机械设计基础 第7章 调速与平衡

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1、第7章机械的调速和平衡第一节机械运转速度波动的调节第二节回转件的平衡第一节机械运转速度波动的调节一、机械速度波动原因二、速度波动的分类及调节1.周期性速度波动2.非周期性速度波动三、周期性速度波动的调节——飞轮设计驱动力所做的功<阻力所做的功驱动力所做的功>阻力所做的功驱动力所做的功=阻力所做的功任意瞬时一、机械速度波动原因出现盈功，机械动能增加，转速增高。出现亏功，机械动能减少，转速下降。机械匀速转动1.周期性速度波动周期可以是一周（机床主轴、冲床等）二周（四冲程内燃机）数周（轧钢机）调节方法加转

2、动惯量大的飞轮。后果波动过大，影响机械系统正常工作。原因盈亏功呈周期性变化，速度波动也呈周期性变化。2.非周期性速度波动原因盈亏功变化无规律，速度波动无规律。调节方法：利用机械系统（原动机的是速度的函数且具有下降的趋势。如电动机。）后果一段时间内总出现盈功，速度越来越快，造成飞车；总出现亏功，速度会越来越慢，甚至停车。没有自调性的机械系统（如采用蒸汽机、汽轮机或内燃机为原动机的机械系统），安装一种专门的调节装置——调速器。机械式离心调速器三、周期性速度波动的调节——飞轮设计实际机械标牌上标出的转速。

3、3.速度不均匀系数1.平均速度工程中通常用计算式2.名义转速(额定转速)许用值4.飞轮设计的近似方法基本要求确定飞轮的转动惯量J，使机械的δ<[δ]基本原理假定：运动系统中，其他构件的动能与飞轮相比，可忽略不计。当飞轮处于ωmax时，具有动能的最大值Emax；当飞轮处于ωmin时，具有动能的最小值Emin。机械的最大盈亏功：一个周期内动能的最大变化量当Wmax和ωm一定时，J与δ为等边双曲线关系，过分要求δ很小，势必造成J很大，使飞轮质量很大，导致尺寸加大。当J和ωm一定时，Wmax与δ成正比。当W

4、max与δ一定时，J和ωm成反比。应将飞轮装在系统的高速轴上，可减小飞轮的尺寸。结论4.飞轮设计的近似方法φMdMrφEabcdea'三、Amax的确定方法在交点位置的动能增量△E正好是从起始点a到该交点区间内各代表盈亏功的阴影面积代数和。Amax＝Emax－Emin＝△EmaxEmax、Emin出现的位置：在曲线Md与Mr的交点处。E(φ)曲线上从一个极值点跃变到另一个极值点的高度，正好等于两点之间的阴影面积(盈亏功)。作图法求Amax：任意绘制一水平线，并分割成对应的区间，从左至右依次向下画箭头

5、表示亏功，向上画箭头表示盈功，箭头长度与阴影面积相等，由于循环始末的动能相等，故能量指示图为一个封闭的台阶形折线。则最大动能增量及最大盈亏功等于指示图中最低点到最高点之间的高度值。强调不一定是相邻点AmaxEmaxEmin可用折线代替曲线求得△E举例：已知驱动力矩为常数，阻力矩如图所示，主轴的平均角速度为：ωm=251/s,不均匀系数δ＝0.05，求主轴飞轮的转动惯量J。解：1)求Md,在一个循环内，Md和Mr所作的功相等，于是：作代表Md的直线如图。2)求Amax各阴影三角形的面积分别为：三个三角

6、形面积之和0～π/4π/4～3π/43π/4～9π/89π/8～11π/811π/8～13π/813π/8～15π/815π/8～2π10π/16-10π/815π/16-5π/810π/16-5π/85π/16区间面积10MrMd作能量指示图2πφkN-mπ3π/20书上例题自学由能量指示图，得：Amax＝10π/8＝3.93KN-mJ＝Amax/[δ]ω2m＝3.93×10/(0.05×252)Amax＝126kgm2轮形飞轮：由轮毂、轮辐和轮缘三部分组成。轮毂轮幅轮缘JA§7－3飞轮主要尺寸的

7、确定其轮毂和轮缘的转动惯量较小，可忽略不计。其转动惯量为：主要尺寸：宽度B、轮缘厚度H、平均值径DmHBDmm＝Vρ=πDmHBρρ为材料密度按照机器的结构和空间位置选定Dm之后，可得飞轮质量：选定飞轮的材料和比值H/B之后，可得飞轮截面尺寸。盘形飞轮：BD选定圆盘直径D，可得飞轮的质量：m＝VρπD2Bρ=4选定飞轮的材料之后，可得飞轮的宽度B。为保证安全，飞轮的外圆线速度不能超过许用值：铸铁飞轮：vmax≤36m/s铸钢飞轮：vmax≤50m/s应当说明，飞轮不一定是外加的专门附件。实际机械中，

8、往往用增大带轮或齿轮的尺寸和质量的方法，使它们兼起飞轮的作用，还应指出，本章介绍的飞轮设计方法，没有考虑除飞轮之外其它构件的动能变化，因而是近似设计。由于机械运转速度不均匀系数δ容许有一个变化范围，所以这种近似设计可以满足一般的使用要求。第二节回转件的平衡一、机械平衡的目的和分类二、刚性回转件平衡设计三、回转件的平衡试验1．静平衡试验2．动平衡试验一、机械平衡的目的和分类目的:合理分配机构中各构件的质量，使惯性力得到平衡。分类:刚性回转件平衡挠性回转件平衡回转件的平衡