第10章平衡和調(diào)速

1、第第10章章 機(jī)械平衡與周期性速度波動(dòng)調(diào)節(jié)10.1 機(jī)械平衡的目的及內(nèi)容機(jī)械平衡的目的及內(nèi)容10.2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡計(jì)算剛性轉(zhuǎn)子的平衡計(jì)算 10.3 剛性轉(zhuǎn)子的平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的平衡實(shí)驗(yàn)10.4 機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)和速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)和速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)10.5 非周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)非周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)10.1 機(jī)械平衡的目的與內(nèi)容機(jī)械平衡的目的與內(nèi)容一、平衡的目的一、平衡的目的大多數(shù)機(jī)械都是由回轉(zhuǎn)構(gòu)件和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所組成，除了大多數(shù)機(jī)械都是由回轉(zhuǎn)構(gòu)件和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所組成，除了中心慣性主軸與回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合，且作等速回轉(zhuǎn)的構(gòu)件外，其它中心慣性主軸與回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合，且作等速回轉(zhuǎn)的構(gòu)件外，其它所有

2、的構(gòu)件都要產(chǎn)生慣性力。所有的構(gòu)件都要產(chǎn)生慣性力。P=ma=GP=ma=Ge e2 2/g/g舉例：舉例：已知圖示轉(zhuǎn)子的重量為已知圖示轉(zhuǎn)子的重量為G=10N，重心與，重心與回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的距離為回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的距離為1 mm，轉(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)速為n=3000 rpm, 求離心力求離心力P P的大小。的大小。=10=101010-3-3223000/603000/602 2/9.8/9.8 =100 N如果轉(zhuǎn)速增加一倍，如果轉(zhuǎn)速增加一倍，n=6000 rpm P=400 N由此可知：由此可知：不平衡所產(chǎn)生的慣性力對(duì)機(jī)械運(yùn)不平衡所產(chǎn)生的慣性力對(duì)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)有很大的影響轉(zhuǎn)有很大的影響。附加動(dòng)壓力會(huì)產(chǎn)生一系列不良后果：附加動(dòng)

3、壓力會(huì)產(chǎn)生一系列不良后果：PeGGPP力的大小方向始終都在變化，將對(duì)運(yùn)動(dòng)副力的大小方向始終都在變化，將對(duì)運(yùn)動(dòng)副產(chǎn)生動(dòng)壓力。產(chǎn)生動(dòng)壓力。N21N21N21增加運(yùn)動(dòng)副的摩擦，降低機(jī)械的使用壽命。增加運(yùn)動(dòng)副的摩擦，降低機(jī)械的使用壽命。產(chǎn)生有害的振動(dòng)，使機(jī)械的工作性能惡化。產(chǎn)生有害的振動(dòng)，使機(jī)械的工作性能惡化。降低機(jī)械效率。降低機(jī)械效率。平衡的目的：平衡的目的：研究慣性力分布及其變化規(guī)律，并采取相應(yīng)的研究慣性力分布及其變化規(guī)律，并采取相應(yīng)的措施對(duì)慣性力進(jìn)行平衡，從而減小或消除所產(chǎn)生的附加動(dòng)壓措施對(duì)慣性力進(jìn)行平衡，從而減小或消除所產(chǎn)生的附加動(dòng)壓力、減輕振動(dòng)、改善機(jī)械的工作性能和提高使用壽命。力、減輕振動(dòng)

4、、改善機(jī)械的工作性能和提高使用壽命。二、二、 平衡的內(nèi)容平衡的內(nèi)容根據(jù)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)形式的不同，平衡問(wèn)題可歸納為如下兩個(gè)方面：1. 回轉(zhuǎn)件的平衡回轉(zhuǎn)件的平衡a. 剛性轉(zhuǎn)子的平衡剛性轉(zhuǎn)子的平衡工作轉(zhuǎn)速工作轉(zhuǎn)速n(0.60.75)ne1轉(zhuǎn)子一轉(zhuǎn)子一階自振頻率?？珊雎赃\(yùn)動(dòng)時(shí)的階自振頻率?？珊雎赃\(yùn)動(dòng)時(shí)的軸線(xiàn)變形。平衡時(shí)可采用理論軸線(xiàn)變形。平衡時(shí)可采用理論力學(xué)力系平衡的原理。力學(xué)力系平衡的原理。當(dāng)轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速n(0.60.75)ne1，且，且重量和跨度較大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大重量和跨度較大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的變形，使離心慣性力大大增加。此的變形，使離心慣性力大大增加。此類(lèi)問(wèn)題復(fù)雜，有專(zhuān)門(mén)的學(xué)科

