07机械的调速与平衡
机械设计基础-第八章平衡和调速
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。
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2、非周期性速度波动
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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
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机械设计基础
之
第八章 调速和平衡
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机械速度的波动及调节
机械速度的波动及调节1. 引言机械速度是指机械设备在单位时间内所运动的距离。
在工业生产中，机械速度的稳定性是保证生产效率和产品质量的关键因素之一。
然而，由于各种因素的影响，机械速度常常会出现波动，从而导致生产效率的下降和产品质量的不稳定。
因此，如何减小机械速度的波动并进行有效调节，是提高工业生产效率和产品质量的重要课题。
2. 机械速度波动的原因机械速度的波动可以由多种因素引起，主要包括以下几个方面：2.1. 机械设备本身的因素机械设备本身的结构、材料等因素可能会对机械速度产生影响。
例如，机械零件的磨损、松动等都会导致机械速度的波动。
2.2. 环境因素环境因素也是导致机械速度波动的重要原因之一。
比如温度的变化会导致机械材料的热胀冷缩，从而影响机械速度的稳定性。
2.3. 运输振动在机械设备的运输过程中，由于道路状况不佳或运输姿态不当等原因，会产生振动，使机械设备的零件发生变形或松动，从而导致机械速度波动。
2.4. 工艺参数的变化工艺参数的变化也会对机械速度产生直接的影响。
例如，润滑油的质量和使用情况会影响机械设备的摩擦阻力，从而导致机械速度的波动。
3. 机械速度波动的调节方法为了减小机械速度的波动并保持其稳定性，可以采取以下措施进行调节：3.1. 检查和修复机械设备定期检查机械设备的零部件，发现问题及时修复。
例如，对松动的螺丝进行拧紧，更换磨损的零件等，以保证机械设备的正常运转。
3.2. 控制环境温度在机械设备的使用过程中，尽量控制环境温度的波动，避免温度变化对机械速度的影响。
可以通过安装温度控制设备，如空调或加热器等来维持恒定的环境温度。
3.3. 改进运输方式在机械设备的运输过程中，应尽量采取稳定的运输方式，减少振动对机械设备的影响。
可以使用专门的运输工具，并采取合适的固定措施，确保机械设备的零部件不会受到振动的影响。
3.4. 控制工艺参数控制工艺参数对机械速度的影响具有重要意义。
通过优化润滑油的质量和使用方法，控制摩擦阻力，可以减小机械速度的波动。
《机械设计基础》-题库
《机械设计基础》一.填空题：1.机械设计课程主要讨论通用机械零件和部件的设计计算理论和方法。
2.机械零件设计应遵循的基本准则：强度准则、刚度准则、耐磨性准则、震动稳定性准则。
3.强度：零件抵抗破裂（表面疲劳、压溃、整体断裂）及塑性变形的能力。
1.所谓机架是指机构中作为描述其他构件运动的参考坐标系的构件。
2.机构是机器中的用以传递与转换运动的单元体；构件是组成机构的运动单元；零件组成机械的制造单元。
3.两构件组成运动副必须具备的条件是两构件直接接触并保持一定的相对运动。
4.组成转动副的两个运动副元素的基本特征是圆柱面。
5.两构件通过面接触而形成的运动副称为低副，它引入2个约束，通过点线接触而构成的运动副称为高副，它引入1个约束。
6.机构的自由度数等于原动件数是机构具有确定运动的条件。
7.在机构运动简图上必须反映与机构运动情况有关的尺寸要素。
因此，应该正确标出运动副的中心距，移动副导路的方向，高副的轮廓形状。
1.铰链四杆机构若最短杆与最长杆长度之和小于等于其余两杆长度之和则可能存在曲柄。
