第15章機械的平衡和調(diào)速

第六章機械動力學(xué)第15章機械的平衡和調(diào)速15.1機械平衡概述

第15章機械的平衡和調(diào)速機械平衡目的1、機械平衡的目的機械平衡的目的就是設(shè)法將構(gòu)件的不平衡慣性力加以平衡，以消除或減小慣性力的不良影響。機械的平衡是現(xiàn)代機械的一一個重要問題。對于高速、高精密機械尤為重要;但有一些機械卻是利用構(gòu)件產(chǎn)生的不平衡慣性力所引起的振動來工作。對于此類機械則是如何合理利用不平衡慣性力的問題。機械平衡內(nèi)容2、機械平衡的內(nèi)容機構(gòu)的平衡作往復(fù)移動或平面復(fù)合運動的構(gòu)件，其所產(chǎn)生的慣性力無法在該構(gòu)件上平衡，而必須就整個機構(gòu)加以平衡。即設(shè)法使各運動構(gòu)件慣性力的合力和合力偶得到完全地或部分地平衡，以消除或降低其不良影響。這類平衡問題為機構(gòu)的平衡或機械在機座上的平衡。導(dǎo)軌式靜平衡架剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡試驗OOQSQSQSOOQSQSOOQSQSOOQSQSOOQS導(dǎo)軌式靜平衡架QQQ滾子式平衡架QQ單擺式平衡架第三節(jié)機械運轉(zhuǎn)速度波動及調(diào)節(jié)15.3機械速度波動的調(diào)節(jié)

機械在外力(驅(qū)動力和各種阻力)作用下運轉(zhuǎn)時，若每一瞬時驅(qū)動力所作驅(qū)動功Wd與各種阻力所作的阻抗功Wr相等，機械就能保持勻速運轉(zhuǎn)。多數(shù)機械在工作時，并不能保證任一瞬時驅(qū)動功Wd與阻抗功Wr總是相等。當Wd>Wr時，驅(qū)動力作功有盈余，出現(xiàn)盈功。盈功轉(zhuǎn)化為動能，促使機械動能增加，機械轉(zhuǎn)速加快。當Wd<Wr時，驅(qū)動力作功不足，出現(xiàn)虧功。虧功需動能補償，導(dǎo)致機械動能減小，機械轉(zhuǎn)速減慢。盈功和虧功統(tǒng)稱為盈虧功。第三節(jié)機械運轉(zhuǎn)速度波動及調(diào)節(jié)

機械在運轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)盈虧功時，機械的動能就會發(fā)生變化，導(dǎo)致機械運轉(zhuǎn)速度發(fā)生波動。這種波動會使運動副中產(chǎn)生附加動壓力，降低機械效率和工作可靠性；會影響機械振動，影響零件的強度和壽命；還會降低機械的精度和工藝性能，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。因此必須對機械速度波動進行調(diào)節(jié)，使上述不良影響限制在容許范圍之內(nèi)。機械速度波動可以分為周期性速度波動和非周期性速度波動。TT

m啟動停車穩(wěn)定運轉(zhuǎn)t

min

max15.3.1.周期性速度波動

周期性速度波動是由于機械動能增減呈周期性變化，造成機械主軸角速度

隨之作周期性的波動

主軸角速度

從某一數(shù)值變回到原值所經(jīng)歷的時間為一個運動周期T。

在整個運動周期中，驅(qū)動力所作的功與阻力所作的功是相等的，但在一個運動周期中的任意瞬時卻不一定相等。運動周期T通常對應(yīng)于機械主軸回轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)(如沖床)、兩轉(zhuǎn)(如四沖程內(nèi)燃機)或數(shù)轉(zhuǎn)(如軋鋼機)的時間。t

TT

m啟動停車穩(wěn)定運轉(zhuǎn)

min

max

調(diào)節(jié)周期性速度波動的常用方法是在機械的轉(zhuǎn)動構(gòu)件上加一個轉(zhuǎn)動慣量很大的回轉(zhuǎn)件–––飛輪。當Wd>Wr時，飛輪速度略有增加，就可將多余能量儲存起來；當Wd<Wr時，飛輪速度有減小，便可將能量釋放出來，從而抑制了速度波動的幅度。t

TT

m啟動停車穩(wěn)定運轉(zhuǎn)

min

max

15.3.2飛輪設(shè)計的基本概念

飛輪設(shè)計的基本問題是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)

的許用范圍內(nèi)，確定安裝在主軸上的飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。

一般機械中，飛輪常裝在機械的高速軸上，機械中其它運動構(gòu)件的動能比飛輪的動能小很多，可以近似認為飛輪的動能就等于整個機械所具有的動能。這樣，飛輪動能的最大變化量Emax應(yīng)等于機械最大盈虧功Wmax

。

又設(shè)飛輪的轉(zhuǎn)速為n，即

n/30，得到飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為

結(jié)論

●當Wmax和

一定時，J與其轉(zhuǎn)速n的平方成反比。為了減小飛輪尺寸，飛輪一般裝在機械中轉(zhuǎn)速較高的軸上。

●當J與n一定時，最大盈虧功Wmax與機械運轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)

成正比，即機械運轉(zhuǎn)速度愈不均勻，Wmax愈大。

●當n與Wmax一定時，J與機械運轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)

之間的關(guān)系為一等邊雙曲線。J愈大，

就愈小，機械轉(zhuǎn)速愈接近于勻速。而當

較小時，再略減

，則J將增大很多。因此過分追求機械運轉(zhuǎn)速度的均勻性，會使飛輪笨重，成本增加。此外，不可能靠加大飛輪轉(zhuǎn)動慣量J使機械運轉(zhuǎn)速度絕對均勻(

0)。飛輪結(jié)構(gòu)輻板式飛輪輪輻式飛輪孔板式飛輪離心式調(diào)速器基本要求●掌握建立單自由度機械系統(tǒng)等效動力學(xué)模型以確定機械的真實運動