课件第6章 机械的平衡与调速.pptx

6.1 机械平衡的目的及内容6.2 刚性转子的平衡计算6.3 机械速度波动的调节第第6章章 机械机械的的平衡与调速平衡与调速26.1 机械机械平衡的平衡的目的及内容目的及内容,&&,.摩擦磨损精度寿命效率周期性变化强迫振动疲劳噪声可靠性一、一、 机械平衡的目的机械平衡的目的 机械在运转时，构件所产生的不平衡惯性力将在机械在运转时，构件所产生的不平衡惯性力将在运动副中引起附加的动压力。运动副中引起附加的动压力。例例 磨削工作的砂轮磨削工作的砂轮ABSSm=12.5kge=1mmn=6000r/minFF在转动副中引起的附加反力是砂轮自重的在转动副中引起的附加反力是砂轮自重的40倍。倍。F=me2=5000N其方向作周期性变化其方向作周期性变化3二、二、 机械平衡的内容机械平衡的内容1. 1. 转子转子(rotor)的平衡的平衡转子：绕固定轴回转的构件。转子：绕固定轴回转的构件。 转子的不平衡惯性力可通过增加或除去一部分质量的转子的不平衡惯性力可通过增加或除去一部分质量的方法加以平衡。方法加以平衡。 实质实质-调节转子调节转子质心的位置质心的位置至回转中心。至回转中心。机械平衡的机械平衡的目的目的就是就是消除或减轻轴承所受的附加动压力。消除或减轻轴承所受的附加动压力。也有机械利用不平衡惯性力工作也有机械利用不平衡惯性力工作打夯机、振动台等打夯机、振动台等4汽轮机转子水轮机转子电机转子5（1 1）刚性转子的刚性转子的平衡平衡 刚性转子刚性转子：工作转速一般低于：工作转速一般低于(0.6(0.60.75)0.75)倍倍n nc1的转子。的转子。nc1为转子的第一阶临界转速为转子的第一阶临界转速 转子临界转速: 与转子及其支承系统的固有振动频率相对应的转子转速 静平衡：静平衡：只要求其惯性力平衡。只要求其惯性力平衡。 动平衡：动平衡：同时要求其惯性力和惯性力矩的平衡。同时要求其惯性力和惯性力矩的平衡。 挠性转子挠性转子：工作转速大于：工作转速大于(0.6(0.60.75)0.75)倍倍nc1的转子。的转子。其平衡原理是基于弹性梁的横向振动理论。其平衡原理是基于弹性梁的横向振动理论。 （2 2） 挠性转子的挠性转子的平衡平衡2.2.机构的平衡机构的平衡 对含作往复运动和作平面复杂运动的构件对含作往复运动和作平面复杂运动的构件, ,无无法使其质心加速度为法使其质心加速度为0 0，只能作整机研究。，只能作整机研究。66.2 6.2 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算一、刚性转子的一、刚性转子的静平衡静平衡bABD回转平面mmrF FG G相对较薄相对较薄( ( ) )，可近似认为质量分，可近似认为质量分布在同一平面内布在同一平面内, , 各质点惯性力共面。各质点惯性力共面。Db2 . 0* * 特点特点若不平衡若不平衡, , 则质心不在回转轴线上则质心不在回转轴线上, , 在静在静止状态下可完全表现出来。止状态下可完全表现出来。（1 1）静不平衡转子：）静不平衡转子：7 平衡后转子的各偏心质量（包括平衡质量）的惯性力的合力为零。 对于 静不平衡转子，利用在其上增加或除去一部分质量，使其质心与回转轴心重合，即可使转子的惯性力得以平衡的方法。（2 2）静平衡及其条件）静平衡及其条件F0即（3 3）静平衡计算）静平衡计算 静平衡计算主要是针对由于结构所引起的静不平衡的转子而进行平衡的计算。 根据其结构，计算确定需增加或除去的平衡质量，使其在设计时获得静平衡。静平衡静平衡的条件8解：例：如图，盘状转子偏心质量m1、m2，回转半径r1、r2，如何实现静平衡？0IibFFF12120b222bm rm rm r1 112 221 112 220coscoscos00sinsinsin0b bbb bbXm rm rm rYm rm rm rcoscos()sinsin()b bbi iib bxb bbi iib bym rmrm rm rmrm r 22()()b bb bxb bym rm rm r12120bbm rm rm r可用作图法和解析法求解 质径积iim r9选定rbmb确定，其相位角arctan() /() bb byb bxm rm r除了增加平衡质量除了增加平衡质量m mb b之外，也可以之外，也可以从转盘上除去一部分质量，但要满从转盘上除去一部分质量，但要满足两个条件。