第17章 機(jī)器動(dòng)力學(xué)初步

第17章機(jī)器動(dòng)力學(xué)初步§17-1機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)一、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)產(chǎn)生的原因虧功：在機(jī)器某段工作時(shí)間內(nèi)，輸入功小于輸出功時(shí)為虧功。盈功：在機(jī)器某段工作時(shí)間內(nèi)，輸入功大于輸出功時(shí)為盈功。機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)：機(jī)械能增減造成機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)。二、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)類型類型：周期性速度波動(dòng)和非周期性速度波動(dòng)。運(yùn)轉(zhuǎn)過程起動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)停車非周期性速度波動(dòng)周期性速度波動(dòng)三、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)調(diào)節(jié)周期性速度波動(dòng)非周期性速度波動(dòng)飛輪調(diào)速器四、作用在機(jī)器上的力

作用力：驅(qū)動(dòng)力和阻力等效驅(qū)動(dòng)力矩和等效阻抗力矩均為機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)。周期性變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)過程中在一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期內(nèi)，等效驅(qū)動(dòng)力矩所作的功等于等效阻抗力矩作的功。機(jī)器的自調(diào)性

當(dāng)外載荷發(fā)生變化時(shí)，機(jī)器的主軸能夠在新的速度下重新穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，該性質(zhì)稱為機(jī)器的自調(diào)性。自調(diào)性的條件：機(jī)器周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)

思路：設(shè)將機(jī)器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和質(zhì)量都等效到主軸上，并把主軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量近似看為常數(shù)，則機(jī)器的動(dòng)能最大時(shí)，對(duì)應(yīng)著機(jī)器主軸的轉(zhuǎn)速最高；機(jī)器的動(dòng)能最小時(shí)，對(duì)應(yīng)著轉(zhuǎn)速最低。即：§17-2飛輪設(shè)計(jì)的近似方法一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)平均角速度機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)δ越小主軸越接近勻速機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)部分機(jī)械的許用運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)機(jī)器名稱不均勻系數(shù)機(jī)器名稱不均勻系數(shù)石料破碎機(jī)造紙機(jī)、織布機(jī)農(nóng)業(yè)機(jī)械壓縮機(jī)沖床、剪床、鍛床紡紗機(jī)軋鋼機(jī)內(nèi)燃機(jī)金屬切削機(jī)床直流發(fā)電機(jī)汽車、拖拉機(jī)交流發(fā)電機(jī)水泵、鼓風(fēng)機(jī)汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)

機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)的大小反映了機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的速度波動(dòng)的大小，是飛輪設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)。二、飛輪設(shè)計(jì)的基本原理１．飛輪設(shè)計(jì)的基本問題：

已知作用在主軸上的驅(qū)動(dòng)力矩和阻力矩的變化規(guī)律，要求在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)δ許可范圍內(nèi)，確定安裝在主軸上的飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ｊ。最大盈虧功公式的討論：①J增大，速度波動(dòng)減小，但不能為0；②飛輪安裝在高速軸上時(shí)，重量?。欢?、飛輪設(shè)計(jì)的基本原理當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)盈功，飛輪角速度隨之增大，動(dòng)能變化量減小，吸收能量。當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)虧功，飛輪角速度隨之減小，動(dòng)能變化量減小，放出能量。

２．為什么飛輪能調(diào)速？二、飛輪設(shè)計(jì)的基本原理飛輪動(dòng)能變化所以：飛輪是一個(gè)儲(chǔ)能器。假設(shè)：飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大，飛輪的動(dòng)能就是整個(gè)機(jī)器的動(dòng)能。三、盈虧功的計(jì)算盈功虧功四、飛輪的結(jié)構(gòu)圓盤狀飛輪

腹板狀飛輪1.圓盤狀飛輪的尺寸稱 為飛輪矩。

飛輪的材料密度選2.腹板狀飛輪尺寸的計(jì)算

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可近似的認(rèn)為是飛輪輪緣部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。厚度為ｈ的輪緣部分是圓環(huán)。2.腹板狀飛輪尺寸的計(jì)算由于hd，上式可近似地寫為：b/h

m飛輪寬度b和輪緣厚度h

一、回轉(zhuǎn)件平衡的目的

機(jī)器的速度波動(dòng)，將引起慣性力，從而引起附加動(dòng)載荷，使機(jī)器的工作性能下降。

機(jī)器中回轉(zhuǎn)件的質(zhì)量中心與回轉(zhuǎn)中心不重合，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，也將引起慣性力的變化，影響機(jī)器的工作性能?！?7-3剛性回轉(zhuǎn)件的平衡二、剛性回轉(zhuǎn)件靜平衡的計(jì)算

轉(zhuǎn)子的直徑d與厚度b之比大于5,則可視其質(zhì)量分布在同一平面上。

可近似為盤形零件。為使回轉(zhuǎn)件平衡：二、剛性回轉(zhuǎn)件靜平衡的計(jì)算

剛性轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計(jì)對(duì)靜不平衡的轉(zhuǎn)子進(jìn)行靜平衡設(shè)計(jì)，不論轉(zhuǎn)子上有多少個(gè)不平衡質(zhì)量，都只需要在同一個(gè)平衡面內(nèi)增加或去除一個(gè)平衡質(zhì)量即可獲得平衡，故轉(zhuǎn)子的靜平衡設(shè)計(jì)又稱作單面平衡?？偨Y(jié)：三、剛性回轉(zhuǎn)件動(dòng)平衡的計(jì)算

