第15章機(jī)械的平衡和調(diào)速

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

第15章機(jī)械的平衡和調(diào)速機(jī)械平衡目的1、機(jī)械平衡的目的機(jī)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(jī)械的平衡是現(xiàn)代機(jī)械的一一個(gè)重要問(wèn)題。對(duì)于高速、高精密機(jī)械尤為重要;但有一些機(jī)械卻是利用構(gòu)件產(chǎn)生的不平衡慣性力所引起的振動(dòng)來(lái)工作。對(duì)于此類機(jī)械則是如何合理利用不平衡慣性力的問(wèn)題。機(jī)械平衡內(nèi)容2、機(jī)械平衡的內(nèi)容機(jī)構(gòu)的平衡作往復(fù)移動(dòng)或平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，其所產(chǎn)生的慣性力無(wú)法在該構(gòu)件上平衡，而必須就整個(gè)機(jī)構(gòu)加以平衡。即設(shè)法使各運(yùn)動(dòng)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(wèn)題為機(jī)構(gòu)的平衡或機(jī)械在機(jī)座上的平衡。導(dǎo)軌式靜平衡架剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡試驗(yàn)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(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)及調(diào)節(jié)15.3機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)

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

機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)盈虧功時(shí)，機(jī)械的動(dòng)能就會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生波動(dòng)。這種波動(dòng)會(huì)使運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生附加動(dòng)壓力，降低機(jī)械效率和工作可靠性；會(huì)影響機(jī)械振動(dòng)，影響零件的強(qiáng)度和壽命；還會(huì)降低機(jī)械的精度和工藝性能，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。因此必須對(duì)機(jī)械速度波動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使上述不良影響限制在容許范圍之內(nèi)。機(jī)械速度波動(dòng)可以分為周期性速度波動(dòng)和非周期性速度波動(dòng)。TT

m啟動(dòng)停車穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)t

min

max15.3.1.周期性速度波動(dòng)

周期性速度波動(dòng)是由于機(jī)械動(dòng)能增減呈周期性變化，造成機(jī)械主軸角速度

隨之作周期性的波動(dòng)

主軸角速度

從某一數(shù)值變回到原值所經(jīng)歷的時(shí)間為一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期T。

在整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中，驅(qū)動(dòng)力所作的功與阻力所作的功是相等的，但在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中的任意瞬時(shí)卻不一定相等。運(yùn)動(dòng)周期T通常對(duì)應(yīng)于機(jī)械主軸回轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)(如沖床)、兩轉(zhuǎn)(如四沖程內(nèi)燃機(jī))或數(shù)轉(zhuǎn)(如軋鋼機(jī))的時(shí)間。t

TT

m啟動(dòng)停車穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)

min

max

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

TT

m啟動(dòng)停車穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)

min

max

15.3.2飛輪設(shè)計(jì)的基本概念

飛輪設(shè)計(jì)的基本問(wèn)題是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，要求在機(jī)械運(yùn)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(dòng)慣量。

一般機(jī)械中，飛輪常裝在機(jī)械的高速軸上，機(jī)械中其它運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的動(dòng)能比飛輪的動(dòng)能小很多，可以近似認(rèn)為飛輪的動(dòng)能就等于整個(gè)機(jī)械所具有的動(dòng)能。這樣，飛輪動(dòng)能的最大變化量Emax應(yīng)等于機(jī)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(dòng)慣量為

結(jié)論

●當(dāng)Wmax和

一定時(shí)，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(jī)械中轉(zhuǎn)速較高的軸上。

●當(dāng)J與n一定時(shí)，最大盈虧功Wmax與機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)

成正比，即機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度愈不均勻，Wmax愈大。

●當(dāng)n與Wmax一定時(shí)，J與機(jī)械運(yùn)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(jī)械轉(zhuǎn)速愈接近于勻速。而當(dāng)

較小時(shí)，再略減

，則J將增大很多。因此過(guò)分追求機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的均勻性，會(huì)使飛輪笨重，成本增加。此外，不可能靠加大飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度絕對(duì)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(jī)械系統(tǒng)等效動(dòng)力學(xué)模型以確定機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)