第17章 机器动力学初步

第17章机器动力学初步§17-1机器运转速度波动的调节一、机器运转速度波动产生的原因亏功：在机器某段工作时间内，输入功小于输出功时为亏功。盈功：在机器某段工作时间内，输入功大于输出功时为盈功。机械运转速度的波动：机械能增减造成机械运转速度的波动。二、机械运转速度波动类型类型：周期性速度波动和非周期性速度波动。运转过程起动稳定运转停车非周期性速度波动周期性速度波动三、机械运转速度波动调节周期性速度波动非周期性速度波动飞轮调速器四、作用在机器上的力

作用力：驱动力和阻力等效驱动力矩和等效阻抗力矩均为机构位置的函数。周期性变速稳定运转过程中在一个运转周期内，等效驱动力矩所作的功等于等效阻抗力矩作的功。机器的自调性

当外载荷发生变化时，机器的主轴能够在新的速度下重新稳定运转，该性质称为机器的自调性。自调性的条件：机器周期性速度波动的调节

思路：设将机器的转动惯量和质量都等效到主轴上，并把主轴转动惯量近似看为常数，则机器的动能最大时，对应着机器主轴的转速最高；机器的动能最小时，对应着转速最低。即：§17-2飞轮设计的近似方法一、机械运转不均匀系数平均角速度机械运转不均匀系数δ越小主轴越接近匀速机械运转不均匀系数部分机械的许用运转不均匀系数机器名称不均匀系数机器名称不均匀系数石料破碎机造纸机、织布机农业机械压缩机冲床、剪床、锻床纺纱机轧钢机内燃机金属切削机床直流发电机汽车、拖拉机交流发电机水泵、鼓风机汽轮发电机机械运转不均匀系数

机器的运转不均匀系数的大小反映了机器运转过程中的速度波动的大小，是飞轮设计的重要指标。二、飞轮设计的基本原理１．飞轮设计的基本问题：

已知作用在主轴上的驱动力矩和阻力矩的变化规律，要求在机械运转速度不均匀系数δ许可范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量Ｊ。最大盈亏功公式的讨论：①J增大，速度波动减小，但不能为0；②飞轮安装在高速轴上时，重量小；二、飞轮设计的基本原理当机器出现盈功，飞轮角速度随之增大，动能变化量减小，吸收能量。当机器出现亏功，飞轮角速度随之减小，动能变化量减小，放出能量。

２．为什么飞轮能调速？二、飞轮设计的基本原理飞轮动能变化所以：飞轮是一个储能器。假设：飞轮转动惯量很大，飞轮的动能就是整个机器的动能。三、盈亏功的计算盈功亏功四、飞轮的结构圆盘状飞轮

腹板状飞轮1.圆盘状飞轮的尺寸称 为飞轮矩。

飞轮的材料密度选2.腹板状飞轮尺寸的计算

转动惯量可近似的认为是飞轮轮缘部分的转动惯量。厚度为ｈ的轮缘部分是圆环。2.腹板状飞轮尺寸的计算由于hd，上式可近似地写为：b/h

m飞轮宽度b和轮缘厚度h

一、回转件平衡的目的

机器的速度波动，将引起惯性力，从而引起附加动载荷，使机器的工作性能下降。

机器中回转件的质量中心与回转中心不重合，在运转时，也将引起惯性力的变化，影响机器的工作性能。§17-3刚性回转件的平衡二、刚性回转件静平衡的计算

转子的直径d与厚度b之比大于5,则可视其质量分布在同一平面上。

可近似为盘形零件。为使回转件平衡：二、刚性回转件静平衡的计算

刚性转子的静平衡设计对静不平衡的转子进行静平衡设计，不论转子上有多少个不平衡质量，都只需要在同一个平衡面内增加或去除一个平衡质量即可获得平衡，故转子的静平衡设计又称作单面平衡。总结：三、刚性回转件动平衡的计算