其中若最短杆是连架杆，则为曲柄摇杆机构；若最短杆是连杆，则为双摇杆机构；若最短杆是机架，则为双曲柄机构；若最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和则不存在曲柄（任何情况下均为双摇杆机构）2.最简单的平面连杆机构是两杆机构。
3.为保证连杆机构传力性能良好，设计时应使最小传动角γmin≥[γ]4.机构在死点位置时的传动角γ=0°.5.平面连杆机构中，从动件压力角α与机构传动角γ之间的关系是α+γ=90°.6.曲柄摇杆机构中，必然出现死点位置的原动件是摇杆。
7.曲柄滑块机构共有6个瞬心。
8.当连杆机构无急回运动特性时行程速比系数K=1.9.以曲柄为主动件的曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构中，可能出现最小传动角的位置分别是曲柄与机架共线、曲柄两次垂直于滑块导路的瞬时位置，而导杆机构λ始终是90°1.凸轮的基圆半径是指凸轮转动中心至理论廓线的最小半径。
07第七章 调速器及其安装
2
22 2 2 2
2．5
2．5 4．0 4．0 4．0
350
2
4．0
水轮机调速器的特点
机械液压调速器的特点 它的性能可以满足水电站运行的要求，同时还具有运 行可靠、维护方便、简单易懂便于运行人员所掌握等 优点。但由于机械机构进行信号的传递、交换和综合 就显得灵敏度差、精度低，这给调节过程的品质造成 了不良的影响。 电气液压调速器的特点 优点：①具有较高的精确度和灵敏度。②制造成本低。 ③易于实现各种参数的综合，便于实现成组调节 。 ④能迅速可靠地实现参数的调整和运行方式的切换。 ⑤便于实现电子计算机控制。⑥便于标准化、系列化， 也便于实现单元组合化。⑦安装、检修、试验调整都 比较方便。 缺点是硬件线路复杂，维护不方便，可靠性受到一定 影响。
透明度（5℃） 透明
油压装置的组成与工作原理
油压装置是由压力油罐、回油箱、油泵机组及其附件
组成。 压力油罐是油压装置能量储存和供应的主要部件，它 的作用是供给调速系统保持一定压能的压力油；回油 箱是用作收集调速器的回油和漏油；油泵机组用作向 压力油罐输送压力油。
油压装置的调整试验 油泵试验：①运转试验；②输油量测定 安全阀调整试验 压力信号器的整定 压力油罐的耐压及渗漏试验
积分单元、微分单元以及永态反馈构成的调节器形成 调节规律，再由电液随动系统放大后驱动导水机构。 其特点是调节规律准确，机构简单，死区小。
双重调节调速器
双重调节调速器一般由两部分组成，主调节部分即导叶
操作部分的框图与单调节调速器基本相同，协联调节部 分主要由协联函数发生器和功率放大随动系统组成。 实现协联的方式主要有机构协联，机电协联、电气协联。
HU—30或HU—22号汽轮机油质标准表
《机械原理》试题及答案
《机械原理》试题及答案试题 13、转动副的自锁条件是驱动力臂≤摩擦圆半径。
一、选择题（每空 2 分，共 10 分）4、斜齿轮传动与直齿轮传动比较的主要优点：啮合性能好，重合度大，结构紧凑。
1、平面机构中，从动件的运动规律取决于D。
A 、从动件的尺寸B 、机构组成情况C 、原动件运动规律D 、原动件运动规律和机构的组成情况2、一铰链四杆机构各杆长度分别为30mm ，60mm ，80mm ，100mm ，当以 30mm 5、在周转轮系中，根据其自由度的数目进行分类：若其自由度为 2，则称为差动轮系，若其自由度为 1，则称其为行星轮系。
6、装有行星轮的构件称为行星架（转臂或系杆）。
7、棘轮机构的典型结构中的组成有：摇杆、棘爪、棘轮等。
三、简答题（15 分）1、什么是构件？的杆为机架时，则该机构为A 机构。
答：构件：机器中每一个独立的运动单元体称为一个构件；从运动角度讲是不可再分的A 、双摇杆B 、双曲柄C 、曲柄摇杆单位体。
2、何谓四杆机构的“死点”？答：当机构运转时，若出现连杆与从动件共线时，此时γ=0，主动件通过连杆作用于从 D 、不能构成四杆机构动件上的力将通过其回转中心，从而使驱动从动件的有效分力为零，从动件就不能运动，3、凸轮机构中，当推杆运动规律采用C时，既无柔性冲击也无刚性冲击。
A 、一次多项式运动规律B 、二次多项式运动规律C 、正弦加速运动规律D 、余弦加速运动规律4、平面机构的平衡问题中，对“动不平衡”描述正确的是B 。
