电科大机械原理课件第10章 机械的功率平衡

第10章机械的功率平衡机构原动件的运动规律由各构件的质量、转动惯量和作用在机械上的力等因素决定，即原动件的运动规律并非绝对均匀。机械运转的三个阶段停车：阻力的功等于动能减量稳定运转期：动力功Wd=阻力功WcDW=Wd-Wr

=E2-E1=DE功能关系只要Wd≠Wr

,系统运动就不可能匀速启动：驱动力做功等于阻力的功加系统动能增量在机械稳定运转过程中，其等效构件在稳定运转的一个周期φr

内所受等效驱动力矩Md(φ)与等效阻力矩Mr(φ)

的变化曲线。产生周期性速度波动的原因在于：作用在机械系统上的等效力矩和（或）等效转动惯量，是等效构件位置的周期性函数。速度波动产生的不良后果：①在运动副中引起附加动压力，加剧磨损，使工作可靠性降低。②引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低。③影响机械的工艺过程，使产品质量下降。④载荷突然减小或增大时，发生飞车或停车事故。为了减小这些不良影响，就必须对速度波动范围进行调节。二、速度波动调节的方法1.对周期性速度波动，可在转动轴上安装一个质量较大的回转体（俗称飞轮）达到调速的目的。2.对非周期性速度波动，需采用专门的调速器才能调节。飞轮调速的实质：起能量储存器的作用。转速增高时，将多于能量转化为飞轮的动能储存起来，限制增速的幅度；转速降低时，将能量释放出来，阻止速度降低。锻压机械：在一个运动循环内，工作时间短，但载荷峰值大，利用飞轮在非工作时间内储存的能量来克服尖峰载荷，选用小功率原动机以降低成本。应用：玩具小车、锻压机械、缝纫机缝纫机等机械利用飞轮顺利越过死点位置。玩具小车利用飞轮提供前进的动力；机械的非周期性速度波动及其调节非周期性速度波动调节的思路是：设法使驱动力矩所作的功与工作阻力所作的功恢复一定的平衡关系，即通过改变对原动机能量供应的方法予以调节，这犹如汽车上坡时需加大油门以增大油量的供给，而下坡时减小油门以减小油量的供给一样。常见的调节方法有两种：一是利用原动机的自调性；二是采用反馈控制方法进行调节。离心式调速器的工作原理：发动机用油油箱供油油箱供油发动机用油油箱供油进油减少转速降低开口增大回油增加平面机构的平衡当机构中存在作往复运动和平面复合运动的构件时，这些构件在运动中产生的惯性力和惯性力矩不可能像转子那样在构件本身上予以平衡，必须对整个机构进行平衡。机构平衡的条件是：通过机构质心的总惯性力和总惯性力偶矩M分别为零，即：

P=0

M=0一、平面机构惯性力的平衡条件对于活动构件的总质量为m、总质心S的加速度为as的机构，要使机架上的总惯性力P平衡，必须满足：as=0

机构的总质心S匀速直线运动或静止不动。欲使as=0,就得设法使总质心S静止不动。二、机构惯性力的完全平衡1.利用对称机构平衡：平衡效果很好，但使机构的体积增大。完全平衡：使机构的总惯性力恒为0。常用的方法有：2.利用平衡质量平衡将构件2的m2用集中于B、C两点的两个质量代换；在构件1和3的延长线上各加一平衡质量，使其质心分别移到固定轴A和D处：m’=(m2BlAB+m1lAS’1)/r’m’’=(m2ClDC+m3lDS’3)/r’’m2B=

m2lCS’2/lBCm2C=

m2lBS’2/lBC1）四杆机构的完全平衡加上m’和m’’后，可以认为在A和D处分别集中了两个质量mA和mD:

机构的总质心S’静止不动，as=0

机构的惯性力得到完全平衡。2）曲柄滑块机构的完全平衡

进行质量代换，得到A、B、C三点的集中质量mA、mB和mC；

在构件2的延长线上加平衡质量m’，使m’和mC的总质心移至B点；

在构件1的延长线上加平衡质量m’’，使机构的总质心移至固定点A。整个机构的惯性力达到完全平衡。上述方法由于加装了若干个平衡质量，大大增加机构的质量，尤其是把平衡质量装在连杆上时更为不利。3）缺点：三、机构惯性力的部分平衡1.利用非完全对称机构平衡只平衡机构中总惯性力的一部分。常用的方法有：2.利用平衡质量平衡1）将连杆的质量m2用集中于B点和C点的质量m2B和m2C来代替，将曲柄的质量用集中于点B和点A的质量m1B和m1A来代替。2）PB的平衡：在AB的延长线上加一平衡质量m’

m’’所产生的惯性力在水平和铅垂方向的分力分别为：P’’h=-m’’w2rcosj=-mC

w2lAB

cosjP’’v=-m’’w2rsinj=-mC

w2lAB

sinjP’’h=-PC

P’’h可以将mc产生的往复惯性力PC平衡掉。在曲柄的延长线上离

A点为r的地方再加一质量m’’,

使：3）PC的平衡：PC的大小随曲柄的转角的不同而不同。P’’v=-m’’w2rsinj=-mCw2lABcosj新的不平衡力P’’v，对机构也会产生不利影响。减少P’’v不利影响的方法：只平衡部分往复惯性力。在减小往复惯性力