足两个条件。1.mb在mb相反的方向相反的方向2b bb bm rm r静不平衡转子静不平衡转子, ,无论偏心质量有多少无论偏心质量有多少, ,只需进行只需进行单面平衡。单面平衡。 10二、刚性转子的二、刚性转子的动平衡动平衡-其不平衡在静止时不能完全表现出来其不平衡在静止时不能完全表现出来。几何特点几何特点: , 不能认为质量分布在同一平面内，不能认为质量分布在同一平面内，而是分布在不同的回转平面内。而是分布在不同的回转平面内。Db2 . 0（1 1）动不平衡转子）动不平衡转子即使转子的质心在回转轴线上，即使转子的质心在回转轴线上，但各偏心质量所形成的惯性力偶但各偏心质量所形成的惯性力偶仍不平衡，而且其作用方位是随仍不平衡，而且其作用方位是随转子的回转而变化的。转子的回转而变化的。这种不平衡只有在转子运转时才能显现出来的这种不平衡只有在转子运转时才能显现出来的分类：分类：1 1）静平衡而动不平衡；）静平衡而动不平衡；2 2）静不平衡且动不平衡）静不平衡且动不平衡11二、刚性转子的二、刚性转子的动平衡动平衡特点特点: ) 总质心在轴线上总质心在轴线上, 惯性力惯性力的合力为的合力为0-0-静平衡静平衡; ;) 运转时产生运转时产生 P P1 1, P, P2 2 , , 形成惯性力偶矩形成惯性力偶矩, , 运动副受到附运动副受到附加动压力加动压力-动不平衡动不平衡. .1 1）静平衡而动不平衡）静平衡而动不平衡特点特点: : ) ) 总质心不在轴线上总质心不在轴线上, ,惯性力的合力不为惯性力的合力不为0-0-静不平衡静不平衡; ;) ) 将惯性力向质心简化将惯性力向质心简化, ,除合力外还有惯性力偶矩除合力外还有惯性力偶矩-动动不平衡不平衡. .2 2）静不平衡且动不平衡）静不平衡且动不平衡122. 2. 动平衡及其条件动平衡及其条件 对于动不平衡转子，通过选定两个回转对于动不平衡转子，通过选定两个回转平面平面及及作为作为平面基面平面基面，再分别在这两个面上增加或除，再分别在这两个面上增加或除去适当的去适当的平衡质量，平衡质量，使转子在运转时各偏心质量所产生使转子在运转时各偏心质量所产生的惯性力和惯性力偶矩同时得以平衡。的惯性力和惯性力偶矩同时得以平衡。动平衡动平衡 这种平衡方法称为这种平衡方法称为动平衡动平衡。13 3.3.刚性转子动平衡的条件刚性转子动平衡的条件 使得各偏心质量（包括平衡质量）产生的使得各偏心质量（包括平衡质量）产生的惯性力的矢惯性力的矢量和为零，量和为零，以及这些以及这些惯性力所构成的力矩矢量和也为零惯性力所构成的力矩矢量和也为零00FM 6.3 6.3 机械速度波动的调节机械速度波动的调节机械的运转过程机械的运转过程6.3.1 机械的运转过程机械的运转过程机械系统运转的三个阶段 阶段阶段速度特征速度特征能量特征能量特征启启 动动原动件的速度从零逐渐上原动件的速度从零逐渐上升到开始稳定的过程升到开始稳定的过程 W Wd d- -W Wc c= =E E2 2- -E E1 10 0 稳定运行稳定运行原动件速度保持常数或在原动件速度保持常数或在正常工作速度的平均值上正常工作速度的平均值上下作周期性的速度波动下作周期性的速度波动 W Wd d- -W Wc c= =E E2 2- -E E1 1=0=0停停 车车原动件速度从正常工作速原动件速度从正常工作速度值下降到零度值下降到零 W Wd d- -W Wc c= =E E2 2- -E E1 100三个运转阶段的特征：三个运转阶段的特征：6.3.2 速度不均匀系数速度不均匀系数 n1、平均角速度n2、速度不均匀系数 设计时必须保证)(21minmaxmmminmax 6.3.3 非周期性速度波动及其调节非周期性速度波动及其调节离心式调速器工作原理图 6.3.4 周期性速度波动周期性速度波动的调节的调节 安装飞轮：安装飞轮： 所谓飞轮，就是一个具有较大转动惯量的盘状所谓飞轮，就是一个具有较大转动惯量的盘状零件。零件。 机械出现盈功时，飞轮以动能的形式存储能量；机械出现盈功时，飞轮以动能的形式存储能量； 机械出现亏功时，飞轮释放其存储的能量。机械出现亏功时，飞轮释放其存储的能量。 飞轮在系统中的作用相当于一个容量较大飞轮在系统中的作用相当于一个容量较大的的储能储能器。器。