第七章 机械平衡与调速

1、第七章机械的调速与平衡一、基本要求1了解速度波动的类型和调节方法,了解飞轮设计的基本原理;2了解机械平衡的目的和分类,掌握刚性回转件静平衡和动平衡的设计方法;二、重点、难点指导本章的重点:周期性速度波动的调节方法,飞轮设计的基本原理,刚性回转件的静平衡和动平衡的设计计算。本章的难点:飞轮的设计和动平衡设计计算。1.机械的速度波动与调节机械速度波动的类型及调节方法:1周期性速度波动:当外力作周期性变化时,机械主轴的角速度也作周期性变化,这种速度波动称为周期性速度波动。有周期性速度波动的机械系统,可以利用飞轮储能和放能的特性来调节机械速度波动的大小。飞轮的作用就是调节周期性速度的波动范围和调节机械

2、系统能量。2对于非周期性速度波动的机械系统,不能用飞轮进行调节。当系统不具有自调性时,则需要利用调速器来对非周期性速度波动进行调节。2.机械平衡(1机械平衡的目的平衡的目的是尽可能地消除或减小惯性力对机械的不良影响。(2机械平衡的分类机械平衡可分为回转件的平衡和机构的平衡两类。回转件又可分为刚性回转件和挠性回转件。根据不平衡质量分布情况,回转件的平衡可分为静平衡和动平衡。1静平衡设计。对于轴向尺寸很小的回转件(b/D<0.2,其质量可以近似地认为分布在同一回转面内。当回转件匀速转动时,这些质量产生的离心惯性力构成一平面汇交力系。静平衡条件:回转件上各偏心质量的离心惯性力的合力为零或质径积

3、的矢量和为零。2动平衡设计。对于轴向尺寸较大(b /D >0.2的回转件,其质量不能近似地认为分布在同一回转平面内,而是分布在几个不同的回转平面内。回转件转动时所产生的离心力系是空间力系。动平衡条件:各偏心质量的惯性力的矢量和等于零,其惯性力矩的矢量和也等于零。由于动平衡同时满足了静平衡的条件,所以,达到动平衡的回转件也一定是静平衡的,但是,达到静平衡的回转件不一定是动平衡的。注意:在求解这类问题时,平行力系的分解过程需用理论力学平行力分解的知识。在所选取的两个平衡平面内,被分解的惯性力的确定,与平衡平面选取的位置有关。在实际中,还需在动平衡机上进行动平衡试验。使其偏心距或质径积小于其许

4、用的偏心距或许用质径积,以保证其良好运转。3.回转件的平衡试验经过平衡计算的回转件在理论上是完全平衡的,但由于制造和安装误差及材质不均匀等原因,还会存在不平衡现象,这种不平衡现象只能用试验的方法来进一步平衡。平衡试验也相应有静平衡试验和动平衡试验两种。三、典型例题分析例1图7-1所示为一均匀圆盘转子,工艺要求在圆盘上钻4个圆孔,圆孔直径及孔心到转轴O 的距离分别为:d 1=40mm ,r 1=120mm ,d 2=60mm ,r 2=100mm ,d 3=50mm ,r 3=110mm ,d 4=70mm ,r 4=90mm ,方位如图。试对该转子进行平衡设计。图7-1均匀圆盘解设单位面积的质

5、量为1,其4个孔的质径积分别为m 1r 1=(d 1/22120=48000m 2r 2=(d 2/22100=90000d 1234m3r3=(d3/22110=68750m4r4=(d4/2290=108450作矢量多边形如图7-2所示,从矢量图中可知:m e r e=43×2000=86000若在半径r e=100mm且与x轴正向成=46o的位置上,挖圆孔的直径d5=58.65mm,即可平衡。 图7-2矢量多边形四、复习思考题1.为什么要对回转件进行平衡?2.何谓动平衡设计?何谓静平衡设计?它们各满足什么条件?哪一类构件只需进行静平衡设计?哪一类构件必须进行动平衡设计?3.要求

6、进行平衡设计的回转件,如果只进行静平衡设计是否一定能减轻不平衡质量造成的不良影响?4.何谓质径积?回转件平衡时为什么要用质径积来表示不平衡量的大小?5.为什么说,经过静平衡设计的回转件不一定是动平衡的,而经过动平衡设计的回转件必定是静平衡的?6.动平衡设计后的回转件是否再进行静平衡设计?为什么?7.何谓平均速度和不均匀系数?不均匀系数是否选得越小越好?安装飞轮后是否可能实现绝对匀速转动?8.欲减小速度波动,转动惯量相同的飞轮应装在高速轴上还是低速轴上?9.飞轮的调速原理是什么?为什么说飞轮在调速的同时还能起到节约能源的作用?10.飞轮设计的基本原则是什么?为什么飞轮应尽量装在机械系统的高速轴上

7、?五、自测题1.填空题1若不考虑其他因素,单从减轻飞轮质量上看,飞轮应安装在轴上。2刚性回转件的平衡设计可分为两类:一类是,其质量分布是,平衡条件是;另一类是,其质量分布,平衡条件是。3静平衡的回转件是动平衡的,动平衡的回转件是静平衡的。4研究机械平衡的目的是部分或完全消除构件在运动时所产生的,减少或消除在机构各运动副中所引起的力,减轻有害的机械振动,改善机械工作性能和延长使用寿命。2.选择题1在机械系统速度波动的一个周期中的某一时间间隔内,当系统出现时,系统的运动速度,此时飞轮将能量。A.亏功,减小,释放;B.亏功,加快,释放;C.盈功,减小,储存;D.盈功,加快,释放。2为了减小机械运转中周期性速度波动的程度,应在机械中安装。A.调速器;B.飞轮;C.变速装置。3若不考虑其他因素,单从减轻飞轮质量上看,飞轮应安装在。A.高速轴上;B.低速轴上;C.任意轴上。4机械系统中安装飞轮后可使其周期性速度波动。A.消除;B.减少;C.增加。5机器安装飞轮后,原动机的功率可以比未安装飞轮时。A.一样;B.大;C.小;D.A、C的可能性都存在。6机器运