A 、只要在一个平衡面内增加或出去一个平衡质量即可获得平衡B 、动不平衡只有在转子运转的情况下才能表现出来机构的这种传动角为零的位置称为死点。
3、用范成法制造渐开线齿轮时，出现根切的根本原因是什么？避免根切的方法有哪些？答：出现根切现象的原因：刀具的顶线（不计入齿顶比普通齿条高出的一段c*m ）超过了被切齿轮的啮合极限点 N 1，则刀具将把被切齿轮齿根一部分齿廓切去。
机械原理课件(第七版)
在机械系统方案设计中，综合原理的应用可以帮助设计师 更好地理解系统的功能和性能要求，发现潜在的问题和解 决方案，提高设计的可行性和可靠性。
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定义
机械效率是指机械在工作中所 做的有用功与总功的比值。
影响因素
机械效率受到多种因素的影响 ，如机械设计、制造精度、润 滑条件、摩擦类型和材料性质 等。
提高效率的方法
为了提高机械效率，可以采取 优化设计、改善制造工艺、选 择合适的润滑剂和减少摩擦阻 力等措施。
实验测定
机械效率可以通过实验测定， 常用的方法有功率法、扭矩法
平面机构的动态动力分析
总结词
动态动力分析的应用
VS
详细描述
动态动力分析在机械设计中具有重要应用 ，如优化机构设计、提高机构性能、预测 机构运动行为等。通过动态动力分析，可 以更好地理解机构在不同条件下的运动规 律和受力情况，为机械设计提供重要的理 论支持和实践指导。
05 机械的效率和自锁
机械的效率
机械原理课件(第七版)
目 录
• 绪论 • 机构的结构分析 • 平面机构的运动分析 • 平面机构的力分析 • 机械的效率和自锁 • 机械的平衡 • 机械的运转及其速度波动的调节 • 机械系统的方案设计
01 绪论
机械原理课程的性质和内容
总结词
介绍机械原理课程的基本性质和主要内容，包括机械系统、机构、机器和装置等 基本概念和原理。
以及它们之间的相互关系。
03
等效转动惯量
等效转动惯量是指在机械运转过程中，为了模拟机械的转动状态所需要
用到的等效转动惯量。等效转动惯量的大小取决于机械内部各部件的转
机械动力学
6.机构分析和机构综合。此项内容一般是对机构的结构和运动而言，但随着机械运转速度的提高， 机械动力学已成为分析和综合高速机构时不可缺少的内容。
理论及应用
理论及应用
1.分子机械动力学的研究：作为纳米科技的一个分支，分子机械和分子器件的研究工作受到普遍。 如何针对纳机电系统(NEMS)器件建立科学适用的力学模型，成为解决纳米尺度动力学问题的瓶颈。 分子机械是极其重要的一类NEMS器件．分为天然的与人工的两类。人工分子机械是通过对原子的 人为操纵，合成、制造出具有能量转化机制或运动传递机制的纳米级的生物机械装置。由于分子 机械具有高效节能、环保无噪、原料易得、承载能力大、速度高等特点，加之具有纳米尺度，故 在国防、航天、航空、医学、电子等领域具有十分重要的应用前景，因而受到各发达国家的高度 重视。已经成功研制出多种分子机械，如分子马达、分子齿轮、分子轴承等。但在分子机械实现 其工程化与规模化的过程中，由于理论研究水平的制约，使分子机械的研究工作受到了进一步得 制约。分子机械动力学研究的关键是建立科学合理的力学模型。分子机械动力学采用的力学模型 有两类，第一类是建立在量子力学、分子力学以及波函数理论基础上的离散原子作用模型。
阐述
对刚性转子的平衡已有较成熟的技术和方法：对工作转速接近或超过转子自身固有频率的挠性转 子平衡问题，不论是理论与方法都需要进一步研究。 平面或空间机构中包含有往复运动和平面或空间一般运动的构件，其质心沿一封闭曲线运动。根 据机构的不同结构，可以应用附加配重或附加构件等方法，全部或部分消除其振颤力。但振颤力 矩的全部平衡较难实现。 机械运转过程中能量的平衡和分配关系包括：机械效率的计算和分析，调速器的理论和设计，飞 轮的应用和设计等。 机械振动的分析是机械动力学的基本内容之一，现已发展成为内容丰富、自成体系的一门学科。 机构分析与机构综合一般是对机构的结构和运动而言，但随着机械运转速度提高，机械动力学已 成为分析与综合高速机构时不可缺少的内容。