5、論述。類(lèi)問(wèn)題復(fù)雜，有專(zhuān)門(mén)的學(xué)科論述。2. 機(jī)構(gòu)的平衡機(jī)構(gòu)的平衡對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)，由于作往復(fù)運(yùn)動(dòng)和平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件總是存在對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)，由于作往復(fù)運(yùn)動(dòng)和平面運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件總是存在加速度，就單個(gè)構(gòu)件而言，是無(wú)法平衡的。但可以將整個(gè)機(jī)構(gòu)加速度，就單個(gè)構(gòu)件而言，是無(wú)法平衡的。但可以將整個(gè)機(jī)構(gòu)一并考慮，采取措施對(duì)總的慣性力或慣性力矩進(jìn)行平衡。一并考慮，采取措施對(duì)總的慣性力或慣性力矩進(jìn)行平衡。本章重點(diǎn)介紹剛性轉(zhuǎn)子的平衡問(wèn)題。本章重點(diǎn)介紹剛性轉(zhuǎn)子的平衡問(wèn)題。b. 撓性轉(zhuǎn)子的平衡撓性轉(zhuǎn)子的平衡所謂剛性轉(zhuǎn)子的不平衡，是指由于所謂剛性轉(zhuǎn)子的不平衡，是指由于結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱(chēng)、材料缺陷材料缺陷以及以及制制造誤差造誤差等

6、原因而使質(zhì)量分布不均勻，等原因而使質(zhì)量分布不均勻，致使中心慣性主軸與回轉(zhuǎn)軸致使中心慣性主軸與回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)不重合，線(xiàn)不重合，而產(chǎn)生離心慣性力系的不平衡。根據(jù)平衡條件的不同，而產(chǎn)生離心慣性力系的不平衡。根據(jù)平衡條件的不同，又可分為又可分為靜平衡靜平衡和和動(dòng)平衡動(dòng)平衡兩種情況。兩種情況。靜止靜止運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：特點(diǎn)：若重心不在回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)上，若重心不在回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)上，則在靜止?fàn)顟B(tài)下，無(wú)論其重心初則在靜止?fàn)顟B(tài)下，無(wú)論其重心初始在何位置，最終都會(huì)落在軸線(xiàn)始在何位置，最終都會(huì)落在軸線(xiàn)的鉛垂線(xiàn)的下方這種不平衡現(xiàn)象的鉛垂線(xiàn)的下方這種不平衡現(xiàn)象在靜止?fàn)顟B(tài)下就能表現(xiàn)出來(lái)，故在靜止?fàn)顟B(tài)下就能表現(xiàn)出來(lái)，故稱(chēng)為靜平衡。稱(chēng)為靜平衡。

7、如自行車(chē)輪一、靜平衡計(jì)算一、靜平衡計(jì)算靜平衡原理：靜平衡原理：在重心的另一側(cè)加上一定的質(zhì)量，或在重心同側(cè)在重心的另一側(cè)加上一定的質(zhì)量，或在重心同側(cè)去掉一些質(zhì)量，使質(zhì)心位置落在回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)上，而使離心慣性力去掉一些質(zhì)量，使質(zhì)心位置落在回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)上，而使離心慣性力達(dá)到平衡。達(dá)到平衡。適用范圍：適用范圍：軸向尺寸較小的盤(pán)形轉(zhuǎn)子（軸向尺寸較小的盤(pán)形轉(zhuǎn)子（B/D0.2B/D0.2），如風(fēng)扇），如風(fēng)扇葉輪、飛輪、砂輪等回轉(zhuǎn)件，葉輪、飛輪、砂輪等回轉(zhuǎn)件，計(jì)算方法：計(jì)算方法：同一平面內(nèi)各重物所產(chǎn)生的離心慣性力構(gòu)成一個(gè)平面同一平面內(nèi)各重物所產(chǎn)生的離心慣性力構(gòu)成一個(gè)平面匯交力系匯交力系p pi i，如果該力系不平衡，那

8、么合力，如果該力系不平衡，那么合力P Pi i00。增加一個(gè)。增加一個(gè)重物重物G Gb b后，可使新的力系之合力：后，可使新的力系之合力：P= PP= Pb bPPi i=0=010.2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡計(jì)算剛性轉(zhuǎn)子的平衡計(jì)算 BD ？ ？ 設(shè)各偏心質(zhì)量分別為設(shè)各偏心質(zhì)量分別為m mi i，偏心距為，偏心距為r ri i , ,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子以以等速回轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心慣性力為：等速回轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心慣性力為：稱(chēng)稱(chēng)miri為為質(zhì)徑積質(zhì)徑積稱(chēng)稱(chēng)Giri為為重徑積重徑積平衡配重所產(chǎn)生的離心慣性力為：平衡配重所產(chǎn)生的離心慣性力為： Pb=mb2rb總離心慣性力的合力為：總離心慣性力的合力為： Pb + +Pi=0

