機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第五版輔導(dǎo)第章-

第7章

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

一、調(diào)節(jié)的目的和方法

二、飛輪設(shè)計(jì)的近似方法第8章回轉(zhuǎn)件的平衡

一、回轉(zhuǎn)件平衡的目的

二、回轉(zhuǎn)件的平衡計(jì)算三、回轉(zhuǎn)件的平衡試驗(yàn)機(jī)械的調(diào)速與平衡機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段的狀況有：①勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：ω＝常數(shù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)②周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：ω(t)=ω(t+Tp)啟動(dòng)三個(gè)階段：?jiǎn)?dòng)、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)、停車。③非周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)

tω停止ωm

tω穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)停止啟動(dòng)ωm

tω

穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)

停止勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度不需要調(diào)節(jié)。7

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)7

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)一、調(diào)節(jié)的目的和方法

機(jī)械速度波動(dòng)導(dǎo)致：

1.機(jī)械振動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)副中引起附加動(dòng)壓力，降低機(jī)械效率，降低零件的強(qiáng)度和壽命；

2.

對(duì)機(jī)床等加工機(jī)械將使產(chǎn)品質(zhì)量和精度下降。

速度波動(dòng)的類型：周期性速度波動(dòng)、非周期性速度波動(dòng)1.

周期性速度波動(dòng)

周期性速度波動(dòng)運(yùn)動(dòng)周期T調(diào)節(jié)方法：飛輪7

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)飛輪動(dòng)能變化:2.非周期性速度波動(dòng)調(diào)節(jié)方法：調(diào)速器7

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)用油油箱供油油箱供油發(fā)動(dòng)機(jī)用油離心式調(diào)速器的工作原理油箱供油進(jìn)油減少轉(zhuǎn)速降低開(kāi)口增大回油增加7

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)二、飛輪設(shè)計(jì)的近似方法1.機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的平均速度和不均勻系數(shù)7

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)7

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)平均角速度：T額定轉(zhuǎn)速已知主軸角速度：ω=ω(t)不容易求得，工程上常采用算術(shù)平均值：ωm＝(ωmax+ωmin)/2

對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速：

n＝60ωm/2π

rpmωmax－ωmin

表示了機(jī)器主軸速度波動(dòng)范圍的大小，稱為絕對(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樣的。ωφωmaxωmin定義：δ＝(ωmax－ωmin)/ωm

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。ωmax＝ωm(1+δ/2)可知，當(dāng)ωm一定時(shí)，δ愈小，則差值ωmax－ωmin也愈小，說(shuō)明機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)愈平穩(wěn)。ωmin＝ωm(1-δ/2)ω2max－ω2min＝2δω2m

由ωm＝(ωmax+ωmin)/2

以及上式可得：

7

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)飛輪設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題：

已知作用在主軸上的驅(qū)動(dòng)力矩和阻力矩的變化規(guī)律，在[δ]的范圍內(nèi)，確定安裝在主軸上的飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

JF

。飛輪調(diào)速原理:J≈JF

在主軸上加裝飛輪之后，總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可近似認(rèn)為：加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)的目的。為什么加裝飛輪之后就能減小速度的波動(dòng)呢？2.飛輪設(shè)計(jì)的基本原理7

機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)2.飛輪設(shè)計(jì)的的基本原理理7機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速速度波動(dòng)的的調(diào)節(jié)在位置b處，動(dòng)能和和角速度為為：Emin、ωminφMdMrabcdea'φEωφωmin

Emin機(jī)器總的動(dòng)動(dòng)能近似為為：E=Jω2/2而在位置c處為：Emax、ωmax在b-c區(qū)間處盈虧虧功和動(dòng)能能增量達(dá)到到最大值：：Amax＝△E＝Emax-Emin＝J(ω2max-ω2min)/2＝Jω2mδ得：J=Amax/ω2mδωmax

