机械设计基础 陈远华第14章 机械的调速与.ppt

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1、第14章机械的调速与平衡*引入案例机械运转过程中所产生的速度波动，会在运动副中引起附加动压力，加剧摩擦和磨损，使机械效率和工作可靠性降低；会影响机械的工艺过程，使产品质量下降。为了减小这些不良影响，有必要对机械的速度波动加以调节，使机械的运动在允许的范围内波动，保证机械的正常工作。对于许多作高速转动的构件，通常称为回转件或转子，由于转子的质量分布不均匀，转子运转时的离心惯性力就会在轴承中引起很大的动载荷，不仅影响转子的运转精度，而且会影响转子和轴承的寿命，严重时会造成转子和轴承的破坏甚至会酿成生产事故。为了确保转

2、子的运动精度和安全生产，必须设法消除或减少转子运转时离心惯性力的不良影响，即对转子进行平衡设计与实验。图示为剪板机的工作原理图14.1机械速度波动与调节14.2刚性回转件的平衡14.1机械速度波动与调节14.1.1机器的运转与功能的关系机器运转可分为三个时期：启动、稳定运转和停车。相比之下，稳定运转是一个长时期过程图14-2机械运转过程的三个阶段启动时期W>0，ΔE>0，主轴转速ω由零增至平均速度ωm。停车时期W<0，ΔE<0，ω由ωm减小至零。稳定运转时期，机械进入正常工作，此时机械主轴的角速度可能为常数，称为

3、稳定运转。在稳定运转时期内，主轴的角速度在某一平均角速度ωm上下做周期性波动，称为变速稳定运转。机械在一个运动循环中，动能、盈亏功可能为零，但在稳定运转时期的一个运动循环内的任一时间里，Wd与Wc不是时时相等的，由于出现盈亏功W，导致速度的波动，影响工作和产品质量，因此需要进行调速。14.1.2调速的目的与方法机械在运转过程中，由于运转速度的波动，使变速运动构件产生惯性力，在运动副中产生附加的动压力，降低机械的寿命和效率，由于速度的波动引起系统的振动，降低机械工作的稳定性和可靠性，降低产品质量，因此必须设法调节机

4、械速度的波动，使速度的波动被限制在许可的范围之内，这就是调速的目的。调速的方法根据速度波动的类型而异，当外力等参变量作周期性变化时（如机械系统中含有连杆、凸轮等机构），将产生周期性速度波动，工程中常利用飞轮调速度。当外力等参数变量作无规则的非周期性变化时（如发电机组，其负荷无规则变化），将产生非周期性速度波动，此时用飞轮是不能起到调速作用的，而需要采用专门的调速器调速。14.1.3机械系统周期性速度波动及其调节1.周期性速度波动的产生和飞轮的调速作用机械在稳定运转时期，Wd和Wr周期性变化，使运动构件的角速度ω也

5、作周期性变化，在平均值ωm上下波动，每经一个周期T（或角位移周期T）便重复一次，故称周期性速度波动。图14-3周期性速度波动对于周期性速度波动，工程上常用飞轮调速。为表征速度波动的程度，引用了机器运转速度的不均匀系数δ。2.飞轮设计的近似方法3.飞轮主要尺寸的确定14.1.4非周期性速度波动及调节方法工程上常见的调节方法有以下两种：1.以异步电动机为原动机的机械系统，因异步电机具有自调性，当转速减小时，驱动力矩Md将会增加，限制速度的降低；当转速增大时，Md将相应减少限制速度的升高。故这种原动机具有自调性，不需另

6、加调速装置。2.以内燃机、汽轮机等为原动机的机械系统不具有自调性，需采用专门的调速器进行调速，如图14-5所示为一种机械式的离心调速器，它借助立轴上的摇杆滑块机构随速度的波动，使重锤K在离心力的作用下上下摆动，于是连动滑块N上下移动，通过杠杆MR自动调节节流阀门的大小，控制进入内燃机的燃油多少改变内燃机驱动力矩Md的大小，使机组主轴的转速保持稳定，达到调速的目的。图14-5机械式离心调速器14.2刚性回转件的平衡刚性回转件的平衡按回转件质量分布的情况不同，可分为静平衡和动平衡两类。14.2.1静平衡设计对于径宽比

7、D/b≥5的盘形件，如飞轮、盘形凸轮、砂轮等，其质量的分布可近似地认为在同一回转面内。但当回转件的质心不在回转轴上，转动时偏心质量就会产生离心惯性力，从而在运动副中引起附加动压力，引起系统的振动，降低工作和产品质量。为消除惯性力的不良影响，设计时需要先根据回转件结构定出偏心质量的大小和方位，再计算出为平衡偏心质量需添加的平衡质量的大小及方位，最后在回转件的设计图上加上该平衡质量，以便使设计出来的回转件在理论上达到平衡。这类平衡实属平面汇交力系的平衡，一经平衡，回转件的质心与回转中心便重合，称静力平衡。14.2.2

8、动平衡设计对于径宽比D/b<5的长形回转件，如多缸发动机的曲轴、电动机转子、汽轮机的转子及一些机床主轴等，其质量的分布不能再近似地认为在同一回转面内，而应看作分布于沿轴力系，它们是空间力系。其平衡条件是：分布于回转件上各个质量的离心力的合力等于零，同时离心力所引起的力偶的合力矩也等于零，称这种平衡为动平衡。