡。機(jī)械的平衡二、剛性回轉(zhuǎn)件平衡設(shè)計(jì)靜平衡設(shè)計(jì)動(dòng)平衡設(shè)計(jì)各偏心質(zhì)量近似在一個(gè)平面內(nèi)，所產(chǎn)生的離心慣性力分別為

，，

為了平衡慣性力，就必須在此平面內(nèi)增加一個(gè)平衡質(zhì)量（或在其相反方向上減少一個(gè)平衡質(zhì)量），從回轉(zhuǎn)中心到這一平衡質(zhì)量的向徑，它所產(chǎn)生的離心慣性力為。若要求平衡時(shí)，形成的合力為零，即結(jié)論：①回轉(zhuǎn)件靜平衡條件：各個(gè)偏心質(zhì)量的離心慣性力合力為零或質(zhì)徑積的向量和為零。②對(duì)于靜不平衡的回轉(zhuǎn)件，無(wú)論它有多少個(gè)偏心質(zhì)量，都只需要適當(dāng)增加或減少一個(gè)平衡質(zhì)量即可獲得平衡。即對(duì)于靜不平衡的回轉(zhuǎn)件，需加平衡質(zhì)量的最少數(shù)為1。1.靜平衡設(shè)計(jì)

將各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力分解到及面上

這樣，力即可用等效到平面T′和T″中的力和來(lái)代替，也就是將動(dòng)平衡問(wèn)題轉(zhuǎn)化為靜平衡的方法來(lái)處理。2.動(dòng)平衡設(shè)計(jì)結(jié)論：①動(dòng)平衡的條件：當(dāng)回轉(zhuǎn)件回轉(zhuǎn)時(shí)，回轉(zhuǎn)件上的分布在不同平面內(nèi)的各個(gè)質(zhì)量所產(chǎn)生的空間離心慣性力系的合力及合力矩均為零。②對(duì)于動(dòng)不平衡的回轉(zhuǎn)件，無(wú)論它有多少個(gè)偏心質(zhì)量，都只需要在任選的兩個(gè)平衡平面T′和T″內(nèi)各增加或減少一個(gè)合適的平衡質(zhì)量即可使回轉(zhuǎn)件獲得動(dòng)平衡，即對(duì)于動(dòng)不平衡的回轉(zhuǎn)件，需加、減平衡質(zhì)量的最少數(shù)目為2。動(dòng)平衡又稱(chēng)為雙面平衡，而靜平衡則稱(chēng)為單面平衡。③由于動(dòng)平衡同時(shí)滿足了靜平衡的條件，所以經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡的回轉(zhuǎn)件一定是靜平衡；反之，經(jīng)過(guò)靜平衡的回轉(zhuǎn)件則不一定是動(dòng)平衡的。

(a)動(dòng)平