9、所產(chǎn)生的離心慣性力為：所產(chǎn)生的離心慣性力為： Pi = mi2rimb2rb + m12r1 + m22r2+ m32r3=0 mbrb + m1r1 + m2r2+ m3r3=0 mbgrb + m1gr1 + m2gr2+ m3gr3=0 Gbrb + G1r1 + G2r2+ G3r3=0 m1m2m3r2r1r3W1W2W3Wb1.1.剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡計(jì)算剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡計(jì)算P3P1P2Pbrb可用圖解法求解上述矢量方程可用圖解法求解上述矢量方程( (選定比例選定比例w) )。2.2.剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡計(jì)算剛性轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡計(jì)算圖示凸輪軸的偏心質(zhì)量不在同一回轉(zhuǎn)平圖示凸輪軸的偏心質(zhì)量不在同一

10、回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，但質(zhì)心在回轉(zhuǎn)軸上，在任意靜止面內(nèi)，但質(zhì)心在回轉(zhuǎn)軸上，在任意靜止位置，都處于平衡狀態(tài)。位置，都處于平衡狀態(tài)。這種在靜止?fàn)顟B(tài)下處于平衡，而運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下呈現(xiàn)不平衡，稱(chēng)為這種在靜止?fàn)顟B(tài)下處于平衡，而運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下呈現(xiàn)不平衡，稱(chēng)為動(dòng)不平衡。對(duì)此類(lèi)轉(zhuǎn)子的平衡，稱(chēng)為動(dòng)不平衡。對(duì)此類(lèi)轉(zhuǎn)子的平衡，稱(chēng)為動(dòng)平衡動(dòng)平衡。適用對(duì)象：適用對(duì)象：軸向尺寸較大軸向尺寸較大( (B/D0.2B/D0.2) )的轉(zhuǎn)子，如內(nèi)然機(jī)中的曲的轉(zhuǎn)子，如內(nèi)然機(jī)中的曲軸和凸輪軸、電機(jī)轉(zhuǎn)子、機(jī)床主軸等都必須按動(dòng)平衡來(lái)處理。軸和凸輪軸、電機(jī)轉(zhuǎn)子、機(jī)床主軸等都必須按動(dòng)平衡來(lái)處理。理由：理由：此類(lèi)轉(zhuǎn)子由于質(zhì)量分布不在同一個(gè)平面內(nèi)，離心慣性力此類(lèi)

11、轉(zhuǎn)子由于質(zhì)量分布不在同一個(gè)平面內(nèi)，離心慣性力將形成一個(gè)將形成一個(gè)不匯交不匯交空間力系，故不能按靜平衡處理。空間力系，故不能按靜平衡處理。慣性力偶矩：慣性力偶矩：M=PLM=PL0 0 運(yùn)動(dòng)時(shí)有：運(yùn)動(dòng)時(shí)有：P P1 1+P+P2 2=0=0 任意空間力系的平衡條件為：任意空間力系的平衡條件為： PP =0, M=0=0, M=0LPP從理論上講，對(duì)于偏心質(zhì)量分布在多個(gè)運(yùn)動(dòng)平面內(nèi)的轉(zhuǎn)子，對(duì)每一個(gè)運(yùn)動(dòng)按靜平衡的方法來(lái)處理（加減質(zhì)量），也是可以達(dá)到平衡的。問(wèn)題是由于實(shí)際結(jié)構(gòu)不允許在偏心質(zhì)量所在平面內(nèi)安裝平衡配重，也不允許去掉不平衡重量(如凸輪軸、曲軸、電機(jī)轉(zhuǎn)子等)。解決問(wèn)題的唯一辦法就是將平衡配重分配

12、到另外兩個(gè)平面I、II內(nèi)。 由理論力學(xué)可知：一個(gè)力可以由理論力學(xué)可知：一個(gè)力可以分解分解成成兩個(gè)與其兩個(gè)與其平行平行的兩個(gè)分力。的兩個(gè)分力。mrLlLrmmrLlrmIIIIII11重要結(jié)論：重要結(jié)論：某一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的不平衡質(zhì)量某一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的不平衡質(zhì)量m m，可以在兩個(gè)任選的，可以在兩個(gè)任選的 回轉(zhuǎn)平面內(nèi)進(jìn)行平衡?；剞D(zhuǎn)平面內(nèi)進(jìn)行平衡。Ll1l2r1rr2P I IIP2P1m1m2m兩者等效的條件是：兩者等效的條件是：代入質(zhì)徑積得：代入質(zhì)徑積得：PLlLPLlP122PLlP11PPP212211lPlPP2IP1IP3IP2IIP3IIP1IImbIIrbIIm2m3m1l1l2l3Lmb

