机械设计基础-第八章平衡和调速分析.ppt

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 南京航空航天大学 机电学院 College of Mechanical and Electrical Engineering 机械设计基础之第八章 调速和平衡 机械工作的平稳性是衡量其性能的重要指标之一。影响机械工作平稳性的原因很多，其中回转构件的速度波动及不平衡是两个重要因素。 对于大多数机械来说，由于其原动机的驱动力和工作机的阻抗力都是变化的，两者不能时时适应——机械速度波动 机械运动中，运动构件的惯性力引起机械各运动副中的动压力，造成运动副中附加摩擦力和构件的附加应力。为了避免构件惯性力，必须合理的分配各构件的质量，使得惯性力得以平衡。 8.1 机械速度波动的调节 8.2 转子的平衡 8.3 转子平衡的实验 8.1 机械速度波动的调节 机械运转速度波动调节的目的和方法 在机器的运转过程 输入功：驱动力所做的功。 输出功：阻力所做的功。 盈功：输入功大于输出功的状态。 亏功：输入功小于输出功的状态。 机械的速度是在原动机驱动力和工作机阻力的共同作用下决定的。 机械速度波动原因 驱动力所做的功=阻力所做的功 机械匀速转动 驱动力所做的功阻力所做的功 出现盈功，机械动能增加， 转速增高。 多余的输入功将以动能的形式储存在机器中 启动阶段 稳定运 行阶段 驱动力所做的功阻力所做的功 出现亏功，机械动能减少， 转速下降。 停车阶段 机器在启动和停车阶段输入功和输出功不相等，其转速不稳定，这种运转过程称为机器的过渡过程。 如果在机器稳定运行阶段也存在速度的波动，这对设备的运行和产品的质量是不利的，应该加以消除或者调节。 速度波动引起的危害？ ① 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； ② 引起机械振动，影响零件的强度和寿命； ③ 降低机械的精度和工艺性能，使产品质量下降。 1、周期性速度波动 速度波动的分类 （周期性和非周期性） 当外力作周期性变化时，机械主轴的转速也作周期性变化，这种有规律、周期性的速度变化称为周期性速度波动。 特征：在一个周期内驱动力和阻力所作的功相等，但在 周期内某一时间段，输入功和输出功却不相等。 运动周期T 通常对应于机械主轴回转1周（冲床）、2周（四冲程内燃机）和数周（轧钢机）的时间。 措施：安装转动惯量较大的回转件——飞轮（转动惯量较大的盘形零件）。 原理：盈功时飞轮储存能量，飞轮的动能增加，使主轴 角速度上升的幅度减小； 亏功时飞轮释放其能量，飞轮动能减少，使主轴 角速度下降的幅度减小 飞轮动能的变化量： 转动惯量J=mr2 显然，动能变化量相同时，飞轮的转动惯量越大，角速度波动越小。 2、非周期性速度波动 特征：速度变化随机、不规则、没有一定的周期。 措施：必须依靠调速器来调节。机械式调速和电子调速。 稳定工作时，Md=Mr，稳定运转速度为ωs s为稳定工作点 若因某因素，Mr↑ 则MdMr , ωs↓→ Md↑重新回到稳定工作点。 反之，Mr↓ 则MdMr , ωs ↑ → Md ↓ 1）利用机械系统（原动机驱动力矩Md是速度函数且具有下降的趋势。如电动机。） 电动机驱动力矩与阻力矩随速度变化的曲线 后果：一段时间内总出现盈功，速度越来越快，造成飞车； 一段时间总出现亏功，速度会越来越慢，甚至停车。 调节方法： 原动机2的输入功与供气量的大小成正比。 当负载减小，即阻力矩Mr减小，原动机2与工作机1的主轴速度ω升高，离心力增加，重球飞向上，圆筒N上升，通过套环和连杆将节流阀关小，使供气量减小。 2）无自调节性的机械系统，需安装调速器来调节非周期性速度波动 机械式离心调速器 1 、机械的平均速度和不均匀度系数 8.1.2???飞轮的设计 这个实际平均值称为机器的“额定速度”，由于变化规律很复杂,故在工程中都以算术平均值替代实际平均值，即： ωmax，ωmin 分别为最大角速度和最小角速度。 一个周期实际的角速度平均值 周期性速度波动 常用飞轮进行速度调节 0.002 ～ 0.003 交流发电机 0.015 ～0.020 0.03 ～ 0.05 0.05 ～ 0.15 0.10～0.20 δ 减速器 压缩机和水泵 冲床和机床 破碎机 机械 名称 表 机械运转速度不均匀度系数δ的取值范围 机械速度波动的相对值用速度不均匀度系数δ来表示： 在稳定运转的一个运动循环中，机械主轴的最大值与最小值之差对机器平均角速度之比。 若已知了ωm和δ，可得： 不均匀度系数δ越小说明？ 主轴越接近匀速转动 基本问题：若已知作用在主轴上的驱动力矩和阻力矩