Emax稱Amax為最大盈虧虧功2.飛輪設(shè)計(jì)的的基本原理理當(dāng)Amax與m一定時(shí)，J與為等邊雙曲曲線的關(guān)系系。過(guò)分追求機(jī)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速速度的平穩(wěn)穩(wěn)性，將使使飛輪過(guò)于于笨重。2)當(dāng)J與m一定時(shí)，最大盈虧功功Amax與不均勻系系數(shù)成正比。即Amax越大，機(jī)械械運(yùn)轉(zhuǎn)速度度越不均勻勻。3)當(dāng)Amax與一定時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量J與其角速度度m的平方成反比。。即平均轉(zhuǎn)速速越高，所所需飛輪的的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量越小。7機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速速度波動(dòng)的的調(diào)節(jié)δJ?δ?J飛輪也可以以安裝在其其它軸上，，但必須保保證兩者所所具有的動(dòng)動(dòng)能相等，，即：得：若ω’m>ωm,則：J′<J飛輪調(diào)速的的實(shí)質(zhì)：起能量?jī)?chǔ)存存器的作用用。轉(zhuǎn)速增增高時(shí)，將將多于能量量轉(zhuǎn)化為飛飛輪的動(dòng)能能儲(chǔ)存起來(lái)來(lái)，限制增增速的幅度度；轉(zhuǎn)速降降低時(shí)，將將能量釋放放出來(lái)，阻阻止速度降降低。鍛壓機(jī)械在在一個(gè)運(yùn)動(dòng)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，，工作時(shí)間間短，但載載荷峰值大大，利用飛飛輪在非工工作時(shí)間內(nèi)內(nèi)儲(chǔ)存的能能量來(lái)克服服尖峰載荷荷，選用小小功率原動(dòng)動(dòng)機(jī)以降低低成本。應(yīng)用：幫助機(jī)械越越過(guò)死點(diǎn)，，如縫紉機(jī)機(jī)。7機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速速度波動(dòng)的的調(diào)節(jié)8回轉(zhuǎn)件的平平衡回轉(zhuǎn)件（或或轉(zhuǎn)子）-----繞定軸作回回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的的構(gòu)件。F=mrω2當(dāng)質(zhì)心離回回轉(zhuǎn)軸的距距離為r時(shí)，離心力力為：F=ma=Geω2/g舉例：已知圖示轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的重量量為G=10N，重心與回回轉(zhuǎn)軸線的的距離為1mm，轉(zhuǎn)速為n=3000rpm，求離心力F的大小。=10××10-3[2π×3000/60]2/9.8=100N如果轉(zhuǎn)速增增加一倍:n=6000rpmF=400N由此可知：：不平衡所產(chǎn)產(chǎn)生的慣性性力對(duì)機(jī)械械運(yùn)轉(zhuǎn)有很很大的影響響。大小方向變變化eN21N21N21ωωGGFFθ8回轉(zhuǎn)件的平平衡一、回轉(zhuǎn)件件平衡的目目的離心(慣性)力系的不平平衡，使離離心力系的的合力(主向量)、合力偶矩矩(主矩)不等于零。。導(dǎo)致：①機(jī)器和和構(gòu)件的振振動(dòng)，產(chǎn)生生噪音，使使零件易于于疲勞破壞，對(duì)對(duì)加工機(jī)械械還會(huì)影響響其工作質(zhì)質(zhì)量。②軸軸承所所受壓壓強(qiáng)激激烈增增大，，使運(yùn)運(yùn)動(dòng)副副的磨磨損加加劇并降低低機(jī)械械效率率。平衡的的目的的：研究慣慣性力力分布布及其其變化化規(guī)律律，并并采取取相應(yīng)應(yīng)的措措施對(duì)對(duì)慣性性力進(jìn)進(jìn)行平平衡，，從而而減小小或消消除所所產(chǎn)生生的附附加動(dòng)動(dòng)壓力力、減減輕振振動(dòng)、、改善善機(jī)械械的工工作性性能和和提高高使用用壽命命。二、回回轉(zhuǎn)件件的平平衡計(jì)計(jì)算1.質(zhì)量分分布在在同一一回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)面內(nèi)內(nèi)8回轉(zhuǎn)件件的平平衡適用范范圍：：軸向尺尺寸較較小的的盤(pán)形形轉(zhuǎn)子子(D/B≥5)，如風(fēng)風(fēng)扇葉輪輪、飛飛輪、、砂輪輪、齒齒輪、、凸輪輪等。。特點(diǎn)：：若重心心不在在回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸線線上，，則在在靜止止?fàn)顟B(tài)態(tài)下，，無(wú)論論其重重心初初始在在何位位置，，最終終都會(huì)會(huì)落在在軸線線的鉛鉛垂線線的下下方，，這種種不平平衡現(xiàn)現(xiàn)象在在靜止止?fàn)顟B(tài)態(tài)下就就能表表現(xiàn)出出來(lái)。。如自行行車輪輪BDωωω靜平衡衡:平衡后后回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件的的總質(zhì)質(zhì)心與與回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)中心心重合合，即即e=0。此時(shí)時(shí)，靜靜力矩矩Ge=mge=0，回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件在在任何何位置置保持持靜止止。平衡原原理：：在重心心的另另一側(cè)側(cè)加上上一定定的質(zhì)質(zhì)量，，或在在重心心同側(cè)側(cè)去掉掉一些些質(zhì)量量，使使質(zhì)心心位置置落在在回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸線線上，，而使使離心心慣性性力達(dá)達(dá)到平平衡。。8回轉(zhuǎn)件件的平平衡8回轉(zhuǎn)件件的平平衡如果該該力系系不平平衡，，那么么合力力:增加一一個(gè)重重物Gb后，可可使新新的力力系之之合力力：m1m2m3F3F1F2Fbω偏心設(shè)各偏偏心質(zhì)質(zhì)量分分別為為mi，偏心心距為為ri,轉(zhuǎn)子以以ω等速回回轉(zhuǎn)，，r2r1r3平衡計(jì)計(jì)算方方法：：同一平平面內(nèi)內(nèi)各重重物所所產(chǎn)生生的離離心慣慣性力力構(gòu)成成一個(gè)個(gè)平面面匯交交力系系：產(chǎn)生的的離心心慣性性力為為：mb8回轉(zhuǎn)件件的平平衡m1m2m3r2r1r3P3P1P2ω稱miri為質(zhì)徑徑積平衡配配重所所產(chǎn)生生的離離心慣慣性力力為：：總離心心慣性性力的的合力力為：：PbrbFb=mbω2rb？√√√√√√？√√√√√√可用圖圖解法法求解解此矢矢量方方程(選定比比例μw)。約掉公公因式式m3r3mbrbm2r2m1r1F

