機(jī)械調(diào)速與平衡

1、汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章第十四章第十四章 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的調(diào)速和平衡機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的調(diào)速和平衡汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章本章的教學(xué)目標(biāo)：本章的教學(xué)目標(biāo)：1 1）了解機(jī)器運(yùn)動速度波動的原因、特點(diǎn)和危）了解機(jī)器運(yùn)動速度波動的原因、特點(diǎn)和危害，以及相應(yīng)的調(diào)節(jié)方法。害，以及相應(yīng)的調(diào)節(jié)方法。2 2）掌握剛性轉(zhuǎn)子靜、動平衡的原理和方法。）掌握剛性轉(zhuǎn)子靜、動平衡的原理和方法。汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章第十四章 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的調(diào)速和平衡機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的調(diào)速和平衡 第一節(jié) 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法 一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度

2、波動調(diào)節(jié)的目的 二、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的方法二、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的方法 第二節(jié) 回轉(zhuǎn)件的平衡回轉(zhuǎn)件的平衡 一、平衡的目的一、平衡的目的 二、平衡的方法二、平衡的方法 回轉(zhuǎn)件的靜平衡 回轉(zhuǎn)件的動平衡教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章第一節(jié) 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法一.機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動的原因及調(diào)節(jié)目的速度波動的原因速度波動的原因: :機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動功與阻力功的差值出現(xiàn)必將引起機(jī)械動能的增減，而使主軸的角速度發(fā)生變化，從而形成機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)速度的波動。 調(diào)節(jié)目的調(diào)節(jié)目的: :使其波動被限制在允許的范圍內(nèi),減少上述不良影響 .危害危害:

3、: 引起附加動壓力，降低機(jī)械效率和工作可靠性；同時(shí)還會引起機(jī)械振動，影響零件的強(qiáng)度和壽命，降低機(jī)械的精度和工藝性能，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。 汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章 周期性速度波動的特點(diǎn)及其調(diào)節(jié)的方法 非周期性速度波動的特點(diǎn)及其調(diào)節(jié)的方法 第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法二、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的方法二、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的方法汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章(一) 周期性速度波動的調(diào)節(jié)1. 周期性速度波動周期性運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器在一個(gè)周期內(nèi)主軸的角速度是繞某一角速度變化的。其平均角速度m為2minmaxm當(dāng)機(jī)械動能的增減作周期性變

4、化時(shí)，其主軸的角速度也作周期性的波動。機(jī)械的這種有規(guī)律的、周期性的速度變化稱為周期性速度波動。 2.2.調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法: :是在機(jī)械中安裝一個(gè)具有較大轉(zhuǎn)動慣量且起貯存動能作用的轉(zhuǎn)動構(gòu)件飛輪。 圖14-1 周期性速度波動汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章 ( (二二) ) 非非周期性速度波動的調(diào)節(jié)1.非非周期性速度波動機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于驅(qū)動力或(和)阻力的無規(guī)律變化，所引起的主軸角速度的波動稱為非周期性速度波動。2.2.調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法: :在機(jī)械中安裝調(diào)速器 。機(jī)械式、氣動式、液壓式、電子式及組合式等。但目前應(yīng)用最廣泛的機(jī)械式調(diào)速器，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠、性能良好 圖14-2 機(jī)械式離

5、心調(diào)速器汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章第二節(jié)第二節(jié) 回轉(zhuǎn)件的平衡回轉(zhuǎn)件的平衡 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)各運(yùn)動構(gòu)件將產(chǎn)生大小及方向均發(fā)生周期性變化的慣性力，這將在運(yùn)動副中引起附加動壓力，增加摩擦力而影響構(gòu)件的強(qiáng)度這些周期性變化的慣性力會使機(jī)械的構(gòu)件和基礎(chǔ)產(chǎn)生振動，從而降低機(jī)器的工作精度、機(jī)械效率及可靠性，縮短機(jī)器的使用壽命。 為完全地或部分地消除慣性力和慣性力矩的影響，減小或?yàn)橥耆鼗虿糠值叵龖T性力和慣性力矩的影響，減小或消除附加動壓力，盡量減輕有害的機(jī)械振動，以改善機(jī)械工消除附加動壓力，盡量減輕有害的機(jī)械振動，以改善機(jī)械工作性能和延長其使用壽命作性能和延長其使用壽命。這個(gè)問題稱為機(jī)械平衡。這個(gè)