13、IW3IW2IW1IWbIW2IIW3IIW1IIWbIIWIIWILliPiIPiIIPir1P2r2P3r3PbIIrbIPbI/LlPPi iiIILlLPPiiiI/ )(0321IIIbIWWWW0321IIIIIIbIIWWWWP1首先在轉(zhuǎn)子上選定兩個(gè)回轉(zhuǎn)平面和作為平衡基面，該平面用來(lái)加裝或去掉平衡質(zhì)量。將三個(gè)不同回轉(zhuǎn)面內(nèi)的離心慣性力往平面和上分解。50分鐘III空間力系的平衡空間力系的平衡LlLPPPI/ )(11110321IIIbIPPPPLlLPPPI/ )(2222LlPPII/333LlPPII/111LlPPII/2220321IIIIIIbIIPPPP0333222

14、111rLlmrLlmrLlmrmIIIIbI0333222111rLlLmrLlLmrLlLmrmIIIIIIIIbII3333()/IPPP LlL將不同回轉(zhuǎn)面內(nèi)的離心慣性力往平面將不同回轉(zhuǎn)面內(nèi)的離心慣性力往平面和和上分解，得：上分解，得：只要在平衡基面內(nèi)加裝平衡質(zhì)量或去掉平衡質(zhì)量PbI、PbII，使兩平面內(nèi)的慣性力之和分別為零，這個(gè)轉(zhuǎn)子就平衡了。兩個(gè)平面匯交力系的平衡問(wèn)題。兩個(gè)平面匯交力系的平衡問(wèn)題。平衡時(shí)滿(mǎn)足：平衡時(shí)滿(mǎn)足：代入質(zhì)徑積：代入質(zhì)徑積：以上矢量方程可用作圖法求解。以上矢量方程可用作圖法求解。當(dāng)回轉(zhuǎn)半徑當(dāng)回轉(zhuǎn)半徑r rI I、r rIIII確定之后，就可求得平衡質(zhì)量確定之后，就

15、可求得平衡質(zhì)量m mbIbI、m mbIIbII。結(jié)論：結(jié)論：對(duì)于動(dòng)不平衡的轉(zhuǎn)子，無(wú)論其具有多少個(gè)偏心質(zhì)量以及分布在對(duì)于動(dòng)不平衡的轉(zhuǎn)子，無(wú)論其具有多少個(gè)偏心質(zhì)量以及分布在多少個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，都只要在選定的平衡基面內(nèi)加上或去掉平多少個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，都只要在選定的平衡基面內(nèi)加上或去掉平衡質(zhì)量，即可獲得完全平衡。故動(dòng)平衡又稱(chēng)為衡質(zhì)量，即可獲得完全平衡。故動(dòng)平衡又稱(chēng)為雙面平衡雙面平衡。經(jīng)過(guò)計(jì)算，在理論上是平衡的轉(zhuǎn)子，由于制造誤差、材質(zhì)不均勻、安裝誤差等因素，使實(shí)際轉(zhuǎn)子存在不平衡量。要徹底消除不平衡，只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法測(cè)出其不平衡質(zhì)量的大小和方向。然后通過(guò)增加或除去平衡質(zhì)量的方法予以平衡。10.3 剛性轉(zhuǎn)子的

16、平衡實(shí)驗(yàn)剛性轉(zhuǎn)子的平衡實(shí)驗(yàn)一、靜平衡實(shí)驗(yàn)一、靜平衡實(shí)驗(yàn)導(dǎo)軌式靜平衡導(dǎo)軌式靜平衡架架單擺式平衡架單擺式平衡架導(dǎo)軌導(dǎo)軌式平衡架：式平衡架：滾子式平衡架：滾子式平衡架：使用方便，但精度較低。使用方便，但精度較低。單擺式平衡架：?jiǎn)螖[式平衡架：工作效率高。工作效率高。二、動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)二、動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)課講授其原理）（實(shí)驗(yàn)課講授其原理）特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高，但兩刀口平行、調(diào)整困難，但兩刀口平行、調(diào)整困難，且要求兩軸端直徑相同。一且要求兩軸端直徑相同。一般要經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)才能找準(zhǔn)，般要經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)才能找準(zhǔn)，工作效率低，不適合批量生工作效率低，不適合批量生產(chǎn)產(chǎn)。滾子滾子式平式平衡架衡架

17、一、研究?jī)?nèi)容及目的一、研究?jī)?nèi)容及目的1.研究在外力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，目的是為運(yùn)動(dòng)分研究在外力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，目的是為運(yùn)動(dòng)分 析作準(zhǔn)備。析作準(zhǔn)備。前述運(yùn)動(dòng)分析曾假定是常數(shù)，但實(shí)際上是變化的概述：概述：設(shè)計(jì)新的機(jī)械，或者分析現(xiàn)有機(jī)械的工作性能時(shí)，往往想設(shè)計(jì)新的機(jī)械，或者分析現(xiàn)有機(jī)械的工作性能時(shí)，往往想知道機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、構(gòu)件的慣性力以及在運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生的反知道機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、構(gòu)件的慣性力以及在運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生的反力的大小、力的大小、V Vmaxmax amaxmax的大小，因此要對(duì)機(jī)械進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。而前面的大小，因此要對(duì)機(jī)械進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。而前面所介紹的運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，都假定運(yùn)動(dòng)件作勻速