=Fb

+∑Fi=0mω2e=mbω2rb

+

m1ω2r1

+

m2ω2r2+m3ω2r3

=0

me=mbrb

+

m1r1

+

m2r2+m3r3

=0

mbme=mbrb+

m1r1+

m2r2+m3r3=0

很顯然然，回回轉(zhuǎn)件件平衡衡后：：e=0回轉(zhuǎn)件件質(zhì)量量對(duì)軸軸線產(chǎn)產(chǎn)生的的靜力力矩：：mge=0靜平衡衡或單單面平平衡該回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件在在任意意位置置將保保持靜靜止：：8回轉(zhuǎn)件件的平平衡靜平衡衡條件件:分布于于回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件上上各個(gè)個(gè)質(zhì)量量的離離心力力(或質(zhì)徑徑積)的向量量和等等于零零，即即回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件質(zhì)質(zhì)心與與回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸線線重合合。8回轉(zhuǎn)件件的平平衡T′

T″m1m2m問(wèn)題題:由于結(jié)結(jié)構(gòu)限限制，，所需需平衡衡的回回轉(zhuǎn)面面上不不能安安裝平平衡質(zhì)質(zhì)量來(lái)來(lái)使回回轉(zhuǎn)件件達(dá)到到平衡衡。解決決:另選兩兩個(gè)回回轉(zhuǎn)平平面分分別安安裝平平衡質(zhì)質(zhì)量使使回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件平平衡。。由理論論力學(xué)學(xué)可知知：一一個(gè)力力可以以分解解成兩兩個(gè)與與其平平行的的兩個(gè)個(gè)分力力。ll’l”FbF’bF”brbrb’rb″將