6、問題稱為機(jī)械平衡。一. 平衡的目的二二. .平衡的方法平衡的方法 (一) 回轉(zhuǎn)件的靜平衡 (二) 回轉(zhuǎn)件的動平衡汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章 (一) 回轉(zhuǎn)件的靜平衡 1.回轉(zhuǎn)件的靜平衡原理和計(jì)算 當(dāng)轉(zhuǎn)子的直徑與寬度之比，且轉(zhuǎn)速較低時(shí)，可近似當(dāng)轉(zhuǎn)子的直徑與寬度之比，且轉(zhuǎn)速較低時(shí)，可近似認(rèn)為其質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，如圖認(rèn)為其質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，如圖14-3a14-3a所示。對所示。對于這類寬度不大的轉(zhuǎn)子于這類寬度不大的轉(zhuǎn)子( (如齒輪，盤形凸輪、飛輪、帶如齒輪，盤形凸輪、飛輪、帶輪等輪等) )，因其離心慣性力矩近似為零，故僅消除離心慣，因其離心慣性力矩近似為零，故僅消除離心慣性

7、力即可達(dá)到平衡。為此，可采取改善轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，性力即可達(dá)到平衡。為此，可采取改善轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，使其質(zhì)心位于旋轉(zhuǎn)軸線上來達(dá)到平衡，稱為轉(zhuǎn)子的靜平使其質(zhì)心位于旋轉(zhuǎn)軸線上來達(dá)到平衡，稱為轉(zhuǎn)子的靜平衡衡. . 此時(shí)在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)增加或減少一個(gè)平衡質(zhì)量，使此時(shí)在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)增加或減少一個(gè)平衡質(zhì)量，使平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力平衡質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力F F與原有各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的與原有各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的離心慣性力的矢量和離心慣性力的矢量和F Fi i相平衡，即相平衡，即汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章 (一) 回轉(zhuǎn)件的靜平衡 1.回轉(zhuǎn)件的靜平衡原理和計(jì)算F Fb Fi 0上式可改寫成上式可改寫成（

8、14.2）（14-1） 0222iibbrmrmmriibbrmrmmr汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章圖14-3 轉(zhuǎn)子的靜平衡a）轉(zhuǎn)子平衡示意圖 b）轉(zhuǎn)子受力圖 c）矢量圖解法汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章 式中 、 分別為回轉(zhuǎn)平面內(nèi)各偏心質(zhì)量及其向徑； 、 分別為平衡質(zhì)量及其向徑；m、e分別為構(gòu)件的總質(zhì)量及其向徑。mr 稱為質(zhì)徑積。當(dāng)e =0，即總質(zhì)量的質(zhì)心與回轉(zhuǎn)軸線重合時(shí)，構(gòu)件對回轉(zhuǎn)軸線的靜力矩等于0，稱為平衡?？梢姍C(jī)械系統(tǒng)處于靜平衡的條件是所有質(zhì)徑積的矢量和等于0。brimbmbr (一) 回轉(zhuǎn)件的靜平衡汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章 如圖14-3a所

9、示的盤形轉(zhuǎn)子，已知同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)的不平衡質(zhì)量 ， ， 它們的向徑分別為 321mmm、321rrr、則332211rmrmrmrmii代入式（14.1）得 此向量方程式中只有 未知，可用圖解法進(jìn)行求解(如圖14.3b所示)。bbrm (一) 回轉(zhuǎn)件的靜平衡0332211rmrmrmrmbb汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章 根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選定合適的 ，即可求出 。如果結(jié)構(gòu)上允許，盡量將 選得大些以減小 ，避免總質(zhì)量增加過多。brbmbrbm如果結(jié)構(gòu)上不允許在該回轉(zhuǎn)面內(nèi)增、減平衡質(zhì)量，如圖14.4所示的單缸曲軸，則可另選兩個(gè)校正平面T和T T ，在這兩個(gè)平面內(nèi)增加平衡質(zhì)量，使回轉(zhuǎn)件得到平衡

10、。根據(jù)理論力學(xué)的平行力合成原理可得bbbbrmllrmrmllrm122211 (一) 回轉(zhuǎn)件的靜平衡汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章圖14-4 單缸曲軸的靜平衡 (一) 回轉(zhuǎn)件的靜平衡汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章(一) 回轉(zhuǎn)件的靜平衡2.回轉(zhuǎn)件的靜平衡試驗(yàn)靜平衡試驗(yàn)的目的 對于以回轉(zhuǎn)軸為對稱軸的轉(zhuǎn)子，或已經(jīng)過平衡計(jì)算并加裝了平衡配重的轉(zhuǎn)子，從理論上講，它們應(yīng)該是完全平衡的。但實(shí)際上，由于計(jì)算、制造和裝配上的誤差，以及材料的不均勻性等因素，還會存在不平衡現(xiàn)象。這種不平衡現(xiàn)象的隨機(jī)性很大，只能通過試驗(yàn)的方法才能加以解決。 汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章(一)

