机械调速与平衡

1、汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章第十四章第十四章 机械运转的调速和平衡机械运转的调速和平衡汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章本章的教学目标：本章的教学目标：1 1）了解机器运动速度波动的原因、特点和危）了解机器运动速度波动的原因、特点和危害，以及相应的调节方法。害，以及相应的调节方法。2 2）掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法。）掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法。汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章第十四章 机械运转的调速和平衡机械运转的调速和平衡 第一节 机械运转速度波动调节的目的和方法机械运转速度波动调节的目的和方法 一、机械运转速度波动调节的目的一、机械运转速度

2、波动调节的目的 二、机械运转速度波动调节的方法二、机械运转速度波动调节的方法 第二节 回转件的平衡回转件的平衡 一、平衡的目的一、平衡的目的 二、平衡的方法二、平衡的方法 回转件的静平衡 回转件的动平衡教学内容教学内容汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章第一节 机械运转速度波动调节的目的和方法机械运转速度波动调节的目的和方法一.机械运转速度波动的原因及调节目的速度波动的原因速度波动的原因: :机械运转驱动功与阻力功的差值出现必将引起机械动能的增减，而使主轴的角速度发生变化，从而形成机械运转时速度的波动。 调节目的调节目的: :使其波动被限制在允许的范围内,减少上述不良影响 .危害危害:

3、: 引起附加动压力，降低机械效率和工作可靠性；同时还会引起机械振动，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。 汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章 周期性速度波动的特点及其调节的方法 非周期性速度波动的特点及其调节的方法 第一节第一节 机械运转速度波动调节的目的和方法机械运转速度波动调节的目的和方法二、机械运转速度波动调节的方法二、机械运转速度波动调节的方法汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章(一) 周期性速度波动的调节1. 周期性速度波动周期性运转的机器在一个周期内主轴的角速度是绕某一角速度变化的。其平均角速度m为2minmaxm当机械动能的增减作周期性变

4、化时，其主轴的角速度也作周期性的波动。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。 2.2.调节方法调节方法: :是在机械中安装一个具有较大转动惯量且起贮存动能作用的转动构件飞轮。 图14-1 周期性速度波动汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章 ( (二二) ) 非非周期性速度波动的调节1.非非周期性速度波动机械运转时，由于驱动力或(和)阻力的无规律变化，所引起的主轴角速度的波动称为非周期性速度波动。2.2.调节方法调节方法: :在机械中安装调速器 。机械式、气动式、液压式、电子式及组合式等。但目前应用最广泛的机械式调速器，其结构简单，工作可靠、性能良好 图14-2 机械式离

5、心调速器汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章第二节第二节 回转件的平衡回转件的平衡 机械运转时各运动构件将产生大小及方向均发生周期性变化的惯性力，这将在运动副中引起附加动压力，增加摩擦力而影响构件的强度这些周期性变化的惯性力会使机械的构件和基础产生振动，从而降低机器的工作精度、机械效率及可靠性，缩短机器的使用寿命。 为完全地或部分地消除惯性力和惯性力矩的影响，减小或为完全地或部分地消除惯性力和惯性力矩的影响，减小或消除附加动压力，尽量减轻有害的机械振动，以改善机械工消除附加动压力，尽量减轻有害的机械振动，以改善机械工作性能和延长其使用寿命作性能和延长其使用寿命。这个问题称为机械平衡。这个

6、问题称为机械平衡。一. 平衡的目的二二. .平衡的方法平衡的方法 (一) 回转件的静平衡 (二) 回转件的动平衡汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章 (一) 回转件的静平衡 1.回转件的静平衡原理和计算 当转子的直径与宽度之比，且转速较低时，可近似当转子的直径与宽度之比，且转速较低时，可近似认为其质量分布在同一回转面内，如图认为其质量分布在同一回转面内，如图14-3a14-3a所示。对所示。对于这类宽度不大的转子于这类宽度不大的转子( (如齿轮，盘形凸轮、飞轮、带如齿轮，盘形凸轮、飞轮、带轮等轮等) )，因其离心惯性力矩近似为零，故仅消除离心惯，因其离心惯性力矩近似为零，故仅消除离心惯性

7、力即可达到平衡。为此，可采取改善转子的质量分布，性力即可达到平衡。为此，可采取改善转子的质量分布，使其质心位于旋转轴线上来达到平衡，称为转子的静平使其质心位于旋转轴线上来达到平衡，称为转子的静平衡衡. . 此时在同一回转面内增加或减少一个平衡质量，使此时在同一回转面内增加或减少一个平衡质量，使平衡质量产生的离心惯性力平衡质量产生的离心惯性力F F与原有各偏心质量产生的与原有各偏心质量产生的离心惯性力的矢量和离心惯性力的矢量和F Fi i相平衡，即相平衡，即汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章 (一) 回转件的静平衡 1.回转件的静平衡原理和计算F Fb Fi 0上式可改写成上式可改写成（