18、運(yùn)動(dòng)所介紹的運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，都假定運(yùn)動(dòng)件作勻速運(yùn)動(dòng)( (constconst) )。但。但在大多數(shù)情況下，在大多數(shù)情況下，constconst，而是力、力矩、機(jī)構(gòu)位置、構(gòu)件質(zhì)，而是力、力矩、機(jī)構(gòu)位置、構(gòu)件質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)的函數(shù)：量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)的函數(shù)：F(PF(P、M M、m m、J)J)。只有確定只有確定了的原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)了的原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的變化規(guī)律之后，才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和力分析，的變化規(guī)律之后，才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和力分析，從而為設(shè)計(jì)新機(jī)械提供依據(jù)。從而為設(shè)計(jì)新機(jī)械提供依據(jù)。這就是研究機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。2.研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法，目的是使機(jī)械的轉(zhuǎn)研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法，目的是使

19、機(jī)械的轉(zhuǎn) 速在允許范圍內(nèi)波動(dòng)，而保證正常工作。速在允許范圍內(nèi)波動(dòng)，而保證正常工作。速度波動(dòng)過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生惡果10.4 機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段的狀況有穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段的狀況有：勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：常數(shù)常數(shù)t 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)周期周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：(t)=(t+T(t)=(t+Tp p) )啟動(dòng)啟動(dòng)三個(gè)階段：?jiǎn)?dòng)、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)、停車(chē)。三個(gè)階段：?jiǎn)?dòng)、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)、停車(chē)。非非周期周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn) 停止停止m m t 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)啟動(dòng)停止停止m m t 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟啟動(dòng) 停止停止勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度勻速

20、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度不需要調(diào)節(jié)。不需要調(diào)節(jié)。后兩種情況由于速度的波動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生以下不良后果：后兩種情況由于速度的波動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生以下不良后果：速度波動(dòng)產(chǎn)生的不良后果速度波動(dòng)產(chǎn)生的不良后果：在運(yùn)動(dòng)副中引起附加動(dòng)壓力，加劇磨損，使工作可靠性降低。在運(yùn)動(dòng)副中引起附加動(dòng)壓力，加劇磨損，使工作可靠性降低。引起彈性振動(dòng)，消耗能量，使機(jī)械效率降低。引起彈性振動(dòng)，消耗能量，使機(jī)械效率降低。影響機(jī)械的工藝過(guò)程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。影響機(jī)械的工藝過(guò)程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。載荷突然減小或增大時(shí)，發(fā)生飛車(chē)或停車(chē)事故載荷突然減小或增大時(shí)，發(fā)生飛車(chē)或停車(chē)事故為了減小這些不良影響，就必須對(duì)速度波動(dòng)范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了減小這些不良影響，就必須對(duì)

21、速度波動(dòng)范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。二、速度波動(dòng)調(diào)節(jié)的方法二、速度波動(dòng)調(diào)節(jié)的方法1.1.對(duì)周期性速度波動(dòng)，可在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上安裝一個(gè)質(zhì)量較大的回轉(zhuǎn)對(duì)周期性速度波動(dòng)，可在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上安裝一個(gè)質(zhì)量較大的回轉(zhuǎn) 體（俗稱(chēng)飛輪）達(dá)到調(diào)速的目的。體（俗稱(chēng)飛輪）達(dá)到調(diào)速的目的。2.2.對(duì)非周期性速度波動(dòng)，需采用專(zhuān)門(mén)的調(diào)速器才能調(diào)節(jié)。對(duì)非周期性速度波動(dòng)，需采用專(zhuān)門(mén)的調(diào)速器才能調(diào)節(jié)。本章僅討論飛輪調(diào)速問(wèn)題。本章僅討論飛輪調(diào)速問(wèn)題。三、作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力和生產(chǎn)阻力三、作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力和生產(chǎn)阻力驅(qū)動(dòng)力是由原動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力，根據(jù)其特性的不同，它們可以是驅(qū)動(dòng)力是由原動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力，根據(jù)其特性的不同，它們可以是不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)的函數(shù)：不同運(yùn)動(dòng)

22、參數(shù)的函數(shù)：蒸汽機(jī)與內(nèi)然機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力是活塞位置的函數(shù)：蒸汽機(jī)與內(nèi)然機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力是活塞位置的函數(shù)：電動(dòng)機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力矩是轉(zhuǎn)子角速度電動(dòng)機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力矩是轉(zhuǎn)子角速度 的函數(shù)：的函數(shù)：機(jī)械特性曲線(xiàn)機(jī)械特性曲線(xiàn)原動(dòng)機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力與原動(dòng)機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系曲線(xiàn)。運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系曲線(xiàn)。當(dāng)用解析法研究機(jī)械在外力作用下，驅(qū)當(dāng)用解析法研究機(jī)械在外力作用下，驅(qū)動(dòng)力必須以解析表達(dá)式給出。動(dòng)力必須以解析表達(dá)式給出。一般較復(fù)雜工程上常將特性曲線(xiàn)作近似處理，如工程上常將特性曲線(xiàn)作近似處理，如Md=M(s)Md=M( )BN Md 交流異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線(xiàn)交流異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線(xiàn)AC用通