11、回轉(zhuǎn)件的靜平衡2.回轉(zhuǎn)件的靜平衡試驗(yàn)靜平衡試驗(yàn)的原理 將欲平衡的轉(zhuǎn)子的軸放在兩條相互平行的刀口形的導(dǎo)軌上。由于其重心有位于最低位置的趨勢，所以如輕輕轉(zhuǎn)動此轉(zhuǎn)子，使其在刀口上滾動，則當(dāng)滾動停止時(shí)，重心必位于軸心的正下方。此時(shí)，可在軸心的正上方加平衡配重，然后再重復(fù)試驗(yàn)，加減配重，直至轉(zhuǎn)子在任何位置都能保持靜止為止。至此，即表明重心已移至軸心線上，轉(zhuǎn)子達(dá)到靜平衡。(圖14-5 )汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章圖14-5 靜平衡試驗(yàn) (一) 回轉(zhuǎn)件的靜平衡汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章1.回轉(zhuǎn)件的動平衡原理及其計(jì)算 (二)回轉(zhuǎn)件的動平衡進(jìn)行動平衡計(jì)算的原因動平衡計(jì)算方法 對于

12、軸向?qū)挾却螅↙D0.2）的回轉(zhuǎn)件，如機(jī)床主軸、電機(jī)轉(zhuǎn)子等，其質(zhì)量不是分布在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)，但可以看作分布在垂直于軸線的許多相互平行的回轉(zhuǎn)面內(nèi)，這類回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生的離心力構(gòu)成空間力系。欲使這個(gè)空間力系達(dá)到平衡就必須使其合力及合力偶矩均等于零。因此只在某一回轉(zhuǎn)面內(nèi)加平衡質(zhì)量的靜平衡方法并不能使其在回轉(zhuǎn)時(shí)得到平衡。汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章動平衡計(jì)算方法在圖14-7a 中，設(shè)轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量分布在1、2、3三個(gè)回轉(zhuǎn)面內(nèi)，分別用m1、m2、m3表示，其矢徑相應(yīng)為、。現(xiàn)將在平面1、2、3 內(nèi)的質(zhì)量 m1、m2、m3 分別用選定的兩校正平面T和T 內(nèi)的質(zhì)量m1、m2、m3與m1，m2，m3

13、來代替。 圖14 -7 轉(zhuǎn)子動平衡計(jì)算a）轉(zhuǎn)子受力圖 b）T平面力矢量圖 c）T 平面力矢量圖 (二)回轉(zhuǎn)件的動平衡汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章111111mllmmllm222222mllmmllm333333mllmmllm這樣可以認(rèn)為轉(zhuǎn)子的偏心質(zhì)量集中在 和 兩個(gè)平面內(nèi)。對于校正平面 ，由式（16.1）可得平衡方程為：TTT0332211bbrmrmrmrm作出向量圖（圖14.7b），求出 。只要選定 ，便可確定 。bbrmbrbm同理，對于平面 可得T0332211bbrmrmrmrm則有： (二)回轉(zhuǎn)件的動平衡汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章作出向量圖（圖14

14、.7c），求出 ，只要選定 ，便可確定 。bbrmbrbm 由以上分析可以推出，任何一個(gè)回轉(zhuǎn)體不管它得不平衡質(zhì)量實(shí)際分布情況如何，都可以向兩個(gè)任意選定的平衡平面內(nèi)分解，在這兩個(gè)平面內(nèi)各加上一個(gè)平衡質(zhì)量就可以使該回轉(zhuǎn)體達(dá)到平衡。這種使慣性力的合力及合力矩同時(shí)為零的平衡稱為動平衡。由此可見，至少要由兩個(gè)平衡平面才能使轉(zhuǎn)子達(dá)到動平衡。 經(jīng)過動平衡的回轉(zhuǎn)件一定是靜平衡的，但靜平衡的回轉(zhuǎn)件不一定達(dá)到動平衡。結(jié)論： (二)回轉(zhuǎn)件的動平衡汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章(二) 回轉(zhuǎn)件的動平衡2. 回轉(zhuǎn)件的動平衡試驗(yàn) 對于L/D02的回轉(zhuǎn)件應(yīng)作動平衡試驗(yàn)。利用專門的動平衡試驗(yàn)機(jī)可以確定不平衡質(zhì)量、向徑確切的大小和位置，從而在兩個(gè)確定的平面上加上（或減去）平衡質(zhì)量，這就是動平衡試驗(yàn)。動平衡機(jī)種類很多，除了機(jī)械式、電子式的動平衡機(jī)外，還有激光動平衡機(jī)、帶真空筒的大型高速動平衡機(jī)和整機(jī)平衡用的測振動平衡儀等。 對于經(jīng)過平衡的回轉(zhuǎn)件，可用平衡精度A來表示回轉(zhuǎn)件平衡的優(yōu)良程度。 其中e e為許用質(zhì)心偏距（mm），），為回轉(zhuǎn)角速度。典型回轉(zhuǎn)件的精度等級可查有關(guān)手冊。1000eA （14-4） 汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章圖圖14 6 14 6 轉(zhuǎn)子的動不平衡轉(zhuǎn)子的動不平衡(二) 回轉(zhuǎn)件的動平衡汽車機(jī)械基礎(chǔ)汽車機(jī)械基礎(chǔ) 第十四章第十四章小結(jié)小結(jié)