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1、6-1 机构功率平衡设计,6-2 机构质量平衡设计,8 机构系统的动力学设计,本章内容提要,本章介绍机构系统运转过程中速度波动产生的原因、调节原理和方法以及飞轮的设计；刚性转子平衡的设计与实验、平衡精度及不平衡量的计算；机构惯性力的完全平衡法和部分平衡法，并简要介绍了挠性转子的平衡的基本知识。,8-1 机构功率平衡,（一）产生周期性速度波动的原因,王树才,8.1.1稳定运转下机械的周期性速度波动及其调节,王树才,（二）衡量速度波动程度的指标,平均角速度 wm=(wmax+wmin)/2,速度不均匀系数 =(wmax-wmin)/wm,（三）周期性速度波动的调节原理 (regulation),对
2、一个等效动力学模型：,当等效力矩一定的情况下，增加系统的等效转动惯量，系统的角加速度减小。,给系统增加转动惯量很大的飞轮可调节周期性速度波动,（四） 飞轮(Flywheel)的设计,1、飞轮转动惯量(Moment of inertia)的确定,王树才,系统的动能增量：,系统最大盈亏功：,提高速度均匀性会使飞轮笨重JF 不能无穷大，速度总有波动飞轮最好安装在高速轴上,王树才,例：图为发动机的输出力矩(Md)图，且等效阻力矩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,设等效构件的平均转速为1000r/min，运转不均匀系数=0.02,试计算飞轮的转动惯量JF。,解,（1）根据一
3、个周期的时间间隔,Wd=Wr，求出等效阻力矩Mr,王树才,(2)计算各块盈亏功面积,(3)确定Emax(max) 、 Emin(min)的位置,王树才,一般飞轮计算不需要很精确，应用上述简化计算 已能满足要求，这种简化计算是工程中的实用方法。,max 、 min的位置分别在D、G 处,（4）求 Wmax,（5）计算飞轮的转动惯量JF,王树才,2、飞轮主要尺寸确定,（飞轮矩）,8.1.2 非周期性速度波动及调节 (Introduction to Aperiodic Speed Fluctuation and its Regulation),Me=Med-Mer,1) 电动机,2) 蒸汽机、气轮机
4、、内燃机,非周期性速度波动及调节,2）内燃机调节,1）燃气轮机调节,王树才,8-2 机构的质量平衡,（一）刚性转子的静平衡 (static balance),华农,8.2.1刚性转子(rigid rotor)的质量平衡设计,离心惯性力：,平衡条件：,平衡质量产生的离心惯性力：,当b/D0.2时,平衡条件：,质量分布在不同平面,产生附加力矩,（二） 刚性转子的动平衡(dynamically balance),P=PI+ PII PI=Pl1/L PII=P(L-l1)/L,将P分解为： PI、PII,基平面I的平衡条件：,W1I,W2I,W3I,WbI,W1II,W2II,W3II,WbII,一
5、、静平衡实验,导轨式平衡架,特点：结构简单、精度高，但两刀口平行、调整困难，且要求两轴端直径相同。一般要经过多次实验才能找准，工作效率低，不适合批量生产。,8.2.2 刚性转子的质量平衡实验,二、动平衡实验,根据强迫振动理论有：Z=mr,用标准转子测得：Z0=m0r0,= Z0/m0r0,不平衡质径积： mr= Z/,华农,8.2.3 转子的许用不平衡量 (Unbalancing Allowance of Rotor),（1） 转子不平衡量的表示方法,单位质径积：,e mB，故垂直方向的惯 性力反而增大多了。, 在曲柄的反向延长线上加一较小的平衡质径积，,式中，K为平衡系数，通常取 ，这就是
6、部分平衡。,3、利用平衡机构和弹簧平衡,8.2.5 桡性转子(flexible rotor)的平衡简介,饶度 y是转速的函数,饶性转子的动平衡特点：,（1）一速度下的动平衡不一 定保证其他速度下平衡 （2）减小支承中的动压力不一定能减小转子的动饶度,饶性转子的动平衡的主要问题：,（1）在运转过程中测动饶度和支承的动压力，找出不平衡质量的分布规律； （2）缺点所需平衡质量的大小、失径和安装位置。,1、学习要求（1）了解平衡问题在机械工程中的重要性。 （2）掌握刚性转子静、动平衡的计算方法。 （3）了解刚性转子静、动平衡实验的基本原理。2、本章的重点本章的重点是刚性转子静平衡和动平衡的原理及计算方
7、法。,华农,文献阅读指南（1）平面机构的平衡包括惯性力和惯性力矩的平衡。唐锡宽、金德闻编著的机械动力学（北京：高等教育出版社，1983）一书，首先介绍了平面机构的平衡的基本条件，给出了平面机构惯性力和惯性力矩平衡条件的议程式，然后详细讨论了用机构惯性力平衡的广义质量替代法和线性独立向量法两种方法。（2）本章对于平面机构的平衡问题的讨论局限于惯性力在机座上的平衡，而忽略惯性力矩的平衡，这种单目标平衡有很大的局限性。而平面连杆机构的优化综合平衡可突破这种局面。关于平面连杆机构的优化综合平衡的研究可参阅张策编著的机械动力学（北京：高等教育出版社，2000）一书。,华农,THE END,课件制作：王树才、王树英、程友联、 江家武、 李玲娟、贺俊林、张维英、侯明亮、赵正雄、权伍荣,作业：,
