机械设计基础 教学课件 作者 李立机械设计基础(15-18)第17章机械系统的动力分析.ppt

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1、教学目标重点难点教学内容思考练习第十七章机械系统的动力分析教学目标教学目标：1.了解机器运转过程中的速度波动；2.了解机械功、能和原动件运动速度的特点；3.掌握飞轮调速原理及飞轮设计的基本方法；4.了解非周期性速度波动的基本概念和方法；5.了解机械平衡的目的及分类；6.熟练掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法。首页重点：速度波动调节、平衡。难点：动平衡的计算。首页重点难点17.1机械运转速度的调节17.2刚性转子的振动与平衡小结思考与习题首页教学内容17.1机械运转速度波动的调节返回机械运转速度的调节机械运

2、转时，由于机械动能的变化会引起机械运转速度的波动，这也将在运动副中产生附加动压力，使机械的工作效率降低，严重影响机械的寿命和精度。因此必须对机械系统过大的速度波动进行调节，使波动限制在允许的范围内，保证机械具有良好的工况，这就是机械的调整问题。返回机器从启动到停止一般经过三个阶段，如图17-1所示。17.1.1机器速度波动的原因及类型图17-1机器的运转过程返回1.启动阶段机器从静止状态启动到开始稳定运转的过程称为启动阶段。在启动阶段中驱动功大于总消耗功（工作阻力功和损耗功之和），驱动力的剩余部分用来增加

3、机器的动能，因此在启动阶段机器主轴作加速运动。2.稳定运转阶段当驱动功与总消耗功相等时，机器的动能不再增加，机器的速度保持等速或绕某一速度作周期性波动。3.停车阶段当撤去驱动力开始停车时，机器的驱动功变为零。此时机器凭借稳定运转时具有的动能克服阻力作功，机器的动能逐渐减少，主轴转速逐渐下降。当储存的动能全部耗尽时机器完全停止运转。机械运转速度的调节返回机械是在外力（驱动力和阻力）作用下运转的。驱动力所作的功是机械的输入功，阻力所作的功是机械的输出功。输入功与输出功之差形成机械动能的增减。如果输入功在每段时

4、间都等于输出功（例如用电动机驱动离心式鼓风机），则机械的主轴保持匀速转动。但是有许多机械在某段工作时间内，输入功不等于输出动。当输入功大于输出功时，出现盈功。盈功转化为动能，促使机械动能增加。当输入功小于输出功时，出现亏功。亏功需动能补偿，导致机械动能减小。机械动能的增减形成机械运转速度的波动。这种波动会使运动副中产生附加的作用力，降低机械效率和工作可靠性；会引起机械振动，影响零件的强度和寿命；还会降低机械的精度和工艺性能，使产品质量下降。因此，对机械运转速度的波动必须进行调节。使上述不良影响限制在容许范

5、围之内。机械运转速度的波动可分为两类：17.1.2机械运转速度波动调节的目的和方法机械运转速度的调节返回1.周期性速度波动当外力作周期性变化时，机械主轴的角速度也作周期性的变化。机械的这种有规律的、周期性的速度变化称为周期性速度波动。由图17-2可见，主轴的角速度。在经过一个运动周期T之后又变回到初始状态，其动能没有增减。也即是说，在一个整周期中、驱动力所作的输人功与阻力所作的输出功是相等的，这是周期性速度波动的重要特征。但是在周期中的某段时间内，输入功与输出功却是不相等的，因而出现速度的波动。运动周期T

6、通常对应于机械主轴回转一转（如冲床）、两转（如四冲程内燃机）或数转（如轧钢机）的时间。图17-2机械运转速度的调节返回调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上一个转动惯量很大的回转件——飞轮。盈功使飞轮的动能增加，亏功使飞轮的动能减小。飞轮的动能变化为ΔE=J（ω2-ω02）/2，显然，动能变化数值相同时，飞轮的转动惯量J越大，角速度ω的波动越小。此外，由于飞轮能利用储蓄的动能克服短时过载，故在确定原动机额定功率时只需考虑它的平均功率，而不必考虑高峰负荷所需的瞬时最大功率。由此可知，安装飞轮不仅可避免机

7、械运转速度发生过大的波动，而且可以选择功率较小的原动机。2.非周期性速度波动如果输入功在很长一段时间内总是大于输出功，则机械运转速度将不断升高，直至超越机械强度所容许的极限转速而导致机械损坏；反之，如输入功总是小于输出功，则机械运转速度将不断下降，直至停车。汽轮发电机组在供汽量不变而用电量突然增减时就会出现这类情况。这种速度波动是随机的、不规则的，没有一定的周期，因此称为非周期性速度波动。这种速度波动不能依靠飞轮来进行调节，只能采用特殊的装置使输入功与输出功趋于平衡，以达到新的稳定运转。这种特殊装置称为调

8、速器。机械运转速度的调节返回如图17-2所示，若已知机械主轴角速度随时间变化的规律ω=f(t)时，一个周期的实际平均值ωm和可由下式求出。17.1.3运转的平均速度和不均匀系数机械运转速度的调节（17-1）这个实际平均值称为机器的“额定转速”。由于ω的变化规律很复杂，故在工程实际中都以算术平均值作为实际平均值，即（17-1）（17-2）（17-3）式中ωmax和ωmin分别为最大角速度和最小角速度。机械运转速度波动的相对值用机