23、過(guò)額定轉(zhuǎn)矩點(diǎn)用通過(guò)額定轉(zhuǎn)矩點(diǎn)N N的的直線(xiàn)直線(xiàn)NCNC代替代替曲線(xiàn)曲線(xiàn)NCNCn n0 0Md=Mn( 0 )/ ( 0 n)其中其中Mn額定轉(zhuǎn)矩，額定轉(zhuǎn)矩， n 額定角速度，額定角速度， 0 同步角速度同步角速度機(jī)器銘牌 生產(chǎn)阻力取決于生產(chǎn)工藝過(guò)程的特點(diǎn)，有如下幾種情況：生產(chǎn)阻力取決于生產(chǎn)工藝過(guò)程的特點(diǎn)，有如下幾種情況：生產(chǎn)阻力為常數(shù)，如車(chē)床；生產(chǎn)阻力為常數(shù)，如車(chē)床；生產(chǎn)阻力為機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)，如壓力機(jī)生產(chǎn)阻力為機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)，如壓力機(jī); ;生產(chǎn)阻力為執(zhí)行構(gòu)件速度的函數(shù)，如鼓風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)等；生產(chǎn)阻力為執(zhí)行構(gòu)件速度的函數(shù)，如鼓風(fēng)機(jī)、攪拌機(jī)等；驅(qū)動(dòng)力和生產(chǎn)阻力的確定，涉及到許多專(zhuān)門(mén)知識(shí)，已超出本課

24、程的范圍。本課程所討論機(jī)械在外力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，假定外力為已知。本課程所討論機(jī)械在外力作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，假定外力為已知。生產(chǎn)阻力為時(shí)間的函數(shù)，如球磨機(jī)、揉面機(jī)等；生產(chǎn)阻力為時(shí)間的函數(shù)，如球磨機(jī)、揉面機(jī)等；四、產(chǎn)生周期性波動(dòng)的原因四、產(chǎn)生周期性波動(dòng)的原因作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力矩和阻力作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力矩和阻力矩往往是原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角的周期性函矩往往是原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角的周期性函數(shù)，其等效力矩?cái)?shù)，其等效力矩Me ed= Me ed ()，Me er= Me er () 必然也必然也是周期性函是周期性函數(shù)。分別繪出在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)數(shù)。分別繪出在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)的變化曲線(xiàn)。的變化曲線(xiàn)。dMWaedd)()(dMWaerr)

25、()()()(rdWWE2221)()(21aeaeJJ動(dòng)能增量為：動(dòng)能增量為：Me edMe era bcde aMe erMe ed0)()(adMMered 則等效驅(qū)動(dòng)力矩和則等效驅(qū)動(dòng)力矩和等效阻力矩所作的功分別為：等效阻力矩所作的功分別為：分析以上積分所代表的的物理含義Me edMe era bcde a(a)等效力矩所作功及動(dòng)能變化。等效力矩所作功及動(dòng)能變化。區(qū)區(qū) 間間外力所的作功外力所的作功等效構(gòu)件的等效構(gòu)件的動(dòng)能動(dòng)能EM Md dMMMr r盈功盈功“”b-cb-cM Md dMMMr r盈功盈功“”d-ed-eM Md dMMr r虧功虧功“”e-ae-a在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)：在一

26、個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)：)(aaaereddMM經(jīng)過(guò)一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)之后，機(jī)械又回經(jīng)過(guò)一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)之后，機(jī)械又回復(fù)到初始狀態(tài)復(fù)到初始狀態(tài), ,其運(yùn)轉(zhuǎn)速度呈現(xiàn)周期其運(yùn)轉(zhuǎn)速度呈現(xiàn)周期性波動(dòng)。性波動(dòng)。W Wd d=W=Wr r即：即：= 0動(dòng)能的變化曲線(xiàn)動(dòng)能的變化曲線(xiàn)E()如圖如圖b所示所示E(b)(c)222121aeaaeaJJE=0速度曲線(xiàn)如圖速度曲線(xiàn)如圖c所示所示五、五、周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)平均角速度平均角速度m和速度不均勻系數(shù)和速度不均勻系數(shù)TdTm01不容易求得，工程上常采用算術(shù)平均值：不容易求得，工程上常采用算術(shù)平均值：m(max + +min)/2 )/2 對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速：對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)

