第17章 機器動力學初步

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

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

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，該性質稱為機器的自調性。自調性的條件：機器周期性速度波動的調節(jié)

思路：設將機器的轉動慣量和質量都等效到主軸上，并把主軸轉動慣量近似看為常數，則機器的動能最大時，對應著機器主軸的轉速最高；機器的動能最小時，對應著轉速最低。即：§17-2飛輪設計的近似方法一、機械運轉不均勻系數平均角速度機械運轉不均勻系數δ越小主軸越接近勻速機械運轉不均勻系數部分機械的許用運轉不均勻系數機器名稱不均勻系數機器名稱不均勻系數石料破碎機造紙機、織布機農業(yè)機械壓縮機沖床、剪床、鍛床紡紗機軋鋼機內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)電機機械運轉不均勻系數

機器的運轉不均勻系數的大小反映了機器運轉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動力矩和阻力矩的變化規(guī)律，要求在機械運轉速度不均勻系數δ許可范圍內，確定安裝在主軸上的飛輪的轉動慣量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，重量小；二、飛輪設計的基本原理當機器出現盈功，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、飛輪的結構圓盤狀飛輪

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

轉動慣量可近似的認為是飛輪輪緣部分的轉動慣量。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。

機器中回轉件的質量中心與回轉中心不重合，在運轉時，也將引起慣性力的變化，影響機器的工作性能。§17-3剛性回轉件的平衡二、剛性回轉件靜平衡的計算

轉子的直徑d與厚度b之比大于5,則可視其質量分布在同一平面上。

可近似為盤形零件。為使回轉件平衡：二、剛性回轉件靜平衡的計算

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

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、剛性回轉件動平衡的計算

如轉子上有i個不平衡質量，上式可寫為：三、剛性回轉件動平衡的計算

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

三、剛性回轉件動平衡的計算

對于任何動不平衡的剛性轉子，無論具有多少個偏心質量，以及分布于多少個回轉平面內，都可以在任選的兩個平衡基面分別加上或減去一個適當的配重，使轉子得到完全的平衡。故動平衡又稱為雙面平衡。總結：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，只有當轉子較薄時，進行了靜平衡的轉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子轉動時才能表現出來，因此，動平衡和靜平衡在試驗方法上是不同的。剛性回轉件的平衡四、平衡試驗

1.靜平衡試驗法轉子靜不平衡時，質量中心與轉動中心不重合。靜平衡后，轉子在任意位子隨意平衡（可連續(xù)轉動）。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，測量轉子轉動時本身或支架的振幅和相位測定轉子在平衡基面上的不平衡質量的大小和方位的。五、轉子的平衡精度

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

各種類型剛性回轉件的平衡精度精度等級①典型轉子舉例A40004000剛性安裝的具有奇數個汽缸的低速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)動機整機剛性回轉件的平衡精度

各種類型剛性回轉件的平衡精度精度等級①典型轉子舉例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件的平衡精度

各種類型剛性回轉件的平衡精度精度等級①典型轉子舉例A6.3A6.3作業(yè)機械的回轉零件；船用主汽輪機的齒輪；風扇；航空燃氣輪機轉子部件；泵的葉輪；離心機鼓輪；機床及一般機械的回轉零部件；普通電機轉子；特殊要求的發(fā)動機回轉零部件A2.52.5燃汽輪機和汽輪機的轉子部件；剛性汽輪發(fā)電機的轉子；透平壓縮機轉子；機床主軸和驅動部件；特殊要求的大型和中型電機轉子；小型電機轉子；透平驅動泵剛性回轉件的平衡精度

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