机械速度的波动及调节

13.1机械速度的波动及调节13.2机械的平衡第13章机械的调速与平衡1.主要内容机械运转速度的波动与调节，机械的平衡2.重点、难点提示机械周期性速度波动的调节，刚性回转件的平衡。本章知识导读13.1.1机械的运转过程机械从开始运动到停止运动的整个过程称为机械运动的全过程。一般可分为以下三个阶段:启动阶段、稳定运转阶段和停车阶段13.1机械速度的波动及调节机械从静止状态启动到开始正常工作的过程称为启动阶段。在这个阶段，原动件加速运转，速度从零上升到正常工作速度。机械的动能由零上升到E。根据动能定理，此阶段内驱动力所做的功Wd大于阻抗力所消耗的功Wr，则有1.启动阶段机械保持等速运转或在其正常工作速度所对应的均值上下周期性波动运转是机械的稳定运转阶段，即在这一阶段做变速稳定运动，则有2.稳定运转阶段撤去驱动力，即Wd=0。在阻抗力作用下，原动件的速度由工作速度ωm逐渐下降为零，机械的动能E逐渐减少至零，则有3.停车阶段1.周期性速度波动的调节大部分机械的主轴在其主要工作阶段的运转速度是周期性波动的对机械的速度波动加以调节，使其速度波动被限制在允许的范围内，从而减少上述不良影响，这就是调节机械速度波动的主要目的13.1.2机械速度波动的调节在每个周期内，原动件的角速度ω变化规律是相同的，而且其平均角速度ωm保持不变。即在工程中常用最大角速度与最小角速度的算术平均值来近似计算平均角速度，即机械速度波动的程度可以用机械运转速度不均匀系数δ来表示，即在一个周期内，系统动能的最大变化量，其大小应等于同一周期内外力对系统所做的最大有用功，即可得速度不均匀系数δ为机械中安装一个具有等效转动惯量JF的飞轮后，速度不均匀系数δ变为当外力对系统做负功时，它又释放出储存的能量，使机械速度下降的幅度减小。飞轮的转动惯量用下式近似计算在机器的稳定运转时期，如果驱动力、生产阻力或有害阻力突然发生巨大变化，机器主轴的速度会跟着突然增大或减小，结果会引起机器速度过高，导致“飞车”而毁坏，或迫使机器停车如在内燃机驱动发电机的机组中，当载荷减小、所需发电量突然下降时，内燃机所供给的能量就会远远超过发电机的需要，这时必须采用特殊的机构来调节内燃机能量的供给量，使其产生的功率与发电机所需相适应，从而达到新的稳定运动由于机器运转速度的这种波动不是周期性的，且其作用不是连续的，故称为非周期性速度波动2.非周期性速度波动的调节13.2机械的平衡13.2.1机械平衡的目的与分类机械的平衡问题可分为以下两类:（1）绕固定轴回转构件的惯性力的平衡，简称回转件的平衡或转子的平衡当回转件的刚性较好、工作转速较低，远低于其一阶临界转速时，回转件完全可以看作是刚性物体，称为刚性回转件（2）机构的平衡。在一般机构中，存在着做往复运动或做平面运动的构件，其必然要产生惯性力但就整个机器而言，各构件的惯性力和惯性力偶矩可以合成为一个过机器质心的总惯性力和一个总惯性力偶矩，它们全部作用于机架上。总惯性力及总惯性力偶矩的平衡称为机构在机架上的平衡，简称机构的平衡1.静平衡对于轴向尺寸较小的盘状回转件（即宽径比B/D小于0.2），例如齿轮、带轮及盘形凸轮等，它们的质量可以视为分布在同一平面内。如果在回转件上有偏心质量，在转动过程中必然产生惯性力，从而在转动副中引起附加动压力13.2.2刚性回转件的平衡根据平衡条件，有一个静不平衡回转件无论含有多少个偏心质量，均可在一个平面内的适当位置，用增加（或去除）一个平衡质量的办法予以平衡，故静平衡又可称为单面平衡静平衡试验的示意图试验时，将欲平衡的回转件放到已调好水平的轨道上。如果回转件有偏心质量，回转件将在重力矩的作用下沿着轨道滚动，直至回转件的质心S处于轴心正下方，才停止滚动。此时可在轴心的正上（下）方任意半径处加（减）一适当的平衡质量，然后再重复上述试验，直到回转件在任何位置都能保持静止为止当回转件的轴向尺寸较大，即宽径比B/D大于0.2时（如多缸发动机的曲轴），其质量就不能再视为分布在同一平面内了。这时，其偏心质量可看成是分布在几个不同的回转平面内。即使回转件的质心位于转轴上，也将产生不可忽略的惯性力矩，这种状态只有在回转件转动时才能显示出来，故称为动不平衡2.动平衡比较静平衡和动平衡，有如下结论:（1）静平衡只需在一个平面内进行平衡，动平衡则必须在垂直于轴线的两个平面内进行平衡。（2）回转件满足了静平衡，不一定满足动平衡;若满足了动平衡，则一定满足静平衡。回转件的动平衡试验一般需在专门的动平衡试验机上进行。主要是用动平衡试验机测出回转件在两平衡基面上不平衡质量的大小和方位，从而在两个选定的平面上加上或减去平衡质量，最终达到平衡的目的静平衡而动不平衡的长回转件