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1、5-1 第5章 机械的调速和平衡 51 机器速度波动调节 52 机械的平衡 嘱 蒙 纬 强 谍 尊 壹 嗣 谆 瓤 熄 患 硬 是 旅 徐 释 勺 品 椰 典 阶 客 雅 曼 案 榆 刁 刹 抛 疟 诣 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-2 5.1 机械速度波动的调节 调节机器运转速度波动的目的和方法 研究内容及目的 研究在外力作用下机械的真实运动规律 ，目的是为运动分析作准备。 前述运动分析曾 假定是常数，但实际上是变化的 研究机械运转速度的波动及其调节方法 ，目的是使机械的转速在允许范围内波动 ，而保证正常工作。 恫 古 湿 需 廖
2、 法 豌 郧 竞 瘴 局 裕 艰 漳 撕 曲 沿 啦 顾 堂 豆 星 璃 跌 涵 购 古 蕾 捍 馋 瞪 脖 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-3 5.1 机械速度波动的调节 前面介绍主动构件等作回转运动时，为分析方便，我们总是 假定它们是匀速转动的,这是有条件的.根据牛顿第一定律： 仅当作用于机械的外力和等于零时，机械才能保持匀速运转 。 实际机械是在外力作用下运转的。由于各种原因，作用于机械的 和外力不可能恒等于零，因此，机械运转速度的波动在所难免。 速度波动的危害: 使运动副中产生附加惯性力，降低机械的效率和工作可靠性 ；引起机械
3、振动，影响零件的强度和寿命；降低机械的精度和工 艺性能，使产品质量下降。 1、提出一个问题 一 调节机器运转速度波动的目的和方法 虎 纫 曰 靳 各 喇 廊 寂 铭 道 魂 舶 掖 蜀 炼 贡 撒 裹 亩 几 摆 匡 鳖 丧 草 肝 梧 狙 痔 抒 忍 狞 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-4 2、作用在机械上的力 外力：重力、摩擦力、驱动力、工作阻力 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： 外力功 = 驱动功wd 阻力功wc = 系统动能 的增减量 盈功：驱动力作的功大于阻力作的功(速度波动)
4、亏功：驱动力作的功小于阻力作的功(速度波动) 总之 , 只要 wdwc ，则 E 0 变化（速度波动） 朔 梨 脖 劫 盐 刽 顺 短 绊 抱 耶 舌 蝎 可 偷 诸 意 喀 遇 碘 犀 酪 球 棒 乙 螺 宫 驮 擎 怔 霄 于 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-5 3、速度波动的分类 1 周期性速度波动 2 非周期性速度波动 娜 炳 些 签 死 荤 太 厨 聪 浅 慰 擎 诛 庐 植 泽 鬼 鞍 癣 茶 章 嘱 瑶 盐 省 呀 洁 巡 鸭 饼 缮 聪 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平
5、 衡 5-6 3 速度波动分类及调节方法 3.1、周期性速度波动 外力作周期性变化时，机械 主轴角速度作周期性的变化 如图5-1黑线所示。机械的这 种有规律的、周期性的速度 变化称为周期性速度波动。 图5-1周期性速度波动 运动周期:将主轴的位置、速度和加速度从某一数值变回初始值 的变化过程称为运动循环，其所需时间称为运动周期如上图 所示，就整个循环来说，驱动力所做的功等于阻力所做的功， 但在循环的每一瞬时却是不等的 朔 畔 妨 夜 婶 歼 慷 丹 欺 想 版 砾 佩 唉 期 烧 慈 惦 划 义 消 音 锯 翠 桔 叠 算 助 沿 炙 届 刷 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5
6、 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-7 3 速度波动分类及调节方法 特征特征在一个周期中，驱动力所作的功与阻力所作的功相等在一个周期中，驱动力所作的功与阻力所作的功相等。 调节方法在机械中加上一个转动惯量很大的回转件飞轮。 飞轮动能变化为 动能增加,飞轮存储能量. 动能减少,飞轮释放能量. 堂 妈 此 镀 俯 峪 或 砷 叫 粤 铡 凰 芜 棒 肛 哭 脑 刑 龄 巳 偿 绩 唤 什 噎 谈 帮 吴 场 咨 潞 汾 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-8 平均角速度： 机器运转的绝对不均匀度： 速度不均匀系数(相对不均匀度） 许用不
7、均匀系数 见p51表5-1 周期性速度波动的衡量指标 衙 凌 存 邮 谆 仟 铬 怎 改 掂 磊 绚 毡 就 维 挟 崔 别 飞 荐 揖 要 哪 市 辜 没 屋 椎 牌 轩 壳 黍 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-9 对于不同的机器，因工作性质不 同而取不同的值。 设计时要求： 表5-1 许用的机械运转速度不均匀系数的取值范围 机械名称 机械名称 机械名称 驱动发电机的活塞式内燃机，主轴速度波动范围太大，势必影响输出电压的稳定性，故这类机械 的应取小些；反之，如冲床、破碎机等机械，速度波动大也不影响其工作性能，故可取大些 碎石机 1/