机械的调速和平衡
第15章机械的调速和平衡作业习题题15-1机械产生速度波动的主要原因是什么？速度波动会引起什么后果？题15-2周期性和非周期性速度波动的区别在哪里？一般采用什么方法进行调节？题15-3为什么用飞轮可以调节周期性速度波动？加大飞轮的转动惯量能否使机械达到匀速运转的状态？题15-4为什么要对转子进行平衡？题15-5仅经过静平衡校正的转子是否能满足动平衡的要求？经过动平衡校正的转子是否能满足静平衡的要求？为什么？题15-6在动平衡计算或试验时，为什么要选两个平衡面？一个或三个平衡面可否？为什么？题15-7某机组主轴上作用的驱动力矩M va为常数，它的一个运动循环中阻力矩的变化如下图（a）所示。
已知如=25 rad/s,不均匀系数40.04。
试求：1.主轴的最大角速度⑷max和最小角速度「min ； 2.驱动力矩M va的大小；3.最大盈亏功W y；4•飞轮的转动惯量J F。
题15-7图题15-8如图15-7所示，某冲床的一个循环运转的总时间为T= t i+t2，其中t i为冲床空转时间，t2为冲床工作时间，且t1/t2 = 3；P1为冲床空转时所消耗的功率，P2为冲床工作时间内所消耗的功率，而P2/P1 = 6，不均匀系数为 &求该冲床所需电动机功率P和最大盈亏功W y。
题15-9下图所示的盘形构件有四个偏心质量位于同一转动平面内，它们的大小及其质心至转动轴线的距离分别为：m1=50g、m2=70g、m3=80g、m4=100g； r1=r4=100mm、r2=200mm、r3=150mm。
设欲加平衡质量m的质心至转动轴线的距离r=150mm，试求平衡质量m的大小和方位角。
题15-10 下图所示回转构件的各偏心质量m i=100g、m2=150g、m3=200g、m4=100g，它们的质心至转动轴线的距离分别为r i=400mm、r2=r4=300mm、r3=200mm,各偏心质量所在平面间的距离为1仁“23勻34 =200 mm,各偏心质量的方位角>12=120°，:- 23 = 60°> :- 34 = 90°。
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----- Wmax 愈大机器速度波动愈严重
(3) Wmax 、δ=C → JF -ω2m成反比 -----为减少JF，飞轮宜安装在转速较高的轴上
12
2. 最大盈亏功Wmax的确定
设: 在T内，Md与Mc变化规律如图示，Je为常数 当 Md> Mc 时外力对系统作正功，(盈功)
( ( W m a x E m a x E m in 1 2J F J e(m 2 a xm 2 in ) JFJe
2 m
JF
m 2(W JFmax Je)
JF
Wmax
m2
Je
JF Je
JF Wm 2max9020nW 2[m ax]
[]
分析：(1) Wmax、ωm=C→JF -δ成反比 -----不宜选取过小的[δ] -----导致飞轮过大而笨重
原因：
(1) 在一个周期T内: Wd-Wc=E=0
(2) 在某一段时间内Wd-Wc=E 0，机器的速 度、加速度和受力等呈周期性的变化
调节方法：
(T)
(T)
飞轮——转动惯量很大的回转构件(能量储存器) 飞轮作用：调速
W dW cE1 2J(2 0 2)
飞轮调速原理：
缝纫机 发动机
Wd＞Wc 盈功 动能 飞轮储存能量，使 ； Wd＜Wc 亏功 动能 飞轮释放能量，使 ；
W 0 T (M e d M e c )d E
JF Wm 2max9020nW 2[m ax]
M
Md
Mc
– + –+
–
T
max
min a b cd e
a
ce
d
能量指示图
a
ab13源自例题：假设：W1=-100，W2=350，W3=-80， W4=330，W5=-500
250 500
M
T
Mvd
m
制动
t
停车
4
三、速度波动的分类
总之 , 只要 wdwc ，则 E 0 变化（速度波动）
稳定运转阶段的速度变化： 匀速的、周期性波动；非周期性波动 影响： 速度波动动压力振动，噪音, 工作质量降低、效率下降 分类： 1 周期性速度波动及其调节 2 非周期性速度波动及其调节
