1、机械设计基础,2007.5,第五章 机械速度波动的调节,前面介绍主动构件等作回转运动时，为分析方便，我们总是假定它们是匀速转动的,这是有条件的.根据牛顿第一定律：仅当作用于机械的外力和等于零时，机械才能保持匀速运转。,实际机械是在外力作用下运转的。由于各种原因，作用于机械的和外力不可能恒等于零，因此，机械运转速度的波动在所难免。,速度波动的危害:使运动副中产生附加惯性力，降低机械的效率和工作可靠性；引起机械振动，影响零件的强度和寿命；降低机械的精度和工艺性能，使产品质量下降。,一、提出一个问题,机械设计基础,2007.5,一、作用在机械上的力,外力：重力、摩擦力、驱动力、工作阻力 阻力：机械工
2、作时需克服的生产阻力 驱动力：驱动原动件运动的力 机器动能方程式： 外力功 = 驱动功 阻力功 = 系统动能的增减量 盈功：驱动力作的功大于阻力作的功(速度波动) 亏功：驱动力作的功小于阻力作的功(速度波动),总之 , 只要 wdwc ，则 E 0 变化（速度波动）,机械设计基础,2007.5,三、速度波动的分类,1 周期性速度波动 2 非周期性速度波动,机械设计基础,2007.5,5.1 速度波动分类及调节方法,一、周期性速度波动,外力作周期性变化时，机械主轴角速度作周期性的变化如图5-1黑线所示。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。,图5-1周期性速度波动,运动周期:将
3、主轴的位置、速度和加速度从某一数值变回初始值的变化过程称为运动循环，其所需时间称为运动周期如上图所示，就整个循环来说，驱动力所做的功等于阻力所做的功，但在循环的每一瞬时却是不等的,机械设计基础,2007.5,5.1 速度波动分类及调节方法(续）,特征 在一个周期中，驱动力所作的功与阻力所作的功相等。,调节方法 在机械中加上一个转动惯量很大的回转件飞轮。,飞轮动能变化为,动能增加,飞轮存储能量. 动能减少,飞轮释放能量.,机械设计基础,2007.5,平均角速度：,机器运转的绝对不均匀度：,3. 速度不均匀系数(相对不均匀度）,许用不均匀系数 见p51表5-1,四、周期性速度波动的衡量指标,机械设
4、计基础,2007.5,由上式得：,四、周期性速度波动的衡量指标（续）,机械设计基础,2007.5,二、非周期速度波动,输入功在很长一段时间内总是大于输出功，机械运转速度不断升高； 或者输入功在很长一段时间内总是小于输出功，机械运转速度不断下降直至停车。,调节原理:采用调速器使输入功与输出功趋于平衡，以达到新的稳定运转。机械调速器体积庞大，灵敏度低，近代机器多采用电子调速装置实现自动控制。因此，本章主要讨论飞轮设计的有关问题。,离心调速器,机械设计基础,2007.5,二、飞轮设计的基本原理,设计原理: 近似认为飞轮的动能就是整个机械的动能。,设计基本问题: 已知作用于主轴的驱动力矩和阻力矩的变化
5、规律，要求在的允许范围内，确定需要安装的飞轮的转动惯量。,由此得安装在主轴上的飞轮的转动惯量,当主轴处于 时，飞轮具有最大动能 ；反之当主轴处于 时，飞轮具有最小动能 。 与 之差表示一个周期内动能的最大变化量，其值为,机械设计基础,2007.5,分析前式的三个结论,）当max与m一定时，且速度不均匀系数 已经很小时，略微减小的数值就会使飞轮转 动惯量激增(图7-3)。因此，过分追求运转速度 均匀将会使飞轮笨重，增加成本。,机械设计基础,2007.5,）当与m 一定时，max与与成正比，即最大盈亏功越大，机械运转速度越不均匀。,）J与m 的平方成反比，即主轴的平均转速越高， 所需安装在主轴上的
6、飞轮转动惯量越小.为了缩小飞 轮的尺寸,应将飞轮安装在机器中速度较高的轴上.,分析前式的三个结论,机械设计基础,2007.5,一、机械平衡的目的及内容,1 惯性力及其影响 2 机械平衡的目的 3 机械平衡的分类 4 机械平衡的方法,机械设计基础,2007.5,1 惯性力及其影响,运动的构件按运动形态可分为三类： 定轴转动、往复直线运动、复杂平面运动 除：1）等速直线运动的构件2）质量分布对其转动轴线完全对称的等速转动构件其它构件在运动过程中都将产生惯性力或惯性力偶矩产生附加动压力 摩擦、磨损、效率、振动噪音. 影响机械的工作精度、可靠性、寿命. 造成破坏性事故不平衡后果：电风扇、砂轮磨削、轴的
7、塑性变形,机械设计基础,2007.5,2 机械平衡的目的,减少或消除惯性力,机械设计基础,2007.5,3 机械平衡的分类,回转构件的静平衡 对长径比1/5的构件，作单面平衡 回转构件的动平衡 对长径比1/5的构件，作双面平衡,机械设计基础,2007.5,静平衡,静平衡的对象：沿轴向宽度很小的回转构件，其质量的分布可近似地认为在同一回转平面内。（单平面平衡） 对象确定：通常指其直径D与轴向宽度b的比值，Db5的构件），如齿轮、飞轮、带轮等。 平衡的原理：,例：单缸发动机曲轴，当已知其不平衡质量m的大小和质心C的位置时，可在其质心对方离回转中心e处加一平衡质量m，使其产生的离心力F与不平衡质量产
8、生的离心力F平衡，即,质径积,机械设计基础,2007.5,静平衡试验,理论上，可以根据质量的分布情况进行平衡计算，加上或减去平衡质量之后能做到回转构件完全平衡，但由于制造和装配的误差，以及材料内部的不均匀等原因，使得质量和质心位置的计算有误差，从而导致回转件达不到完全平衡，因此，有时还应当用静平衡试验方法加以平衡。,1。确定质心位置：试验时，将回转件轴架在刀口上，任其自由滚动，如回转件质心 C不在回转轴的轴 线上，则由于重量对回转轴线有一力矩作用，回转件将在导轨上左右来回摆动，良到其质心处于最低位置。,2。测定质径积：然后在质心的相反方向加一平衡质量（如橡皮泥之类的物体）再作试验，直至该回转件
9、达到随遇平衡为止。这时所加的平衡质量与其至回转轴线距离之乘积，即为该回转件达到静平衡所需加的质径积的人小。 3。修正质量分布：按试验所得的质径积，在结构允许的回转件径向位置上焊上、铆上一块金属，或者在其相反方向去掉一块材料，以使该回达到完全平衡,试验步骤：,静平衡实验,实验过程,机械设计基础,2007.5,二、回转构件的动平衡,动平衡的对象：轴向宽度很大的回转件，其质量分布不能再近似地认为是在同一回转面内， ，而应该看作分布于沿轴向的许多互相平行的回转面内（又称多平面平衡） 。如多缸发动机的曲轴、电机转子以及一些机床主轴等。 满足条件： 离心力之和应等于零； 其惯性力偶矩之和也必须等于零。,动平衡,