27、速： n=60n=60m /2, /2, rpmrpmmaxmin 表示了機(jī)器主軸速度波動(dòng)范圍的大小，稱(chēng)為絕對(duì)表示了機(jī)器主軸速度波動(dòng)范圍的大小，稱(chēng)為絕對(duì)不均勻度。但在差值相同的情況下，對(duì)平均速度的影響是不一不均勻度。但在差值相同的情況下，對(duì)平均速度的影響是不一樣的。如：樣的。如：如如maxmin， m11010，m2100100則：則：1 1(maxmin)/ )/ m1 =0.1 =0.12 2(maxmin)/ )/ m2 =0.01 =0.01平均角速度：平均角速度：minminmaxmaxT Tmaxm(1+/2)(1+/2)可知，當(dāng)可知，當(dāng)m一定時(shí)，一定時(shí)，愈小，則差值愈小，則差值m

28、axmin也愈小，也愈小，說(shuō)明機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)愈平穩(wěn)。說(shuō)明機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)愈平穩(wěn)。對(duì)于不同的機(jī)器，因工作性質(zhì)不同而取不同的值對(duì)于不同的機(jī)器，因工作性質(zhì)不同而取不同的值。設(shè)計(jì)時(shí)要求：設(shè)計(jì)時(shí)要求：造紙織布造紙織布 1/401/401/501/50紡紗機(jī)紡紗機(jī) 1/61/61/1001/100發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 1/1001/1001/3001/300定義：定義：(maxmin)/ )/ m 為機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)，為機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)，它表示了機(jī)器速度波動(dòng)的程度。它表示了機(jī)器速度波動(dòng)的程度。minm(1-/2)(1-/2)2 2max2 2min=2=22 2m 機(jī)械名稱(chēng)機(jī)械名稱(chēng) 機(jī)械名稱(chēng)機(jī)械名稱(chēng) 機(jī)械名稱(chēng)機(jī)

29、械名稱(chēng) 由由m(max + +min)/2)/2 以及上式可得：以及上式可得： 碎石機(jī)碎石機(jī) 1/51/51/201/20 汽車(chē)拖拉機(jī)汽車(chē)拖拉機(jī) 1/201/201/601/60沖床、剪床沖床、剪床 1/71/71/101/10切削機(jī)床切削機(jī)床 1/301/301/401/40軋壓機(jī)軋壓機(jī) 1/101/101/21/2水泵、風(fēng)機(jī)水泵、風(fēng)機(jī) 1/301/301/501/50六、飛輪的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)六、飛輪的簡(jiǎn)易設(shè)計(jì)為什么加裝飛輪之后就能減小速度的波動(dòng)呢？飛輪調(diào)速原理飛輪調(diào)速原理J=JJ=Je e+J+JF F由于速度波動(dòng)，機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)能隨位由于速度波動(dòng)，機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)能隨位置置的變化而變化。在位置的變化

30、而變化。在位置b b處為處為E Eminmin 、minmin，而在，而在c c處為處為E Emaxmax 、 maxmax。設(shè)在等效構(gòu)件上加裝飛輪之后，其設(shè)在等效構(gòu)件上加裝飛輪之后，其總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變?yōu)椋嚎偟霓D(zhuǎn)動(dòng)慣量變?yōu)椋河蓜?dòng)能積分形式的機(jī)器運(yùn)動(dòng)方程有：由動(dòng)能積分形式的機(jī)器運(yùn)動(dòng)方程有：maxminmaxmin)21(2JddEcbdMecbdMMered)(飛輪設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題，就是根據(jù)機(jī)器實(shí)際所需的飛輪設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題，就是根據(jù)機(jī)器實(shí)際所需的m和和來(lái)確來(lái)確定其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量定其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J JF F，加，加裝飛輪的目的就是為了增加機(jī)器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣裝飛輪的目的就是為了增加機(jī)器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)而起到調(diào)節(jié)速度波動(dòng)的目

31、的。量進(jìn)而起到調(diào)節(jié)速度波動(dòng)的目的。對(duì)于周期性速度波動(dòng)的機(jī)械，加裝飛輪可以對(duì)速度波動(dòng)的范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。Me edMe era bcde a(a)E(b)(c)minminmaxmax E Emaxmax E Eminmin左邊積分得最大動(dòng)能及其增量為：左邊積分得最大動(dòng)能及其增量為：E Emax =( J =( Je e+J+JF F)2 2max/2/2E Emin =( J =( Je e+J+JF F)2 2min/2/2E EmaxE EmaxE Emin( J( Je e+J+JF F)2 2m(J(Je e+J+JF F)()(2 2max-2 2min)/2)/2而方程右邊的積分對(duì)應(yīng)區(qū)

