《机械设计基础》第8章回转件的平衡与机械速度波动调节课件

第8章回转件的平衡与机械速度波动调节§8-1回转件的平衡§8-2机械速度波动调节本章重点和难点1.回转件的静平衡计算2.回转件的动平衡计算3.飞轮的设计一、产生惯性力的原因mr当回转件的质心偏离轴线时，产生惯性力P为P其危害：1.产生附加动压力，增加摩擦，影响构件强度，降低机械效率。2.产生振动，降低机械的精度和工艺性。§8-1回转件的平衡二、机械平衡的方法●平衡设计

在机械的设计阶段，除了要保证其满足工作要求及制造工艺要求外，还要在结构上采取措施消除或减少产生有害振动的不平衡惯性力，即进行平衡设计。

●平衡试验

经过平衡设计的机械，虽然从理论上已达到平衡，但由于制造不精确、材料不均匀及安装不准确等设计方面的原因，实际制造出来后往往达不到原来的设计要求，还会有不平衡现象。这种不平衡在设计阶段是无法确定和消除的，需要通过试验的方法加以平衡。三、静平衡的概念与设计

径宽比D/b≥5的转子，可近似地认为其不平衡质量分布在同一回转平面内。在这种情况下，引起不平衡现象称为静不平衡。bD静平衡设计：m1r1m2r2设计时，需要首先根据转子结构定出偏心质量的大小和方位,然后计算出为平衡偏心质量需添加的平衡质量的大小及方位，最后在转子设计图上加上该平衡质量，以便使设计出来的转子在理论上达到平衡。静平衡计算举例：m1r1m2r2mrb平衡条件为：m1r1m2r2mbrb(1)静平衡的条件：分布于转子上的各个偏心质量的质径积的向量和为零。

(2)对于静不平衡的转子，无论它有多少个偏心质量，都只需要适当地增加一个平衡质量即可获得平衡。一般应尽可能将rb选大些，这样可使mb小些。静平衡的实施方法：1.加平衡重法；m1r1m2r2mrb2.去平衡重法；rb1T1T2mbmb1mb2rbrb23.在平衡面的两侧选两个平面实施加平衡重法。若：LL1L2m2m1r1r2

径宽比D/b<5的转子，由于其轴向宽度较大，其质量分布在几个不同的回转平面内。这时，即使转子的质心在回转轴线上，但由于各偏心质量怕产生的离心惯性力不在同一回转平面内，所形成的惯性力偶仍使转子处于不平衡状态。由于这种不平衡只有在转子运动的情况下才能显示出来，故称其为动不平衡。四、动平衡的概念与设计动平衡计算：1.将不平衡质量1,m2,m3分别分解到T’,T”平面上2.确定T’和T”平面内需加平衡质量mb’,mb”的质径积:mb’rb’,mb”rb”思路：将空间力系转化为平面力系1.将不平衡质量m1,m2,m3分别分解到T’,T”平面上经过这样的处理后，刚性转子的动平衡设计问题就可以用静平衡设计的方法来解决了。m’1r1m’2r2m’3r3m’brbm”1r1m”2r2m”3r3m”brb2.确定T’和T”平面内需加平衡质量mb’,mb”的质径积:mb’rb’,mb”rb”(1)动平衡的条件：当转子转动时，转子上分布在不同平面内的各个质量所产生的空间离心惯性力系的合力及合力矩均为零。(2)对一于动不平衡的转子，无论它有多少个偏心质量，都只需要在任选的两个平衡平面内各增加或减少一个合适的平衡质量即可使转子获得动平衡，即对于动不平衡的转子，需加平衡质量的最少数目为2。因此，动不衡又称为双面平衡，而静平衡则称为单面平衡。（3）由于动平衡同时满足静平衡条件，所以经过动平衡的转子一定静平衡；反之，经过静平衡的转子则不一定是动平衡的。结论：一、调节的目的：当机械在运转中，驱动力所作的功在某段时间内不等于阻力所作的功时，会导致机械运转速度波动。如：曲柄压力机。速度波动的波动会使运动副中产生附加动压力，降低机械效率，引起机械振动，影响零件的强度，降低机械的精度和工艺性，降低产品质量。因此对有些机械必须调节其速度的波动量。§8-2机械速度波动调节其中为总耗功1、机械运转中的功能关系