由理论力学可知，每个力可以分解为与其相平行的两个分力，故可以把惯性力F1平行分解到两个选定的平衡基面I、II，可有下式：按单面平衡原理,I面的平衡方程如下：三、刚性回转件动平衡的计算

如转子上有i个不平衡质量，上式可写为：三、刚性回转件动平衡的计算

解该方程，可求出I面应加的配重质量。同理，II面的平衡方程如下：三、刚性回转件动平衡的计算

三、刚性回转件动平衡的计算

对于任何动不平衡的刚性转子，无论具有多少个偏心质量，以及分布于多少个回转平面内，都可以在任选的两个平衡基面分别加上或减去一个适当的配重，使转子得到完全的平衡。故动平衡又称为双面平衡。总结：从上面分析可知：2、动平衡需要取两个平衡面，静平衡只要一个平衡面即可；1.静平衡只平衡惯性力，动平衡不仅平衡惯性力，而且平衡惯性力矩，只有当转子较薄时，进行了静平衡的转子才能近似的认为是动平衡的；3.惯性力矩的不平衡只有在转子转动时才能表现出来，因此，动平衡和静平衡在试验方法上是不同的。刚性回转件的平衡四、平衡试验

1.静平衡试验法转子静不平衡时，质量中心与转动中心不重合。静平衡后，转子在任意位子随意平衡（可连续转动）。贴橡皮泥法2.动平衡试验法四、平衡试验

原理：通过在专门的动平衡设备上，测量转子转动时本身或支架的振幅和相位测定转子在平衡基面上的不平衡质量的大小和方位的。五、转子的平衡精度

按照测不准原理，转子要完全平衡是不可能的，实际上，每一种转子，只要达到一定的平衡精度即可满足要求。生产中，常用质径积mr与偏心距e表示转子的不平衡量。定义平衡精度:

各种类型刚性回转件的平衡精度精度等级①典型转子举例A40004000刚性安装的具有奇数个汽缸的低速②船用柴油机曲轴传动装置③。A16001600刚性安装的大型两冲程发动机曲轴传动装置A630630刚性安装的大型四冲程发动机曲轴传动装置；弹性安装的船用柴油机曲轴传动装置A250250刚性安装的高速四缸柴油机曲轴传动装置A100100六缸或六缸以上的高速柴油机曲轴传动装置；汽车和机车用发动机整机刚性回转件的平衡精度

各种类型刚性回转件的平衡精度精度等级①典型转子举例A4040汽车轮、轮缘、轮组、传动轴；弹性安装的六缸或六缸以上的高速四冲程发动机曲轴传动装置；汽车和机车用发动机的曲轴传动装置A1616特殊要求的传动轴（螺旋桨轴、万向传动轴）；破碎机械及农用机械的零部件；汽车和机车用发动机的特殊部件；有特殊要求的六缸或六缸以上发动机的曲轴传动装置刚性回转件的平衡精度

各种类型刚性回转件的平衡精度精度等级①典型转子举例A6.3A6.3作业机械的回转零件；船用主汽轮机的齿轮；风扇；航空燃气轮机转子部件；泵的叶轮；离心机鼓轮；机床及一般机械的回转零部件；普通电机转子；特殊要求的发动机回转零部件A2.52.5燃汽轮机和汽轮机的转子部件；刚性汽轮发电机的转子；透平压缩机转子；机床主轴和驱动部件；特殊要求的大型和中型电机转子；小型电机转子；透平驱动泵刚性回转件的平衡精度

各种类型刚性回转件的平衡精度精度等级①典型转子举例A1.01.0磁带记录仪及录音机驱动部件；磨床驱动部件；特殊要求的微型电机转子A0.40.4精密磨床的主轴、砂轮盘及电机转子；陀螺仪刚性回转件的平衡精度注：①为转子转动的角速度（rad/s）;[e]为许用偏心距（μm）；②按国际标准，低速柴油机活塞速