《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 李建功 第14章 平衡与调速》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械设计基础 教学课件 ppt 作者 李建功 第14章 平衡与调速（16页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第十四章 机械的平衡与调速,14-1 机械的平衡,14-2 机械速度波动的调节,返回,14-1 机械的平衡,机械在运转时，构件所生产的不平衡惯性力将在运动副中引 起附加的动压力。,增大了运动副中摩擦和构件中的应力，降低了机械效率和使用寿命，影响机械本身的正常工作，,也必将引起机械及其基础产生强迫振动，甚至产生共振。,会导致工作机械及其厂房建筑受 到破坏。,对于高速高精密机 械尤为重要；,机械平衡的目的就是设法将构件的不平衡惯性力加以平衡， 以消除或减少惯性力的不良影响。,机械的平衡是现代机械的一个重要问题。,对于此类机械则是如何合理利用不平衡惯性 力的问题。,但某些机械却是利用构件产生的不平衡
2、惯性力所引 起的振动来工作的。,一、机械平衡的分类,在机械中,由于各条件的结构及其运动形式的不同,其所产生 的惯性力和平衡方法也不同。,.转子的平衡,转子的不平衡惯性力可利用在其上增加或除去一部分质量的 方法加以平衡。,其实质是通过调节转子自身质心的位置来达到消 除或减少惯性力的目的。,1）刚性转子的平衡,刚性转子n(0.60.75)nc1的平衡，是按理论力学中的力学 平衡理论进行的。,2）挠性转子的平衡,挠性转子n(0.60.75)nc1的平衡，其平衡是基于弹性梁的 横向振动理论。,2 .机构的平衡,作往复移动或平面复合运动的构件，其所产生的惯性力无法 在该构件上平衡，而必须就整个机构加以平
3、衡。,即设法使各运动 构件惯性力的合力和合力偶得到完全或部分的平衡，以消除或 降低其不良影响。,此类平衡问题为机构的平衡或机械在机座上的 平衡。,故这类转 子称为静不平衡转子。,其质量可近似认为分布在同一回转平面内。,这时其偏心质量在转子运转时会产生惯性力，,二、刚性转子的平衡,1 .转子的静平衡,对于轴向尺寸较小的盘形转子(b/D 0.2)，,因这种不平衡现象在转子静态时就可表现出来，,平衡后转子的各偏心质量（包括平衡质量） 的惯性力的合力为零。,对于 静不平衡转子，利用在其上增加或除去一部分 质量，使其质心与回转轴心重合，即可使转子的惯性力得以平衡 的方法。,静平衡,静平衡的条件,静平衡计
4、算主要是针对由于结构所引起的静不平衡的转子而 进行平衡的计算。,根据其结构，计算确定需增加或除去的平衡质量，使其在设 计时获得静平衡。,对于动不平衡转子，通过选定两个回转平面及 作为平面基面，,这种不 平衡只有在转子运转时才能显现出来的，故称此类转子为动不平 衡转子。,其质量就不能分布在 同一回转平面内，而往往是分布在若干个不同的回转平面内。,2. 刚性转子的动平衡,对于轴向尺寸较大的转子（b/D0.2)，,这 时即使转子的质心在回转轴线上，但各偏心质量所形成的惯性力 偶仍不平衡，,而且其作用方位是随转子的回转而变化的。,动平衡,再分别在这两个面上增加或除去适当的平衡质量， 使转子在运转时各偏
5、心质量所产生的惯性力和惯性力偶矩同时得 以平衡。,这种平衡方法称为动平衡。,刚性转子动平衡的条件：各偏心质量（包括平衡质量）产生 的惯性力的矢量和为零，以及这些惯性力所构成的力矩矢量和也 为零，,即 根据其结构计算确定其上需增加或除去的平衡质量，使其在设计 时获得动平衡。,动平衡计算是针对结构动不平衡转子而进行平衡的计算。,三、刚性转子的平衡实验,对于经平衡计算在理论上已经平衡的转子，由于其制造精度 和装配的不精确、材质的不均匀等原因，就会产生新的不平衡。,但这种无法用计算来进行平衡，而只能借助于实验平衡。,平衡实验是用实验的方法来确定出转子的不平衡量的大小和 方位，然后利用增加或除去平衡质量
