第15章机械的平衡和调速

第六章机械动力学第15章机械的平衡和调速15.1机械平衡概述

第15章机械的平衡和调速机械平衡目的1、机械平衡的目的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，以消除或减小惯性力的不良影响。机械的平衡是现代机械的一一个重要问题。对于高速、高精密机械尤为重要;但有一些机械却是利用构件产生的不平衡惯性力所引起的振动来工作。对于此类机械则是如何合理利用不平衡惯性力的问题。机械平衡内容2、机械平衡的内容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衡。即设法使各运动构件惯性力的合力和合力偶得到完全地或部分地平衡，以消除或降低其不良影响。这类平衡问题为机构的平衡或机械在机座上的平衡。导轨式静平衡架刚性转子的静平衡试验OOQSQSQSOOQSQSOOQSQSOOQSQSOOQS导轨式静平衡架QQQ滚子式平衡架QQ单摆式平衡架第三节机械运转速度波动及调节15.3机械速度波动的调节

机械在外力(驱动力和各种阻力)作用下运转时，若每一瞬时驱动力所作驱动功Wd与各种阻力所作的阻抗功Wr相等，机械就能保持匀速运转。多数机械在工作时，并不能保证任一瞬时驱动功Wd与阻抗功Wr总是相等。当Wd>Wr时，驱动力作功有盈余，出现盈功。盈功转化为动能，促使机械动能增加，机械转速加快。当Wd<Wr时，驱动力作功不足，出现亏功。亏功需动能补偿，导致机械动能减小，机械转速减慢。盈功和亏功统称为盈亏功。第三节机械运转速度波动及调节

机械在运转过程中出现盈亏功时，机械的动能就会发生变化，导致机械运转速度发生波动。这种波动会使运动副中产生附加动压力，降低机械效率和工作可靠性；会影响机械振动，影响零件的强度和寿命；还会降低机械的精度和工艺性能，使产品质量下降。因此必须对机械速度波动进行调节，使上述不良影响限制在容许范围之内。机械速度波动可以分为周期性速度波动和非周期性速度波动。TT

m启动停车稳定运转t

min

max15.3.1.周期性速度波动

周期性速度波动是由于机械动能增减呈周期性变化，造成机械主轴角速度

随之作周期性的波动

主轴角速度

从某一数值变回到原值所经历的时间为一个运动周期T。

在整个运动周期中，驱动力所作的功与阻力所作的功是相等的，但在一个运动周期中的任意瞬时却不一定相等。运动周期T通常对应于机械主轴回转一转(如冲床)、两转(如四冲程内燃机)或数转(如轧钢机)的时间。t

TT

m启动停车稳定运转

min

max

调节周期性速度波动的常用方法是在机械的转动构件上加一个转动惯量很大的回转件–––飞轮。当Wd>Wr时，飞轮速度略有增加，就可将多余能量储存起来；当Wd<Wr时，飞轮速度有减小，便可将能量释放出来，从而抑制了速度波动的幅度。t

TT

m启动停车稳定运转

min

max

15.3.2飞轮设计的基本概念

飞轮设计的基本问题是已知作用在主轴上的驱动力矩和阻力矩的变化规律，要求在机械运转速度不均匀系数

的许用范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量。

一般机械中，飞轮常装在机械的高速轴上，机械中其它运动构件的动能比飞轮的动能小很多，可以近似认为飞轮的动能就等于整个机械所具有的动能。这样，飞轮动能的最大变化量Emax应等于机械最大盈亏功Wmax

。

又设飞轮的转速为n，即

n/30，得到飞轮的转动惯量为

结论

●当Wmax和

一定时，J与其转速n的平方成反比。为了减小飞轮尺寸，飞轮一般装在机械中转速较高的轴上。

●当J与n一定时，最大盈亏功Wmax与机械运转速度不均匀系数

成正比，即机械运转速度愈不均匀，Wmax愈大。

●当n与Wmax一定时，J与机械运转速度不均匀系数

之间的关系为一等边双曲线。J愈大，

就愈小，机械转速愈接近于匀速。而当

较小时，再略减

，则J将增大很多。因此过分追求机械运转速度的均匀性，会使飞轮笨重，成本增加。此外，不可能靠加大飞轮转动惯量J使机械运转速度绝对均匀(

0)。飞轮结构辐板式飞轮轮辐式飞轮孔板式飞轮离心式调速器基本要求●掌握建立单自由度机械系统等效动力学模型以确定机械的真实运动