单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第5章 机械的调速和平衡,5-1,机械速度波动的调节,5-2,机械的平衡,基本要求:,了解机械功、能和原动件运动速度的特点,掌握飞轮调速原理及飞轮设计的基本方法,了解非周期性速度波动的基本概念和方法,了解机械平衡的目的及分类,掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法,机械设计基础机械的调速和平衡,5,-1 机械速度波动的调节,一、,作用在机械上的力,二、,机械运转过程,三、,速度波动的分类,四、,周期性速度波动的衡量指标,五、,飞轮的设计,机械设计基础机械的调速和平衡,一、作用在机械上的力,外力：,重力、摩擦力、,驱动力、工作阻力,工作阻力：,机械工作时需克服的生产阻力,驱动力：,驱动原动件运动的力,机器动能方程式：,W=W,d,(W,r,+W,f,)=W,d,-W,c,=,E,2,E,1,=,E,外力功=驱动功 阻力功=系统动能的增量,盈功：,驱动力作的功,大于,阻力作的功,亏功：,驱动力作的功,小于,阻力作的功,机械设计基础机械的调速和平衡,三、速度波动的分类,稳定运转阶段的速度变化：,匀速的、周期性波动、非周期性波动,影响：,速度波动,动压力,振动，噪音,工作质量降低,分类：,1,周期性速度波动及其调节,2,非周期性速度波动及其调节,机械设计基础机械的调速和平衡,1 周期性速度波动及其调节,特点:,(1),在一个周期T内:,W,d,-W,c,=,E,=0,(2)机器的位置、速度、加速度和受力等呈周期性的变化,机械设计基础机械的调速和平衡,调节方法：,飞轮,转动惯量很大的回转构件,(能量储存器),飞轮作用：,调速,飞轮调速原理：,W,d,W,r,盈功,动能,飞轮储存能量，使 ；,W,d,W,r,亏功,动能,飞轮释放能量，使 ；,J,越大，调速作用越好,瞬时过载时，利用飞轮释放的能量克服，减小原动机功率,j(,T),j(,T),2 非周期性速度波动及其调节,特点:,工作阻力或驱动力发生突变发生“停车”或“飞车”,W,d,W,r,盈功,动能,“飞车“,W,d,W,r,亏功,动能,“闷车“,机械设计基础机械的调速和平衡,调节方法：,自调节,原动机的驱动力矩是速度的函数，且具有下降的趋势时,调速器,调节驱动力,w,调速器工作原理图,油箱供油,发动机燃烧室,机械设计基础机械的调速和平衡,燃气蜗轮发动机中采用的离心式调速器,四、周期性速度波动的衡量指标,1.绝对不均匀度,许用不均匀系数,见p51表5-1,得,3.速度不均匀系数(相对不均匀度）,2.平均角速度,机械设计基础机械的调速和平衡,m,j(,T),j(,T),min,max,五、飞轮的设计,1,飞轮设计的基本原理,2,最大盈亏功,A,max,的确定,3,飞轮主要尺寸的确定,机械设计基础机械的调速和平衡,关键：根据,w,m,、确定飞轮的J,F,.,最大盈亏功A,max,与动能的增量的关系：,J,F,分析,：,(1)A,max,、,m,=const.J,F,-成反比,-,不宜选取过小的,-不能完全消除系统周期性速度波动,(2)J,F,、,m,=const.,A,max,-成正比,-,A,max,愈大,机器速度波动愈严重,(3)A,max,、=const.J,F,-,2,m,成反比,-为减少,J,F,飞轮宜安装在转速较高的轴上,机械设计基础机械的调速和平衡,1,飞轮设计的基本原理,d,设 在T内，M,d,与M,r,变化规律如图示，J,e,为常数,当 