6、的方法予以平衡。,1静平衡实验,导轨式静平衡仪,先将转子放在平衡仪上，轻轻转动，直至其质心处于最低位 置时才能停止。,此时在质心相反的方向加校正平衡质量，再重新 转动。,反复增减平衡质量，直至呈随遇平衡状态，即转子达到了 静平衡。,特点：,结构简单、操作方便。能满足一定精度要求，但工作效率低。,对于批量转子静平衡，可采用一种快速测定平衡的单面平衡机。,2动平衡实验,转子的动平衡实验一般需在专用的动平衡机上进行。,动平衡实验机主要由驱动系统、支承系统、测量指示系统等 部分组成。,实验原理,目前多数动平衡机是根据振动原理设计的，测振传感器将因 转子转动所引起的振动转换成电信号，通过电子线路加以处理
7、和 放大，最后用仪器显示出被测试转子的不平衡质量矢径积的大小 和方位。,14-2 机械速度波动的调节,一、机械速度波动的类型和调节方法,机械在运转过程中经常会出现速度波动，这种速度波动会导 致在运动副中产生附加的动压力，并引起机械的振动，从而降低 机械的寿命、效率和工作质量。,为了降低机械速度波动的影响，就需要研究其波动和调节方 法，以便设法将机械运动速度波动的程度限制在许可的范围之内。,1机械的周期性速度波动,机械在稳定运转阶段，其原动件的角速度在其恒定的平均 角速度m上下瞬时的变化（即出现波动），,但在一个周期T的始 末，其角速度是相等的，这时机械具有的动能是相等的。,这种速 度波动就称为
8、机械的周期性速度波动。,机器在稳定运转阶段，其等效力矩一般是机械位置的周期性 函数，即Me(T）Me(）。,等效力矩作周期性变化，使机器时而出现盈功，时而出现亏功；,因此，当在等效力矩和等效转动惯量变化的公共周期内，机器的总驱动功等于总阻抗功（即WdWr）时，,则机器等效构件的角速度将发生相同周期的周期性速度波动。,产生原因 ：,2机械的非周期性速度波动,若机械在运转过程中，其等效力矩 MeMedMer的变化为非 周期性的，则机械运转的速度将出现非周期性的波动，从而破坏 机械的稳定运转状态。,若在长时间内Med Mer或 Mer Med，可能会导致“飞车”破坏或“停车” 现象。,为了避免这两种
9、情况的发生，必须对这种非周期性的速度波动进行调节。,机械速度的高低， 工程上通常用机械的 平均角速度m（即算术 平均值）来表示。,即 m（maxmin）/2,二、机械运转的平均角速度和速度不均匀系数,机械的非周期性速度波动的调节有如下两种情况：,其本身具有自调性。,（2）对于以内燃机等为原动机的机械，,需安装调速器来调节。,调速器的种类很多，按执行机构分类主要有机械式的、气动 式的、机械气动式的、液压式的、电液式的和电子式的。,（1）对于以电动机为原动机的机械，,对于不同的机械，的要求不同，,机械速度波动的程度，则通常用机械运转速度不均匀系数 来表示，,其定义为角速度波动的幅度与平均值之比，,
10、故规定有许用值(表14-1)。,三飞轮的设计,机械运转的速度波动对机械的工作是不利的，它不仅影响机 械的工作质量，而且会影响到机械的效率和寿命，所以必须加以 控制和调节，将其限制在许可的范围内。,机械速度波动的调节就是要设法减小机械的运转速度不均匀 系数，使其不超过许用值，,即 ,机械的周期性波动调节的方法就是在机械中安装飞轮具 有很大转动惯量的回转构件。,在机械系统出现盈功时，吸 收储存多余的能量，而在出现亏功时释放其能量，以弥补能量的 不足，,飞轮调速是利用它的储能作用，,从而使机械的角速度变化幅度得以缓减，即达到调节作用。,当机械系统的等效构件上装加一个转动惯量为JF的飞轮之后， 需飞轮
11、储存的最大盈亏功为WmaxEmaxEmin，,这时等效构件的运 转速度不均匀系数则为 Wmax/（JeJF）m2,由此可知，只要J足够大，就可使 减少，则满足，即 达到了调速的目的。,（3）飞轮转动惯量的近似计算,为了使机械系统满足调速的要求，需装加在等效构件上的 飞轮的转动惯量为J的计算公式为,JAmax/(m2 ）,几个重要结论,当Wmax与m一定时，如 取值很小，则J就需很大。,JF不可能为无穷大，而Wmax与m又都为有限值，所以 不可能为零。,当Wmax与m一定时，JF与m的平方值成反比。,说明 过分追求机械运转速度的均匀性，就会使飞轮过于笨 重。,说明 安装飞轮不可能将机械运转速度波动消除，而只能使波动的幅度减小而已。,说明 在获得同样的调节效果的情况下，最好将飞轮安装在 机械的高速轴上。这样有利于减少飞轮的转动惯量。在实际设计 时，还应考虑安装轴的刚性和结构上的可能性等因素。,