5
1.周期性速度波动及其调节
JF JF
Wm2max
m
Dm 2
9020nW2[max]
2
飞轮尺寸
15
§7.2 机械的平衡
一、机械平衡的目的及内容 二、刚性转子的平衡计算 三、刚性转子的平衡实验
16
一、机械平衡的目的及内容 1 惯性力及其影响 2 机械平衡的目的 3 机械平衡的分类 4 机械平衡的方法
17
1. 惯性力及其影响
3
二、机械系统运转过程（功、能转换）
1. 起动阶段(0 m)
特点：Wd>Wc =m
2. 稳定运转阶段(m)
特点：Wd=Wc =m
起动
匀速稳定运转: m =C
变速稳定运转：周期性的速度
波动, mC
非周期性波动: mC
3. 停车阶段(m 0)
特点： Wd<Wc m=0
T
T
稳定运转
第7章 机械的调速和平衡
7.1 机械的速度波动的调节 7.2 机械的平衡
基本要求: • 了解机械功、能和原动件运动速度的特点 • 掌握飞轮调速原理及飞轮设计的基本方法 • 了解非周期性速度波动的基本概念和方法 • 了解机械平衡的目的及分类 • 熟练掌握刚性转子静、动平衡的原理和方法
1
§7.1 机械速度波动的调节
Mvr
– + –+
–
W1 W2
W3 W4
W5
170
0
0
-100
W m axW dW rEm axEm in 500(100)600Nm
或 W m axW 2W 3W 4
350(-80)330600Nm
min a b cd e
max a
14
3. 飞轮主要尺寸的确定
根据飞轮的转动惯量确定飞轮的具体结构尺寸
运动的构件按运动形态可分为三类： 定轴转动、往复直线运动、复杂平面运动 除：1）等速直线运动的构件
2）质量分布对其转动轴线完全对称的等速转动构件 其它构件在运动过程中都将产生惯性力或惯性力偶矩 举例说明 : 电风扇、砂轮磨削、轴的塑性变形 原因：
回转构件因结构、制造、质量不均匀→偏心质量→离心力 (惯性力)系不平衡 后果：产生振动、附加动压力→加速运动副磨损，η↓→工 作精度↓可靠↓→ 零件材料的疲劳损坏→噪音↑。
m 2 a x m 2 in 2
2 m
许用不均匀系数[] 见p111表7-1
10
五、飞轮的设计 1 飞轮设计的基本原理 2 最大盈亏功Wmax的确定 3 飞轮主要尺寸的确定
11
1.飞轮设计的基本原理
忽略其他构件的动能
关键：根据m、[ ]，确定飞轮的JF.
最大盈亏功Wmax与动能增量的关系：
J越大，调速作用越好
瞬时过载时，利用飞轮释放的能量克服，减小原动机功率
6
调速器工作原理图
油箱供油
发动机燃烧室
8
四、周期性速度波动的衡量指标
1. 绝对不均匀度
max mi n
可反映机械速度波动的绝对量，但不能
反映机械运转的不均匀程度。
m
✓例如：当max- min=5rad/s时，对于
min
动能，速度 Md<Mc 时外力对系统作负功，(亏功) 动能 ，速度 Md=Mc时 E =0，出现min 和 max(如图 示) min min(b) max max(e) 在b到e区间外力对系统作的功称为最大盈亏
功 WmW am x a x E m a x E m a x E m in
max
m =10 rad/s 和m =100rad/s的机械，
(T)
低速机械的速度波动要明显一些。
(T)
2. 平均角速度 名义转速或额定转速
T d
m
0
T
m
m
ax m
2
i
n
m
n
30
9
3. 速度不均匀系数(相对不均匀度）
表示机械运转的不均匀程度。
maxmin[] m
得 maxm(12) m i nm(12)
一、作用在机械上的力 二、机械运转过程 三、速度波动的分类 四、周期性速度波动的衡量指标 五、飞轮的设计
2
一、作用在机械上的力
外力：重力、摩擦力、驱动力、工作阻力… 工作阻力：机械工作时需克服的阻力 驱动力：驱动原动件运动的力
机器动能方程式： W = Wd – (Wr+Wf)=Wd-Wc = E2 – E1= E 外力功 = 驱动功 -- 阻力功 = 系统动能的增量 盈功：驱动力作的功大于阻力作的功 亏功：驱动力作的功小于阻力作的功