M,d,M,r,时外力对系统作正功，(盈功)动能，速度,M,d,G,F,惯性力的方向随构件的转动而作周期性变化,e,F,w,机械设计基础机械的调速和平衡,2 机械平衡的目的,减少或消除惯性力,机械设计基础机械的调速和平衡,3 机械平衡的分类,回转构件的静平衡,对长径比1/5的构件，作单面平衡,回转构件的动平衡,对长径比1/5的构件，作双面平衡,m,3,m,1,m,2,F,I1,F,I2,F,I3,m,F,I,机械设计基础机械的调速和平衡,4 机械平衡的方法,(1)平衡设计,设计阶段从结构上采取措施，进行平衡设计,(2)平衡试验,通过试验的方法加以平衡,机械设计基础机械的调速和平衡,二、回转构件,的平衡计算,条件：,b,/,D,1/5,所有惯性力可认为在同一个平面上,惯性力为平面汇交力系：,m,1,m,2,m,3,m,4,F,2,F,3,F,1,F,F,4,r,1,r,2,r,3,r,4,m,b,r,b,其合力,平衡方法：,在合力F的反向加m,b,使,平衡：,去重或配重,则,F,b,机械设计基础机械的调速和平衡,静平衡结论:,产生静不平衡的原因是惯性合力不为零,静平衡的条件：,分布于转子上的各个偏心质量的离心,惯性力的合力为零,，或质径积的向量和为零,对于静不平衡的刚性转子，无论它有多少个偏心质量，只要适当增加（或减小）一个平衡质量，就能使其获得平衡。即对静不平衡的转子，需加平衡质量的最少数目为1，,故动平衡又称单面平衡,F,2,F,3,F,1,F,F,4,m,1,r,1,m,2,r,2,m,3,r,3,m,4,r,4,m,b,r,b,F,b,W,1,W,b,W,4,W,3,a,b,W,2,机械设计基础机械的调速和平衡,三、回转构件,的的动平衡计算,条件：,b,/,D,1/5，不能认为质量分布在同一平面,实例：,电动机的转子、汽轮机的转子、多缸内燃机曲轴,m,3,m,1,m,2,F,F,c,m,m,不能认为质量分布在同一平面,静平衡而动不平衡,机械设计基础机械的调速和平衡,动平衡设计,动平衡条件,将所有质量向另外两个平面投影(等效替换),最后在两个平面内加上平衡质量使之静平衡,m,1,m,2,F,1,F,2,m,1,r,1,F,1,F,1,m,1,r,1,m,2,r,2,F,2,m,2,r,2,F,2,平面1,平面2,机械设计基础机械的调速和平衡,动平衡结论,产生动不平衡的原因是合惯性力、合惯性力偶矩均不为零（特殊情况下，合惯性力为零，而合惯性力偶矩不为零）,动平衡的条件：,转子上各个质量所产生的空间,惯性力系的合力及合力偶均为零,对于动不平衡的刚性转子，只要分别在选定的两个平面内各加适当的平衡质量，就能达到完全平衡。即要使转子达到动平衡，所需加的平衡质量的最少数量为2。故动平衡又称双面平衡,由于动平衡同时满足静平衡的条件，故经过动平衡的转子一定静平衡；反之，经过静平衡的转子不一定是动平衡的,机械设计基础机械的调速和平衡,三、刚性转子的平衡实验,一、,静平衡实验,常用静平衡架来平衡回转构件,二、,动平衡实验,对平衡要求较高的高速回转构件，需在动平衡机上作动平衡实验,机械设计基础机械的调速和平衡,随遇平衡,1 静平衡实验,刀口式静平衡架,动画演示1,、,动画演示2,机械设计基础机械的调速和平衡,2 动平衡实验,1.电机,2.带传动,3.万向联轴节,4.试件,5-6.传感器,7.解算电路,8.选频放大器,9.仪表,10.整形放大器,11.鉴相器,12.光电头,13.整形放大器,14.相位标记,15.相位表,1,3,4,5,6,7,8,9,10,15,11,13,12,14,2,机械设计基础机械的调速和平衡,