机械设计基础 完整课件第14章 机械的平衡与调速

机械设计基础（近机类）学习指导14-1返回目录第14章机械的平衡与调速14.1教学基本要求本章讨论机械的平衡与调速。机械平衡与调速的目的与分类；平衡原理与方法；速度波动的调节方法；飞轮主要尺寸的确定。1）熟练掌握刚性转子的静平衡与动平衡等基本概念；2）重点掌握刚性转子的平衡方法；3）熟练掌握周期性与非周期性速度波动产生的原因及其调节方法，重点是飞轮的设计；4）理解机械运转的平均速度和速度不均匀系数的概念。基本概念机械平衡的目的是尽量消除附加动压力，减轻机械振动现象，以改善机械工作性能和延长使用寿命。静平衡：只要求刚性转子的惯性力达到平衡。动平衡：不仅要求刚性转子的惯性力达到平衡，还要求由惯性力引起的力偶矩也达到平衡。常见的非周期性速度波动的调节方法有两种：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。周期性速度波动的常用调节方法是安装飞轮，即在机械系统中安装一个具有较大转动惯量的盘状零件。机械运转速度波动的相对值用速度不均匀系数d表示，即mwwwdminmax-=。d愈小，表示机械运转愈均匀，运转平稳性愈好。不同类型的机械，所允许的波动程度是不同的，为了使所设计的机械系统在运转过程中速度波动在允许范围内，设计时应保证][dd≤。飞轮按构造可分为轮形和盘形两种，轮形的42mDJF≈，盘形的82mDJF=，2mD称为飞轮矩，其单位为2mkg⋅。机械设计基础（近机类）学习指导14-214.2重点与难点分析本章的重点是：刚性转子的平衡设计，即静平衡设计与动平衡设计；周期性速度波动的调节方法，即飞轮的设计。1.刚性转子的平衡设计回转件静平衡的条件是：分布在回转件上各个质量的离心惯性力合力为零或质径积矢量和为零，即：；而由于制造或安装误差以及材质不均匀等非设计方面的原因造成的不平衡，只能通过试验的方法来消除，即利用静平衡架找出回转件不平衡质径积的大小和方向，并由此确定平衡质量的大小和位置，从而使其质心移到回转轴线上以达到静平衡。回转件动平衡的条件是：分布在回转件上各个质量的离心惯性力合力为零；同时离心力所引起的力偶的合力偶矩也为零，即。力是可以平行分解的，所以，所有惯性力可以分解到两个平行平面中，满足∑∑==ΠΙ00FF，，即可达到动平衡（Ι、Π为两个平衡面，动平衡方法，相当于两个平衡面的静平衡问题）。特别注意：动平衡的转子一定是静平衡的；反之，静平衡的转子不一定是动平衡的。2.飞轮转动惯量的确定熟练掌握机械周期性速度波动的原因及调节方法，理解机械中安装飞轮的作用，飞轮调速原理及飞轮设计的基本方法。重点是掌握飞轮转动惯量的确定，即：JWJmF-≥][][2dw，其中关键在于确定最大盈亏功][W。14.3典型例题分析例14-1一机械系统在稳定运转的一个周期内，等效阻力矩rM的变化规律机械设计基础（近机类）学习指导14-3如图示，等效驱动力矩Md为常数，等效转动惯量J=01.kg⋅m2，等效构件的平均转速900=mnr/min，试求：例14-1图解：求解运转速度不均匀系数d和求解飞轮转动惯量JF这类问题时，通常步骤是：第1步，根据一个运动循环等效驱动力矩和等效阻力矩所做的功相等求解第2步，是关键步骤，即确定最大盈亏功][W第3步，代入公式JWJmF-≥][][2dw求解〔1〕10mN2220440=⋅×+×=pppdMN⋅m〔2〕a至bΔW=×=1025ppJb至cΔW=-×=-30475pp.Jc至dΔW==1025ppJd至eΔW=-5pJe至fΔW=25.pJ位置abcdeaWΔJ05p-2.5p2.5p-2.5p0所以p5.7][=WJ〔3〕wmax在b处，wmin在c或和e处1）等效构件上的驱动力矩Md；2）wmax和wmin的位置；3）最大盈亏功][W；4）运转速度不均匀系数d；5）若要求d=001.，在等效构件上安装飞轮的转动惯量JF应为多少？机械设计基础（近机类）学习指导14-4〔4〕[]0265.090022==JnWmpd〔5〕[]165.0][90022=-=JnWJmFdpkg⋅m2例14-2图示的回转构件中有两个不平衡质量m1和m2，T'和T''为选定的校正平面，已知：kg51=m，kg122=m，j1030＝，j20120＝，mm1001=r,mm502=r，L=400mm，mm1501=L，mm3002=L，拟在两平面内半径mm150=r圆周上配置平衡质量bm′和bm′′。试求bm′和bm′′的大小和相位(从OX轴正向测量)。例14-2图解：mmkg500mmkg100511⋅=⋅×=rmmmkg600mmkg501222⋅=⋅×=rm()()LLLrmrmrmT/1111111-=′′=′()400/mmkg150400500⋅-×==3125.kgmm⋅()()()400/mmkg300400600/2222222⋅-×=-=′′=′LLLrmrmrmT=150kgmm⋅()400/mmkg150500/1111111⋅×==′′′′=′′LLrmrmrmT=1875.kgmm⋅()400/mmkg300600/2222222⋅×==′′′′=′′LLrmrmrmT=450kgmm⋅T'平面平衡质径积mrmrmrbb''''''ρρρ++=11220T平面平衡质径积mrmrmrbbρρρ++=11220解得bm′=2.3kgj'=°236机械设计基础（近机类）学习指导14-5bm′′=3.33kgj''=°27814.4自测试题14.4.1判断题1．若刚性转子满足动平衡条件，则可以说该转子也满足静平衡条件。（）2．不论刚性回转体上有多少个平衡质量，也不论它们如何分布，只需要在任意选定两个平面内，分别适当地加平衡质量即可达到动平衡。（）3．机械运转速度波动调节的目的是为了完全消除机械的速度波动。（）4．为了使机器稳定运转，机器中必须安装飞轮。（）14.4.2选择题1．设图示回转体的材料均匀，制造精确，安装正确，当它绕AA轴线回转时是处于状态。（1）静不平衡(合惯性力Fb∑≠0)；（2）静平衡(合惯性力Fb∑=0)；（3）完全不平衡(合惯性力Fb∑≠0，合惯性力矩Mb∑≠0)（4）动平衡(合惯性力Fb∑=0，合惯性力矩Mb∑=0)。机械设计基础（近机类）学习指导14-62．机器中安装飞轮的一个原因是为了。（1）消除速度波动；（2）达到稳定运转；（3）减小速度波动；（4）使惯性力得到平衡，减小机器振动。3．为了减轻飞轮的重量，飞轮最好安装在。（1）等效构件上；（2）转速较低的轴上；（3）转速较高的轴上；（4）机器的主轴上。14.4.3填空题1．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。2．为了调节机械运转中非周期性速度波动的程度，应在机械中安装。3．若不考虑其他因素，单从减轻飞轮的重量上看，飞轮应安装在。返回目录