8、14.2）（14-1） 0222iibbrmrmmriibbrmrmmr汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章图14-3 转子的静平衡a）转子平衡示意图 b）转子受力图 c）矢量图解法汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章 式中 、 分别为回转平面内各偏心质量及其向径； 、 分别为平衡质量及其向径；m、e分别为构件的总质量及其向径。mr 称为质径积。当e =0，即总质量的质心与回转轴线重合时，构件对回转轴线的静力矩等于0，称为平衡。可见机械系统处于静平衡的条件是所有质径积的矢量和等于0。brimbmbr (一) 回转件的静平衡汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章 如图14-3a所

9、示的盘形转子，已知同一回转平面内的不平衡质量 ， ， 它们的向径分别为 321mmm、321rrr、则332211rmrmrmrmii代入式（14.1）得 此向量方程式中只有 未知，可用图解法进行求解(如图14.3b所示)。bbrm (一) 回转件的静平衡0332211rmrmrmrmbb汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章 根据结构特点选定合适的 ，即可求出 。如果结构上允许，尽量将 选得大些以减小 ，避免总质量增加过多。brbmbrbm如果结构上不允许在该回转面内增、减平衡质量，如图14.4所示的单缸曲轴，则可另选两个校正平面T和T T ，在这两个平面内增加平衡质量，使回转件得到平衡

10、。根据理论力学的平行力合成原理可得bbbbrmllrmrmllrm122211 (一) 回转件的静平衡汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章图14-4 单缸曲轴的静平衡 (一) 回转件的静平衡汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章(一) 回转件的静平衡2.回转件的静平衡试验静平衡试验的目的 对于以回转轴为对称轴的转子，或已经过平衡计算并加装了平衡配重的转子，从理论上讲，它们应该是完全平衡的。但实际上，由于计算、制造和装配上的误差，以及材料的不均匀性等因素，还会存在不平衡现象。这种不平衡现象的随机性很大，只能通过试验的方法才能加以解决。 汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章(一)

11、回转件的静平衡2.回转件的静平衡试验静平衡试验的原理 将欲平衡的转子的轴放在两条相互平行的刀口形的导轨上。由于其重心有位于最低位置的趋势，所以如轻轻转动此转子，使其在刀口上滚动，则当滚动停止时，重心必位于轴心的正下方。此时，可在轴心的正上方加平衡配重，然后再重复试验，加减配重，直至转子在任何位置都能保持静止为止。至此，即表明重心已移至轴心线上，转子达到静平衡。(图14-5 )汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章图14-5 静平衡试验 (一) 回转件的静平衡汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章1.回转件的动平衡原理及其计算 (二)回转件的动平衡进行动平衡计算的原因动平衡计算方法 对于

12、轴向宽度大（LD0.2）的回转件，如机床主轴、电机转子等，其质量不是分布在同一回转面内，但可以看作分布在垂直于轴线的许多相互平行的回转面内，这类回转件转动时产生的离心力构成空间力系。欲使这个空间力系达到平衡就必须使其合力及合力偶矩均等于零。因此只在某一回转面内加平衡质量的静平衡方法并不能使其在回转时得到平衡。汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章动平衡计算方法在图14-7a 中，设转子的不平衡质量分布在1、2、3三个回转面内，分别用m1、m2、m3表示，其矢径相应为、。现将在平面1、2、3 内的质量 m1、m2、m3 分别用选定的两校正平面T和T 内的质量m1、m2、m3与m1，m2，m3

13、来代替。 图14 -7 转子动平衡计算a）转子受力图 b）T平面力矢量图 c）T 平面力矢量图 (二)回转件的动平衡汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章111111mllmmllm222222mllmmllm333333mllmmllm这样可以认为转子的偏心质量集中在 和 两个平面内。对于校正平面 ，由式（16.1）可得平衡方程为：TTT0332211bbrmrmrmrm作出向量图（图14.7b），求出 。只要选定 ，便可确定 。bbrmbrbm同理，对于平面 可得T0332211bbrmrmrmrm则有： (二)回转件的动平衡汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章作出向量图（图14

14、.7c），求出 ，只要选定 ，便可确定 。bbrmbrbm 由以上分析可以推出，任何一个回转体不管它得不平衡质量实际分布情况如何，都可以向两个任意选定的平衡平面内分解，在这两个平面内各加上一个平衡质量就可以使该回转体达到平衡。这种使惯性力的合力及合力矩同时为零的平衡称为动平衡。由此可见，至少要由两个平衡平面才能使转子达到动平衡。 经过动平衡的回转件一定是静平衡的，但静平衡的回转件不一定达到动平衡。结论： (二)回转件的动平衡汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章(二) 回转件的动平衡2. 回转件的动平衡试验 对于L/D02的回转件应作动平衡试验。利用专门的动平衡试验机可以确定不平衡质量、向径确切的大小和位置，从而在两个确定的平面上加上（或减去）平衡质量，这就是动平衡试验。动平衡机种类很多，除了机械式、电子式的动平衡机外，还有激光动平衡机、带真空筒的大型高速动平衡机和整机平衡用的测振动平衡仪等。 对于经过平衡的回转件，可用平衡精度A来表示回转件平衡的优良程度。 其中e e为许用质心偏距（mm），），为回转角速度。典型回转件的精度等级可查有关手册。1000eA （14-4） 汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章图图14 6 14 6 转子的动不平衡转子的动不平衡(二) 回转件的动平衡汽车机械基础汽车机械基础 第十四章第十四章小结小结