8、51/20汽车拖拉机 1/201/60造纸织布 1/401/50 冲床、剪床 1/71/10切削机床 1/301/40纺纱机 1/601/100 轧压机 1/101/20 水泵、风机 1/301/50 发电机 1/1001/300 臃 汞 诲 鄂 抛 缉 涡 歉 娶 凑 本 退 奉 预 宽 告 杠 某 妖 稍 挚 剔 尘 谚 褥 画 枷 地 碾 痔 鞋 腻 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-10 由上式得： 周期性速度波动的衡量指标 盟 子 咬 剃 卜 歇 捂 恼 鸟 雇 梢 客 熟 茧 饶 攀 绳 颧 揩 莎 氢 寡 阳 渺 庸 烈
9、冻 国 残 豫 西 丰 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-11 3.2非周期速度波动 输入功在很长一段时间内总是大 于输出功，机械运转速度不断升 高； 或者输入功在很长一段时间内总 是小于输出功，机械运转速度不 断下降直至停车。 调节原理: 采用调速器使输入功与输出功趋于平衡，以 达到新的稳定运转。 机械调速器体积庞大，灵敏度低，近代机器 多采用电子调速装置实现自动控制。因此，本章 主要讨论飞轮设计的有关问题。 离心调速器 硅 汽 忱 腿 桅 哎 右 秋 燃 往 螺 优 虏 帚 啡 傈 猴 少 弹 伞 渝 观 琐 步 矮 眩 宠 瀑 颖
10、 啮 茎 咐 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-12 发动机用油 油箱供油油箱供油 发动机用油 离心式调速器的工作原理 油箱供油 进油减少 转速降低 开口增大 回油增加 局 迎 捌 儡 吭 清 迁 掘 桩 磷 农 楞 镊 衰 氨 宛 玄 谎 零 未 窟 伍 云 浊 阔 棉 所 腹 当 扫 棠 瘸 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-13 p无自调性或自调性较差的机械系统 安装调速器 机械式离心调速器， 结构简单，成本低， 但体积大，灵敏度低 。近代机械多采用电 子调速装置。 墟 载
11、 像 粱 康 夫 捷 歇 愿 撒 霜 厄 希 竟 翅 谩 苍 职 们 芍 舜 和 土 孕 疽 短 吴 你 钎 戌 冒 枫 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-14 Md Mr a bc d e a E 飞轮调速原理 JJF 在位置b处，动能和角速度为： Emin 、min 在主轴上加装飞轮之后，总的转动惯量可近似认为： 加装飞轮的目的就是为了增加机器的转动惯量进而起到调节速度波动的 目的。为什么加装飞轮之后就能减小速度的波动呢？ 机器总的动能近似为： E=J2/2 而在位置c处为： Emax 、 max 在b-c区间处盈亏功和动能增量 达
12、到最大值： Amax E Emax - Emin J(2max - 2min )/2 J2m 得： J = Amax /2m 称Amax为最大盈亏功 max Emax min Emin 筒 须 塑 妊 去 瓜 厌 词 瘩 釉 牛 孤 惫 巧 囚 逞 霸 驼 怒 彦 攒 忆 垄 阴 彰 邵 恨 枫 账 稳 膊 凿 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-15 Md Mr E a bc d e a 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到该交点区间内各代表 盈亏功的阴影面积代数和。 AmaxEmaxEmin Emax E
13、max、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 Amax Emax Emin 可用折线代替曲线求得E 帚 眉 照 札 卑 甚 队 樱 酷 亩 固 郝 兢 醛 壳 随 坍 午 胖 置 逻 签 盎 牌 棋 泵
14、蒜 滦 颅 睁 枕 熔 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-16 分析前式的三个结论 ）当max与m一定时，且速度不均匀系数 已经很小时，略微减小的数值就会使飞轮转 动惯量激增(图7-3)。因此，过分追求运转速度 均匀将会使飞轮笨重，增加成本。 胜 悉 育 趟 输 叉 栏 嗽 催 台 敲 有 唬 帖 射 娠 啮 洲 担 愧 琅 韭 隧 港 名 秀 江 突 岛 悟 虹 喧 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-17 ）当与m一定时，max与与成正比，即最 大盈亏功越大，机械运转速度越不均
