《機械設計基礎 第4版》 教案 第8章 機械的調(diào)速與平衡

第8章機械的調(diào)速與平衡基本要求：了解周期性速度波動和非周期性速度波動調(diào)節(jié)的基本概念。了解飛輪調(diào)速的基本原理和特點。掌握飛輪轉(zhuǎn)動慣量的簡易計算方法。重點：掌握飛輪轉(zhuǎn)動慣量的簡易計算方法。難點：平面機構(gòu)的靜平衡；機構(gòu)速度波動調(diào)節(jié)和方法。學時：課堂講授：4學時。教學方法：多媒體結(jié)合板書。8.1機械的速度波動與調(diào)節(jié)8.1.1機械速度波動的類型及調(diào)節(jié)方法外力的分類：驅(qū)動力：驅(qū)使主動件運動的力。阻力：阻止構(gòu)件運動的力。速度波動：驅(qū)動功大于阻力功時，出現(xiàn)盈功，機械的動能將增加；當驅(qū)動功小于阻力功時，出現(xiàn)虧功，則使機械的動能將減小。機械動能的變化使得機械主軸的角速度發(fā)生變化。速度波動的類型有：周期性速度波動和非周期性速度波動。周期性速度波動調(diào)節(jié)方法：安裝飛輪。飛輪：轉(zhuǎn)動慣量很大的回轉(zhuǎn)件。安裝飛輪的實質(zhì)就是增加機械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。飛輪在系統(tǒng)中的作用相當于一個容量很大的儲能器。當系統(tǒng)出現(xiàn)盈功，它將多余的能量以動能形式“儲存”起來，并使系統(tǒng)運轉(zhuǎn)速度的升高幅度減?。环粗?，當系統(tǒng)出現(xiàn)虧功時，它可將“儲存”的動能釋放出來以彌補能量的不足，并使系統(tǒng)運轉(zhuǎn)速度下降的幅度減小。從而減小了系統(tǒng)運轉(zhuǎn)速度波動的程度，獲得了調(diào)速的效果。非周期性速度波動的調(diào)節(jié)方法：1)當機械的原動機所發(fā)出的驅(qū)動力矩是速度的函數(shù)且具有下降的趨勢時，機械具有自動調(diào)節(jié)非周期性速度波動的能力。2)對于沒有自調(diào)性的機械系統(tǒng)就必須安裝一種專門的調(diào)節(jié)裝置-調(diào)速器，來調(diào)節(jié)機械出現(xiàn)的非周期性速度波動。8.1.2飛輪設計的近似方法1、平均角速度ωm2、機械運轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)δ在機械設計中要求：式中：[δ]——速度不均勻系數(shù)的許用值，可查表得。3飛輪的簡易設計方法由圖8-1可見，最大盈虧功為：由上式分析知：圖8-11）當與ωm一定時，如[δ]取值很小，則飛輪的轉(zhuǎn)動慣量就需很大。所以，過分追求機械運動速度均勻性，將會使飛輪過于笨重。2）JF不可能為無窮大，所以，[δ]不可能為零。3）當與[δ]一定時,JF與ωm的平方成反比。所以,最好將飛輪安裝在機械的高速軸上。4最大盈虧功的確定圖8-2例1圖5飛輪主要尺寸的確定圖8-3飛輪主要尺寸8.2機械平衡一、機械平衡的目的：盡量減小慣性力所引起的附加動壓力，減輕機械振動，改善機械工作性能，延長機械使用壽命。二、機械平衡的種類：（1）回轉(zhuǎn)件的平衡1)剛性回轉(zhuǎn)件的平衡：工作轉(zhuǎn)速低于一階臨界轉(zhuǎn)速的回轉(zhuǎn)件的平衡。軸線變形忽略不計。2)撓性回轉(zhuǎn)件的平衡：工作轉(zhuǎn)速高于一階臨界轉(zhuǎn)速的回轉(zhuǎn)件的平衡。（2）機構(gòu)的平衡：往復運動和平面復合運動的構(gòu)件系統(tǒng)的平衡。三、靜平衡1.靜不平衡：對軸向尺寸較小的回轉(zhuǎn)件，可近似地認為其不平衡質(zhì)量分布在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)。若其質(zhì)心不在回轉(zhuǎn)軸線上，質(zhì)心對軸線產(chǎn)生靜力矩，稱為靜不平衡。2.靜平衡：質(zhì)心與回轉(zhuǎn)軸線重合，在任何位置都靜止。3.結(jié)論:(1)靜平衡的條件：各個偏心質(zhì)量的離心慣性力的合力為零或質(zhì)徑積的向量和為零。(2)對于靜不平衡的回轉(zhuǎn)件，無論它有多少個偏心質(zhì)量，都只需要適當?shù)卦黾右粋€平衡質(zhì)量即可獲得平衡,即對于靜不平衡的轉(zhuǎn)子，需加平衡質(zhì)量的最少數(shù)目為1。四、動平衡1動不平衡：對于質(zhì)量不能再視為分布在同一平面內(nèi)，由于各慣性力不在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，因而將形成慣性力偶，即使質(zhì)心在回轉(zhuǎn)軸線上，仍然是不平衡的。這種不平衡只有在轉(zhuǎn)子運動時才顯示出來，故稱其為動不平衡。2動平衡計算：動平衡措施：將每個平面的慣性力平衡。3結(jié)論：(1)動平衡的條件：轉(zhuǎn)子上分布在不同平面內(nèi)的各個質(zhì)量所產(chǎn)生的空間離心慣性力系的合力及合力矩均為零。(2)對于動不平衡的轉(zhuǎn)子，無論它有多少個偏心質(zhì)量，都只需要在任選的兩個平衡平面內(nèi)各增加或減少一個合適的平衡質(zhì)量即可使轉(zhuǎn)子獲得動平衡，即對于動不平衡的轉(zhuǎn)子，需加平衡質(zhì)量的最少數(shù)目為2。因此，動平衡又稱為雙面平衡，而靜平衡則稱為單面平衡。由于動平衡同時滿足靜平衡條件，所以經(jīng)過動平衡的轉(zhuǎn)子一定靜平衡的；反之，經(jīng)過靜平衡的轉(zhuǎn)子則不一定是動平衡的。本章小結(jié)周期性速度波動調(diào)節(jié)方法：安裝飛輪。非周期性速度波動的調(diào)節(jié)方法：1)當機械的原動機所發(fā)出的驅(qū)動力矩是速度的函數(shù)且具有下降的趨勢時，機械具有自動調(diào)節(jié)非周期性速度波動的能力。2)對于沒有自調(diào)性的機械系統(tǒng)就必須安裝一種專門的調(diào)節(jié)裝置-調(diào)速器，來調(diào)節(jié)機械出現(xiàn)的非周期性速度波動。靜平衡的條件：各個偏心質(zhì)量的離心慣性力的合力為零或質(zhì)徑積的向量和為零。動平衡的條件：轉(zhuǎn)子上分布在不同平面內(nèi)的各個質(zhì)量所產(chǎn)生的空間離心慣性力系的合力及合力矩均為零。動平衡同時滿足靜平衡條件。作業(yè)8-1什么是速度波動？為什么機械運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生速度波動？8-2機械速度波動的類型有哪幾種？分別用什么方法來調(diào)試？8-3飛輪的作用有哪些？能否用飛輪來調(diào)節(jié)非周期性速度波動？8-4機械運轉(zhuǎn)的不均勻程度用什么來表示？飛輪的轉(zhuǎn)動慣量與不均勻系