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1、第7章 机械的调速和平衡,第一节 机械运转速度波动的调节第二节 回转件的平衡,第一节 机械运转速度波动的调节,一、机械速度波动原因二、速度波动的分类及调节 1.周期性速度波动 2.非周期性速度波动三、周期性速度波动的调节飞轮设计,驱动力所做的功阻力所做的功,驱动力所做的功阻力所做的功,驱动力所做的功=阻力所做的功,任意瞬时,一、机械速度波动原因,出现盈功，机械动能增加，转速增高。,出现亏功，机械动能减少，转速下降。,机械匀速转动,1.周期性速度波动,周期可以是 一周（机床主轴、冲床等）二周（四冲程内燃机）数周（轧钢机）,调节方法 加转动惯量大的飞轮。,后果 波动过大，影响机械系统正常工作。,原
2、因 盈亏功呈周期性变化，速度波动也呈周期性变化。,2.非周期性速度波动,原因 盈亏功变化无规律，速度波动无规律。,调节方法：,利用机械系统（原动机的 是速度的 函数且具有下降的趋势。如电动机。）,后果 一段时间内总出现盈功，速度越来越快，造成飞车；总出现亏功，速度会越来越慢，甚至停车。,没有自调性的机械系统（如采用蒸汽机、汽轮机或内燃机为原动机的机械系统），安装一种专门的调节装置调速器。,机械式离心调速器,三、周期性速度波动的调节飞轮设计,实际机械标牌上标出的转速。,3.速度不均匀系数,1.平均速度,工程中通常用计算式,2.名义转速(额定转速),许用值,4.飞轮设计的近似方法,基本要求 确定飞
3、轮的转动惯量J，使机械的 基本原理 假定：运动系统中，其他构件的动能与飞轮相比，可忽略不计。,当飞轮处于max时，具有动能的最大值Emax；当飞轮处于min时，具有动能的最小值Emin。,机械的最大盈亏功：一个周期内动能的最大变化量,当 Wmax 和 m 一定时，J与为等边双曲线关系，过分要求 很小，势必造成 J 很大，使飞轮质量很大，导致尺寸加大。当 J 和 m 一定时，Wmax 与 成正比。当 Wmax 与 一定时，J 和 m 成反比。应将飞轮装在系统的高速 轴上，可减小飞轮的尺寸。,结论,4.飞轮设计的近似方法,三、Amax的确定方法,在交点位置的动能增量E正好是从起始点a到该交点区间内
4、各代表盈亏功的阴影面积代数和。,AmaxEmaxEmin Emax,Emax、Emin出现的位置：在曲线Md与 Mr的交点处。,E()曲线上从一个极值点跃变到另一个极值点的高度，正好等于两点之间的阴影面积(盈亏功)。,作图法求Amax：任意绘制一水平线，并分割成对应的区间，从左至右依次向下画箭头表示亏功，向上画箭头表示盈功，箭头长度与阴影面积相等，由于循环始末的动能相等，故能量指示图为一个封闭的台阶形折线。则最大动能增量及最大盈亏功等于指示图中最低点到最高点之间的高度值。强调不一定是相邻点,可用折线代替曲线求得E,举例：已知驱动力矩为常数，阻力矩如图所示，主轴的平均角速度为：m=25 1/s,
5、不均匀系数0.05，求主轴飞轮的转动惯量J。,解：1)求Md,在一个循环内，Md和Mr所作的功相等，于是：,作代表 Md的直线如图。,2)求Amax,各阴影三角形的面积分别为：,三个三角形面积之和,0/4,/43/4,3/49/8,9/811/8,11/813/8,13/815/8,15/82,10/16,-10/8,15/16,-5/8,10/16,-5/8,5/16,Mr,作能量指示图,书上例题自学,由能量指示图，得：,Amax10/83.93 KN-m,J Amax/2m,3.9310/(0.05252),126 kgm2,轮形飞轮：由轮毂、轮辐和轮缘三部分组成。,轮毂,轮幅,轮缘,JA
6、,73 飞轮主要尺寸的确定,其轮毂和轮缘的转动惯量较小，可忽略不计。其转动惯量为：,主要尺寸：宽度B、轮缘厚度H、平均值径Dm,mV,=DmHB 为材料密度,按照机器的结构和空间位置选定Dm之后，可得飞轮质量：,选定飞轮的材料和比值H/B之后，可得飞轮截面尺寸。,盘形飞轮：,选定圆盘直径D，可得飞轮的质量：,mV,选定飞轮的材料之后，可得飞轮的宽度B。,为保证安全，飞轮的外圆线速度不能超过许用值：,铸铁飞轮：vmax 36 m/s,铸钢飞轮：vmax 50 m/s,应当说明，飞轮不一定是外加的专门附件。实际机械中，往往用增大带轮或齿轮的尺寸和质量的方法，使它们兼起飞轮的作用，还应指出，本章介绍
7、的飞轮设计方法，没有考虑除飞轮之外其它构件的动能变化，因而是近似设计。由于机械运转速度不均匀系数容许有一个变化范围，所以这种近似设计可以满足一般的使用要求。,第二节 回转件的平衡,一、机械平衡的目的和分类二、刚性回转件平衡设计三、回转件的平衡试验 1静平衡试验 2动平衡试验,一、机械平衡的目的和分类,目的:合理分配机构中各构件的质量，使惯性力得到平衡。,分类:,刚性回转件平衡,挠性回转件平衡,回转件的平衡,静平衡（宽径比l/D1/5的回转件 动平衡（宽径比l/D1/5的回转件）,若机械中包含有作往复运动或作平面运动构件，则此机构不能采用各个构件分别进行平衡的方法来解决，而必须就整个机构来研究，
8、使其在机架上得到平衡，这类平衡称为机构在机架上的平衡。,机械的平衡,二、刚性回转件平衡设计,静平衡设计动平衡设计,各偏心质量近似在一个平面内，所产生的离心惯性力分别为,，,，,为了平衡惯性力，就必须在此平面内增加一个平衡质量（或在其相反方向上减少一个平衡质量），从回转中心到这一平衡质量的向径，它所产生的离心惯性力为。若要求平衡时，形成的合力为零，即,结论：回转件静平衡条件：各个偏心质量的离 心惯性力合力为零或质径积的向量和为零。对于静不平衡的回转件，无论它有多少个 偏心质量，都只需要适当增加或减少一个平衡质量即可获得平衡。即对于静不平衡的回转件，需加平衡质量的最少数为 1。,1.静平衡设计,将
9、各偏心质量产生的离心惯性力分解到 及 面上,这样，力 即可用等效到平面T和T中的力 和 来代替，也就是将动平衡问题转化为静平衡的方法来处理。,2.动平衡设计,结论：动平衡的条件：当回转件回转时，回转件上的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。对于动不平衡的回转件，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T和T内各增加或减少一个合适的平衡质量即可使回转件获得动平衡，即对于动不平衡的回转件，需加、减平衡质量的最少数目为2。动平衡又称为双面平衡，而静平衡则称为单面平衡。由于动平衡同时满足了静平衡的条件，所以经过动平衡的回转件一定是静平衡；反之，经过静平衡的回转件则不一定是动平衡的。,(a)动平衡分析;(b)T面平衡的向量图;(c)T面平衡的向量图,回转件的动平衡设计图,回转件的动平衡设计,圆盘式静平衡架,1静平衡试验,导轨式静平衡架,电测式动平衡机的原理示意图 1、5、8-传感器；2-闪光灯；3-电测装置；4-电流表；6、7-弹簧片,2动平衡试验,