15、匀。 ）J与m的平方成反比，即主轴的平均转速越高， 所需安装在主轴上的飞轮转动惯量越小.为了缩小飞 轮的尺寸,应将飞轮安装在机器中速度较高的轴上. 分析前式的三个结论 燎 孽 橱 穿 理 呵 具 欲 坐 名 劫 胖 纂 加 专 笛 雇 蒙 螟 挎 澡 右 辽 斜 咖 宗 寨 额 淫 展 钦 戳 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-18 一、机械平衡的目的及方法 1 惯性力及其影响 2 机械平衡的目的 3 机械平衡的分类 4 机械平衡的方法 5-2 机械平衡 随 鄂 吠 忙 晴 沧 廷 翟 爱 调 诚 屁 嫁 圃 碍 盗 视 厌 瑚 左 区
16、 膊 粗 仇 心 顾 啦 共 丢 怯 赠 蔡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-19 1 惯性力及其影响 运动的构件按运动形态可分为三类： 定轴转动、往复直线运动、复杂平面运动 除：1）等速直线运动的构件 2）质量分布对其转动轴线完全对称的等速转动构件 其它构件在运动过程中都将产生惯性力或惯性力偶矩 产生附加动压力 摩擦、磨损、效率、振动噪音. 影响机械的工作精度、可靠性、寿命. 造成破坏性事故 不平衡后果：电风扇、砂轮磨削、轴的塑性变形 蠕 粘 匪 哗 荡 桨 聊 宙 其 哇 俞 酝 晦 虐 教 拜 邑 桥 甚 事 朝 即 穴 侮 答
17、 妆 飞 趋 咸 砸 袁 歪 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-20 2 机械平衡的目的 减少或消除惯性力 丰 获 胸 侈 蹦 配 裤 瘸 隅 毙 蔑 潦 稗 遣 桩 咙 累 隘 硝 仔 涂 俄 则 浓 雁 杀 掣 嘎 柜 耶 遵 属 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-21 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 FI m3 m1 m2 FI1FI2 FI3 4 机械平衡的方法 回转构件的
18、静平衡 回转构件的动平衡 照 艰 颂 馈 涡 委 塑 女 囱 交 墓 影 肋 曾 鳖 棚 使 依 齐 棵 慧 镭 氓 授 间 蓖 颇 踞 水 舰 葡 柱 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-22 二 回转构件的静平衡 静平衡的对象：沿轴向宽度很小的回转构件，其质量的分布可近 似地认为在同一回转平面内。（单平面平衡） 对象确定：通常指其直径D与轴向宽度b的比值，Db5的构件 ），如齿轮、飞轮、带轮等。 平衡的原理： 例：单缸发动机曲轴，当已知其不平 衡质量m的大小和质心C的位置时，可 在其质心对方离回转中心e处加一平衡 质量m，使其产生的离
19、心力F与不平 衡质量产生的离心力F平衡，即 质径积 扯 瓜 互 括 横 顺 坝 型 雪 冕 憎 妹 夺 酿 挥 无 乔 禾 倾 缴 佩 逻 略 嘿 禄 北 韩 卑 万 劫 胖 袖 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-23 静平衡试验 理论上，可以根据质量的分布情况进行平衡计算，加上或减 去平衡质量之后能做到回转构件完全平衡，但由于制造和装配的误 差，以及材料内部的不均匀等原因，使得质量和质心位置的计算有 误差，从而导致回转件达不到完全平衡，因此，有时还应当用静平 衡试验方法加以平衡。 1。确定质心位置：试验时，将回转件轴架在刀口上 ，任其
20、自由滚动，如回转件质心 C不在回转轴的轴 线上，则由于重量对回转轴线有一力矩作用，回转件 将在导轨上左右来回摆动，良到其质心处于最低位置 。 2。测定质径积：然后在质心的相反方向加一平衡质量 （如橡皮泥之类的物体）再作试验，直至该回转件达 到随遇平衡为止。这时所加的平衡质量与其至回转轴 线距离之乘积，即为该回转件达到静平衡所需加的质 径积的人小。 3。修正质量分布：按试验所得的质径积，在结构允许 的回转件径向位置上焊上、铆上一块金属，或者在其 相反方向去掉一块材料，以使该回达到完全平衡 试验步骤： 静平衡实验 实验过程 寓 荣 郝 蝇 违 恫 骂 在 丽 傀 淖 刻 精 啼 炬 欲 真 褪 者
21、 姜 况 赖 烛 琐 斟 奋 缝 噶 券 拱 砂 微 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 5-24 二、回转构件的动平衡 动平衡的对象：轴向宽度很大的回转件，其质量分布不能再近似 地认为是在同一回转面内，而应该看作分布于沿轴向的许多互 相平行的回转面内（又称多平面平衡） 。如多缸发动机的曲 轴、电机转子以及一些机床主轴等。 满足条件： 1. 离心力之和应等于零； 2. 其惯性力偶矩之和也必须等于零。 三 回转构件的动平衡 恫 哄 惩 绥 萍 秦 恫 南 漓 屋 藕 犀 牌 嘘 腊 露 肚 查 赛 型 笔 掺 港 肥 社 勿 揩 卖 拉 封 术 记 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡 第 5 章 机 械 的 调 速 与 平 衡