机械的调速与平衡

1、机械设计基础机械设计基础5-5-1 12005.102005.10 5-1 机械速度波动的调节 5-2 机械的平衡基本要求基本要求: : 了解机械功、能和原动件运动速度的特点了解机械功、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掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法机械设计基础机械设计基础5-5-2 22005.102005.10一、作用在机械上的力二、机械运转过程三、速度波动的分类四

2、、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机械设计基础机械设计基础5-5-3 32005.102005.10一、作用在机械上的力一、作用在机械上的力外力：外力：重力、摩擦力、重力、摩擦力、驱动力、工作阻力驱动力、工作阻力v工作阻力：工作阻力：机械工作时需克服的生产阻力机械工作时需克服的生产阻力v驱动力：驱动力：驱动原动件运动的力驱动原动件运动的力v机器动能方程式：机器动能方程式： W = Wd (Wr+Wf)=Wd-Wc = E2 E1= E 外力功外力功 = 驱动功驱动功 阻力功阻力功 = 系统动能的增量系统动能的增量v盈功：盈功：驱动力作的功驱动力作的功大于大于阻

3、力作的功阻力作的功v亏功：亏功：驱动力作的功驱动力作的功小于小于阻力作的功阻力作的功机械设计基础机械的调速和平衡机械设计基础机械设计基础5-5-4 42005.102005.10二、机械系统运转过程（功、能转换）二、机械系统运转过程（功、能转换）1 起动阶段起动阶段(0 m) 特点特点：WdWr = m2 稳定运转阶段稳定运转阶段( m) 特点特点：Wd=Wr = mv匀速稳定运转匀速稳定运转: m =Cv变速稳定运转：周期性的速度变速稳定运转：周期性的速度波动波动, m Cv非周期性波动非周期性波动: m C3 停车阶段停车阶段( m 0)特点特点： Wd Mr 时时外力对系统作正功，外力对

4、系统作正功，(盈功盈功)动动能能 ，速度，速度 MdG, F 惯性力的方向随构件的转动而作周期性变化惯性力的方向随构件的转动而作周期性变化eF 机械设计基础机械的调速和平衡机械设计基础机械设计基础5-5-18182005.102005.102 机械平衡的目的机械平衡的目的v减少或消除惯性力减少或消除惯性力机械设计基础机械的调速和平衡机械设计基础机械设计基础5-5-19192005.102005.103 机械平衡的分类机械平衡的分类v回转构件的静平衡回转构件的静平衡对长径比对长径比1/5的构件，作单面的构件，作单面平衡平衡v回转构件的动平衡回转构件的动平衡对长径比对长径比1/5的构件，作双面的构

5、件，作双面平衡平衡m3m1m2FI1FI2FI3mFI机械设计基础机械的调速和平衡机械设计基础机械设计基础5-5-20202005.102005.104 机械平衡的方法机械平衡的方法(1) (1) 平衡设计平衡设计v设计阶段从结构上采取措施，进行平衡设计设计阶段从结构上采取措施，进行平衡设计(2) (2) 平衡试验平衡试验v通过试验的方法加以平衡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机械设计基础机械设计基础5-5-21212005.102005.10二、回转构件的平衡计算二、回转构件的平衡计算条件：条件：b / /D 1/5, 1/5, 所有惯性力可认所有惯性力可认为在同一个平面上

6、为在同一个平面上惯性力为平面汇交力系：惯性力为平面汇交力系： m1m2m3m4F2F3F1F4r1r2r3r4mbrb2 iiirmF 其合力其合力 0iFF平衡方法：平衡方法：在合力在合力F的反向加的反向加mb, 使使FFb 平衡：平衡：去重或配重去重或配重0 biFFF则则Fb机械设计基础机械的调速和平衡02244233222211bbrmrmrmrmrm0bbemem机械设计基础机械设计基础5-5-22222005.102005.10静平衡结论静平衡结论:v产生静不平衡的原因是惯性合力不产生静不平衡的原因是惯性合力不为零为零v 静平衡的条件：静平衡的条件：分布于转子上的各分布于转子上的各

7、个偏心质量的离心个偏心质量的离心惯性力的合力为惯性力的合力为零零，或质径积的向量和为零，或质径积的向量和为零v 对于静不平衡的刚性转子，无论它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（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，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需加平衡质量的最少数目为1，故动故动平衡又称单面平衡平衡又称单面平衡F2F3F1F4m1r1m2r2m3r3m4r4mbrbFb W1WbW4W3abW2机械设计基础机械的调速和平衡机械设计基础机械设计基础5-5-232

8、32005.102005.10三、回转构件的的动平衡计算三、回转构件的的动平衡计算v条件：条件：b / /D 1/5 1/5，不能认为质量分布在同一平面，不能认为质量分布在同一平面v实例：实例：电动机的转子、汽轮机的转子、多缸内燃机曲轴电动机的转子、汽轮机的转子、多缸内燃机曲轴m3m1m2FFcm m不能认为质量分布在同一平面不能认为质量分布在同一平面静平衡而动不平衡静平衡而动不平衡机械设计基础机械的调速和平衡机械设计基础机械设计基础5-5-24242005.102005.10动平衡设计动平衡设计v动平衡条件动平衡条件v将所有质量向另外两个平面投将所有质量向另外两个平面投影影(等效替换等效替换

9、), 最后在两个平最后在两个平面内加上平衡质量使之静平衡面内加上平衡质量使之静平衡m1m2F1F2 0M 0Fm1, r1F1F1m1, r1m2,r2F2m2, r2F21 111llmm 111 1llmm 2 222llmm 222 2llmm 0bbiirmrm平面平面1 0 bbiirmrm平面平面2机械设计基础机械的调速和平衡机械设计基础机械设计基础5-5-25252005.102005.10动平衡结论动平衡结论v产生动不平衡的原因是合惯性力、合惯性力偶矩均不为零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）（特殊情况下，合惯性

10、力为零，而合惯性力偶矩不为零）v 动平衡的条件：动平衡的条件：转子上各个质量所产生的空间转子上各个质量所产生的空间惯性力系的惯性力系的合力及合力偶均为零合力及合力偶均为零v对于动不平衡的刚性转子，只要分别在选定的两个平面内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到动平衡，所需加的平衡质量的最少数量为2。故动平衡又。故动平衡又称双面平衡称双面平衡v由于动平衡同时满足静平衡的条件，故经过动平衡的转子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

11、静平衡；反之，经过静平衡的转子不一定是动平衡的一定静平衡；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机械设计基础机械设计基础5-5-26262005.102005.10三、刚性转子的平衡实验三、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机械设计基础机械设计基础5-5-27272005.102005.10随遇平衡随遇平衡1 静平衡实验静平衡实验v刀刀 口口 式式 静静 平平 衡衡 架架v动画演示动画演示机械设计基础机械的调速和平衡机械设计基础机械设计基础5-5-28282005.102005.102 动平衡实验动平衡实验1. 电机电