ABT

mo

起动稳定运动停车T2、机械运转的三个阶段(1)起动阶段：(2)稳定运转阶段：(3)停车阶段：二、机器运转过程

ABT

mo

起动稳定运动停车Ta.匀速稳定运转—速度保持不变，在任何时间间隔都有b.变速稳定运转—围绕平均速度作周期性波动一个周期的时间间隔,Ad=Ar,E2=E1;不满一个周期的时间间隔,Ad=Ar,E2=E1功率平衡：若为实现一个尽可能匀速稳定运转，在结构上或机构设计方面采取相关措施。(2)稳定运转阶段：2、机械运转的三个阶段1.周期性的速度波动C

max

min

mABDTOt特点：一个完整周期中驱动力所作的功等于阻力所作的功。但每瞬时驱动功不等于阻力功。调节方法：采用飞轮调节三、机械速度波动的分类和调节方法：2.非周期性速度波动相当长的时间内驱动功不等于阻力功。对于非周期性速度波动的机械，不能用飞轮调节，一般采用负反馈控制的方法（例如调速器）进行调节。C

max

min

mABDTOt1.周期T2.平均角速度(1)3.速度不均匀系数(2)由(1)和(2)解得，于是可得四、周期性速度波动状态的描述Md讨论：，盈功(1)当，亏功(2)当C(-)(-)CABDTO

MMr(+)(+)EEA是在区间(

0，)内驱动力矩与阻力矩曲线间所夹面积代数和。五、周期性速度波动调节原理C(-)(-)CABDTO

MMr(+)(+)故当J=常数时，最大盈亏功为将代入得

因此，在系统中，Amax及

m一定时，欲减小系统的运转不均匀程度，则应当增加系统的等效转动惯量J。

一般做法是，在系统中装置一个转动惯量较大的构件，这个构件通常称之为飞轮，其转动惯量JF。

装置飞轮的实质就是增加机械系统的转动惯量。飞轮在系统中的作用相当于一个容量很大的储能器。当系统出现盈功，它将多余的能量以动能形式“储存”起来，并使系统运转速度的升高幅度减小；反之，当系统出现亏功时，它可将“储存”的动能释放出来以弥补能量的不足，并使系统运转速度下降的幅度减小。从而减小了系统运转速度波动的程度，获得了调速的效果。飞轮的作用：六、飞轮转动惯量的计算Emax—角速度为最大的位置所具有的动能；Emin—角速度为最小的位置所具有的动能；当忽略机械系统其他构件的转动惯量时，得飞轮的转动惯量为：分析：1.当Amax、

m一定时，J与成反比，故[]不宜过小。

2.Amax与一定时，J与m2反比，为了减少飞轮的转动惯量，宜将飞轮装在高速轴上。例1：图为发动机的输出力矩(Md)图，且阻力矩Mr为常数，若不计机械中其它构件的转动惯量,只考虑飞轮转动惯量,设构件的平均转速为1000r/min，运转不均匀系数

=0.02,试计算飞轮的转动惯量JF。90180360450540630720M/(N.m)Md75100-50-7550-10075o解1）求出等效阻力矩Mr；2)计算各块盈亏功面积3)确定Emax(

max)、

Emin(min)的位置，4）求Amax5）计算飞轮的转动惯量JF解90180360450540630720M/(N.m)Md75100-50-7550-10075o（1）根据一个周期的时间间隔,Ad=Ar，求出等效阻力矩Mr；面积F1F2F3F4F5F626.56

78.13

-35.94

F7-48.44

14.06

-60.9426.56(2)计算各块盈亏功面积,90180360450540630720M/(N.m)Md75100-50-7550-10075oMrABCDEFGA

F1=(75-21.875)

/2=26.56

(3)确定Emax(

max)、

Emin(min)的位置，位置ABCDEF0A026.56

-9.38

68.75

20.31

34.37

-26.56

G90180360450540630720M/(N.m)Md75100-50-7550-10075oMrABCDEFGA

面积F1F2F3F4F5F626.56

78.13

-35.94

F7-48.44

14.06

-60.9426.56

m