由理論力學(xué)可知，每個(gè)力可以分解為與其相平行的兩個(gè)分力，故可以把慣性力F1平行分解到兩個(gè)選定的平衡基面I、II，可有下式：按單面平衡原理,I面的平衡方程如下：三、剛性回轉(zhuǎn)件動(dòng)平衡的計(jì)算

如轉(zhuǎn)子上有i個(gè)不平衡質(zhì)量，上式可寫為：三、剛性回轉(zhuǎn)件動(dòng)平衡的計(jì)算

解該方程，可求出I面應(yīng)加的配重質(zhì)量。同理，II面的平衡方程如下：三、剛性回轉(zhuǎn)件動(dòng)平衡的計(jì)算

三、剛性回轉(zhuǎn)件動(dòng)平衡的計(jì)算

對(duì)于任何動(dòng)不平衡的剛性轉(zhuǎn)子，無論具有多少個(gè)偏心質(zhì)量，以及分布于多少個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，都可以在任選的兩個(gè)平衡基面分別加上或減去一個(gè)適當(dāng)?shù)呐渲兀罐D(zhuǎn)子得到完全的平衡。故動(dòng)平衡又稱為雙面平衡?？偨Y(jié)：從上面分析可知：2、動(dòng)平衡需要取兩個(gè)平衡面，靜平衡只要一個(gè)平衡面即可；1.靜平衡只平衡慣性力，動(dòng)平衡不僅平衡慣性力，而且平衡慣性力矩，只有當(dāng)轉(zhuǎn)子較薄時(shí)，進(jìn)行了靜平衡的轉(zhuǎn)子才能近似的認(rèn)為是動(dòng)平衡的；3.慣性力矩的不平衡只有在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)才能表現(xiàn)出來，因此，動(dòng)平衡和靜平衡在試驗(yàn)方法上是不同的。剛性回轉(zhuǎn)件的平衡四、平衡試驗(yàn)

1.靜平衡試驗(yàn)法轉(zhuǎn)子靜不平衡時(shí)，質(zhì)量中心與轉(zhuǎn)動(dòng)中心不重合。靜平衡后，轉(zhuǎn)子在任意位子隨意平衡（可連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)）。貼橡皮泥法2.動(dòng)平衡試驗(yàn)法四、平衡試驗(yàn)

原理：通過在專門的動(dòng)平衡設(shè)備上，測量轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)本身或支架的振幅和相位測定轉(zhuǎn)子在平衡基面上的不平衡質(zhì)量的大小和方位的。五、轉(zhuǎn)子的平衡精度

按照測不準(zhǔn)原理，轉(zhuǎn)子要完全平衡是不可能的，實(shí)際上，每一種轉(zhuǎn)子，只要達(dá)到一定的平衡精度即可滿足要求。生產(chǎn)中，常用質(zhì)徑積mr與偏心距e表示轉(zhuǎn)子的不平衡量。定義平衡精度:

各種類型剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度精度等級(jí)①典型轉(zhuǎn)子舉例A40004000剛性安裝的具有奇數(shù)個(gè)汽缸的低速②船用柴油機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置③。A16001600剛性安裝的大型兩沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置A630630剛性安裝的大型四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置；彈性安裝的船用柴油機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置A250250剛性安裝的高速四缸柴油機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置A100100六缸或六缸以上的高速柴油機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置；汽車和機(jī)車用發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度

各種類型剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度精度等級(jí)①典型轉(zhuǎn)子舉例A4040汽車輪、輪緣、輪組、傳動(dòng)軸；彈性安裝的六缸或六缸以上的高速四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸傳動(dòng)裝置；汽車和機(jī)車用發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸傳動(dòng)裝置A1616特殊要求的傳動(dòng)軸（螺旋槳軸、萬向傳動(dòng)軸）；破碎機(jī)械及農(nóng)用機(jī)械的零部件；汽車和機(jī)車用發(fā)動(dòng)機(jī)的特殊部件；有特殊要求的六缸或六缸以上發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸傳動(dòng)裝置剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度

各種類型剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度精度等級(jí)①典型轉(zhuǎn)子舉例A6.3A6.3作業(yè)機(jī)械的回轉(zhuǎn)零件；船用主汽輪機(jī)的齒輪；風(fēng)扇；航空燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子部件；泵的葉輪；離心機(jī)鼓輪；機(jī)床及一般機(jī)械的回轉(zhuǎn)零部件；普通電機(jī)轉(zhuǎn)子；特殊要求的發(fā)動(dòng)機(jī)回轉(zhuǎn)零部件A2.52.5燃汽輪機(jī)和汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子部件；剛性汽輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子；透平壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子；機(jī)床主軸和驅(qū)動(dòng)部件；特殊要求的大型和中型電機(jī)轉(zhuǎn)子；小型電機(jī)轉(zhuǎn)子；透平驅(qū)動(dòng)泵剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度

各種類型剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度精度等級(jí)①典型轉(zhuǎn)子舉例A1.01.0磁帶記錄儀及錄音機(jī)驅(qū)動(dòng)部件；磨床驅(qū)動(dòng)部件；特殊要求的微型電機(jī)轉(zhuǎn)子A0.40.4精密磨床的主軸、砂輪盤及電機(jī)轉(zhuǎn)子；陀螺儀剛性回轉(zhuǎn)件的平衡精度注：①為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度（rad/s）;[e]為許用偏心距（μm）；②按國際標(biāo)準(zhǔn)，低速柴油機(jī)活塞速