代入求解，得：消去公公因子子ω2，得：：8回轉(zhuǎn)件件的平平衡若?。海簉’b=r””b=rb，則有：：任一質(zhì)質(zhì)徑積積都可可用任任選的的兩個(gè)個(gè)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)平面面內(nèi)兩兩個(gè)質(zhì)質(zhì)徑積積代替替。若向徑徑不變變，任任一質(zhì)質(zhì)量都都可用用任選選的兩兩個(gè)回回轉(zhuǎn)平平面內(nèi)內(nèi)兩質(zhì)質(zhì)量代代替。。2.質(zhì)量分分布不不在同同一回回轉(zhuǎn)面面內(nèi)8回轉(zhuǎn)件件的平平衡ωLF1F2圖示凸凸輪軸軸的偏偏心質(zhì)質(zhì)量不不在同同一回回轉(zhuǎn)平平面內(nèi)內(nèi)，但但質(zhì)心心在回回轉(zhuǎn)軸軸上，，在任任意靜靜止位位置，，都處處于平平衡狀狀態(tài)。。慣性力力偶矩矩：運(yùn)動(dòng)時(shí)有：F1+F2=0

M=F1L=F1L≠0這種在在靜止止?fàn)顟B(tài)態(tài)下處處于平平衡，，而運(yùn)運(yùn)動(dòng)狀狀態(tài)下下呈現(xiàn)現(xiàn)不平平衡，稱稱為動(dòng)不平平衡。對(duì)此此類轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的的平衡衡，稱稱為動(dòng)平衡衡。適用對(duì)對(duì)象：：軸向尺尺寸較較大(D/B≤5)的轉(zhuǎn)子子，如如內(nèi)燃燃機(jī)中中的曲曲軸和和凸輪輪軸、、電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)子子、機(jī)機(jī)床主主軸等等都必必須按按動(dòng)平平衡來(lái)來(lái)處理理。動(dòng)平衡衡的計(jì)計(jì)算（（看課課本））結(jié)論：：對(duì)于動(dòng)動(dòng)不平平衡的的轉(zhuǎn)子子，無(wú)無(wú)論其其具有有多少少個(gè)偏偏心質(zhì)質(zhì)量以以及分分布在在多少少個(gè)回回轉(zhuǎn)平平面內(nèi)內(nèi)，都都只要要在選選定的的平衡衡基面面內(nèi)加加上或或去掉掉平衡衡質(zhì)量量，即即可獲獲得完完全平平衡。。故動(dòng)動(dòng)平衡衡又稱稱為雙雙面平平衡。。8回轉(zhuǎn)件件的平平衡三、回回轉(zhuǎn)件件的平平衡試試驗(yàn)1.靜平衡衡試驗(yàn)驗(yàn)法導(dǎo)軌式式靜平平衡架架：8回轉(zhuǎn)件件的平平衡特點(diǎn)：：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)簡(jiǎn)單、、精度度高，，但兩兩刀口口平行行、調(diào)調(diào)整困困難，，且要要求兩兩軸端端直徑徑相同同。一一般要要經(jīng)過(guò)過(guò)多次次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)才能能找準(zhǔn)準(zhǔn)，工工作效效率低低，不不適合合批量量生產(chǎn)產(chǎn)。導(dǎo)軌式靜平衡架OOQSQS導(dǎo)軌式靜平衡架QSOOQS導(dǎo)軌式靜平衡架QSOOQS導(dǎo)軌式靜平衡架QSOOQS導(dǎo)軌式靜平衡架QSOOQS圓盤(pán)式式靜平平衡架架：8回轉(zhuǎn)件件的平平衡特點(diǎn)：：1、待平衡衡回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件的的軸放放置在在分別別由兩兩個(gè)圓圓盤(pán)組組成的的支承承上，，圓盤(pán)盤(pán)可繞繞其幾幾何軸軸線轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；；2、平衡架架一端端支承承高度度可調(diào)調(diào)，以以平衡衡兩端端軸徑徑不等等的回回轉(zhuǎn)件件；3、圓盤(pán)中中心滾滾動(dòng)軸軸承易易弄臟臟，致致摩擦擦阻力力矩大大，故故精度度低于于導(dǎo)軌軌式平平衡架架。2.動(dòng)平衡衡試驗(yàn)驗(yàn)法8回轉(zhuǎn)件件的平平衡m’r’T’T”12345根據(jù)強(qiáng)強(qiáng)迫振振動(dòng)理理論有有：