32、間而方程右邊的積分對(duì)應(yīng)區(qū)間bcbc之間的之間的陰影面積陰影面積。在。在b b點(diǎn)處，機(jī)械出現(xiàn)能量點(diǎn)處，機(jī)械出現(xiàn)能量最小值最小值E Emin，而在，而在c c點(diǎn)出現(xiàn)動(dòng)能最大值點(diǎn)出現(xiàn)動(dòng)能最大值E Emax。故在區(qū)間。故在區(qū)間b b、c c 之間將出現(xiàn)之間將出現(xiàn)最大盈虧功最大盈虧功W Wmax，即驅(qū)動(dòng)力與阻力，即驅(qū)動(dòng)力與阻力功之差的最大值。功之差的最大值。MedMera bcde a(a)E(b)(c)minminmaxmax E Emaxmax E Eminminmaxmin)21(2JdcbdMMered)(cbdMMWered)()(max強(qiáng)調(diào)Emax =Wmax由由E EmaxW Wmax得：

33、得：( J( Je e+J+JF F)2 2mW Wmax對(duì)于一臺(tái)具體的機(jī)械而言，對(duì)于一臺(tái)具體的機(jī)械而言，W Wmax、m、J Je e 都是定值。都是定值。W Wmax /( J /( Je e+J+JF F)2 2m當(dāng)當(dāng)J JF F運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。J JF F的近似計(jì)算的近似計(jì)算所設(shè)計(jì)飛輪的所設(shè)計(jì)飛輪的J JF F應(yīng)滿(mǎn)足：應(yīng)滿(mǎn)足： ，于是有：，于是有：一般情況下，一般情況下，J Je e J m時(shí)，則時(shí)，則J JFxFx J JF F ，故將飛輪裝在高速軸上，可減小飛，故將飛輪裝在高速軸上，可減小飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而減小飛輪的結(jié)構(gòu)尺寸。輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而減小飛輪的結(jié)構(gòu)尺寸。W Wmax

34、強(qiáng)調(diào)W Wmax不一定出現(xiàn)在相鄰點(diǎn)J JF FW Wmax/2 2m飛輪調(diào)速的實(shí)質(zhì)：飛輪調(diào)速的實(shí)質(zhì)：起能量?jī)?chǔ)存器的作用。轉(zhuǎn)速增高時(shí)，將多于能起能量?jī)?chǔ)存器的作用。轉(zhuǎn)速增高時(shí)，將多于能量轉(zhuǎn)化為飛輪的動(dòng)能儲(chǔ)存起來(lái)，限制增速的幅度；轉(zhuǎn)速降低時(shí)，量轉(zhuǎn)化為飛輪的動(dòng)能儲(chǔ)存起來(lái)，限制增速的幅度；轉(zhuǎn)速降低時(shí)，將能量釋放出來(lái)，阻止速度降低。將能量釋放出來(lái)，阻止速度降低。 鍛壓機(jī)械鍛壓機(jī)械在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，工作時(shí)間短，但載荷峰值在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，工作時(shí)間短，但載荷峰值大，利用飛輪在非工作時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存的能量來(lái)克服尖峰載荷，選大，利用飛輪在非工作時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存的能量來(lái)克服尖峰載荷，選用小功率原動(dòng)機(jī)以降低成本。用小功率原動(dòng)機(jī)以

35、降低成本。飛輪尺寸的確定飛輪尺寸的確定a)a)輪形飛輪輪形飛輪這種飛輪一般較大，由這種飛輪一般較大，由輪轂輪轂、輪輻輪輻和和輪緣輪緣三部分組成。其輪三部分組成。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：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： 輪轂輪轂輪幅輪幅輪緣輪緣JA應(yīng)用：應(yīng)用：玩具小車(chē)玩具小車(chē)幫助機(jī)械越過(guò)死點(diǎn)，如縫紉機(jī)。幫助機(jī)械越過(guò)死點(diǎn)，如縫紉機(jī)。 2gQJJAAFgDQJAF42)(422HDgQA因?yàn)橐驗(yàn)镠D，故忽略，故忽略H2，于是上式可簡(jiǎn)化為，于是上式可簡(jiǎn)化為：FAgJDQ422NmD1D2DHb)4(212221DDgQA)2/()2/(822HDHDgQAA為慣性半徑式中式中QAD2稱(chēng)為飛輪矩，當(dāng)選定飛輪的平均直徑稱(chēng)為飛輪矩，當(dāng)選定飛輪的平均直徑D D之后，就可求之后，就可求得飛輪的重量得飛輪的重量QA。 D60 v /n其中其中 v 按下表中的安全值選取，以免輪緣因離心力過(guò)大而破裂：按下表中的安全值選取，以免輪緣因離心力過(guò)大而破裂：鑄鐵制飛輪鑄鐵制飛輪鋼制飛輪鋼制飛輪輪緣輪輻整鑄輪緣輪輻整鑄輪緣輪輻分鑄輪緣輪輻分鑄30305050 m/s m/s145455555 m/