机械的平衡和调速共31页
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机械设计基础课件 第16章 机械的调速与平衡
平面连杆机构
16.1 机械运转速度波动的调节
16.1.1 周期性速度波动的调节
1．周期性速度波动及其调节原理
周期性速度波动是由于机械系统动能增
减呈周期性变化，造成主轴角速度随之作
周期性波动，如图16.1所示。主轴角速度
从某一数值变回到原值所经式m中a历x： 的时间为一
个运动周期。
、
min
机器作周期运转时的平均角速度可根据
获得机器的稳定运转。 图16.5所示为一常见的柴油机用机械式离心调速器的工作原理图。当工作机
的载荷突然减少时，柴油机转速就会突然升高。由于离心力的作用，调速器两
重球K因离心力增大而飞向上方，带动圆桶N上升，通过连杆机构关小节流阀G
，减小供油量，从而降低速速度。
平面连杆机构
16.2 机械的平衡
16.2.1 机械平衡的目的与类型
转的平稳性要求不一样，表16.1列出了常用机械的速度不均匀系数 的限定范围。
表16.1 常用机械运转速度不均匀系数的许用值
机械的名称 碎石机
冲床、剪床 水泵、鼓风机
0.100.20 0.05 0.15 0.02 0.03
机械的名称 减速器 内燃机
交流发电机
0.015 0.020 0.066 0.125 0.0020.003
16.1 机械运转速度波动的调节
机械系统是在外力（包括驱动力和阻力）的作用下运转的 。如果驱动力所作的功等于阻力所作的功。则机械的主轴将 保持匀速运转。但是，大多数机械系统工作时并不能保证驱 动功与阻力功时时相等。所以，必须对机械系统速度波动进 行调节，使上述影响限制在允许的范围内。
机械系统运转速度波动可以分为周期性速度波动和非周期 性速度波动。
《机械的平衡和调速》课件
调速的定义
调速是指通过改变机械设备的输入参数，如电压、电流、转速等，以达到改变 机械设备输出转速的目的。
调速的重要性
在许多工业领域中，机械设备的输出转速需要进行精确控制，以满足生产工艺 的要求。例如，在纺织、造纸、食品加工等领域，需要对机械设备的输出转速 进行精确控制，以保证产品质量和生产效率。
调速的类
平衡的方法
主动平衡
通过增加或减少质量或其他参数来消 除不平衡，使机械系统达到平衡状态 的方法。例如，在旋转机械中通过加 减配重块来消除转子不平衡。
被动平衡
通过采用阻尼材料或结构来减小机械 系统中的振动和不平衡的方法。例如 ，在旋转机械中通过设置阻尼器来减 小振动和不平衡。
02
机械调速的基本概念
调速的定义与重要性
通过改变机械设备的液压参数， 如油压、流量等，以达到改变机 械设备输出转速的目的。例如， 通过改变液压马达的输入油压等
。
03
机械平衡与调速的应用
平衡在机械设计中的应用
平衡在旋转机械中的应用
旋转机械如电机、发动机等在工作过程中会产生惯性力和惯性力矩，平衡的目的 就是消除或减小这些力和力矩，提高机械效率和使用寿命。
《机械的平衡和调速》ppt课 件
目录
• 机械平衡的基本概念 • 机械调速的基本概念 • 机械平衡与调速的应用 • 机械平衡和调速的未来发展
01
机械平衡的基本概念
平衡的定义与重要性
平衡的定义
平衡是指机械系统中的各个部分 在运动过程中保持相对静止或以 预定的方式运动的状态。
平衡的重要性
平衡是保证机械系统正常运转的 必要条件，不平衡会导致机械振 动、磨损和效率降低，甚至引发 安全事故。
平衡与调速技术的融合趋势
调速是指通过改变机械设备的输入参数，如电压、电流、转速等，以达到改变 机械设备输出转速的目的。
调速的重要性
在许多工业领域中，机械设备的输出转速需要进行精确控制，以满足生产工艺 的要求。例如，在纺织、造纸、食品加工等领域，需要对机械设备的输出转速 进行精确控制，以保证产品质量和生产效率。
调速的类
平衡的方法
主动平衡
通过增加或减少质量或其他参数来消 除不平衡，使机械系统达到平衡状态 的方法。例如，在旋转机械中通过加 减配重块来消除转子不平衡。
被动平衡
通过采用阻尼材料或结构来减小机械 系统中的振动和不平衡的方法。例如 ，在旋转机械中通过设置阻尼器来减 小振动和不平衡。
02
机械调速的基本概念
调速的定义与重要性
通过改变机械设备的液压参数， 如油压、流量等，以达到改变机 械设备输出转速的目的。例如， 通过改变液压马达的输入油压等
。
03
机械平衡与调速的应用
平衡在机械设计中的应用
平衡在旋转机械中的应用
旋转机械如电机、发动机等在工作过程中会产生惯性力和惯性力矩，平衡的目的 就是消除或减小这些力和力矩，提高机械效率和使用寿命。
《机械的平衡和调速》ppt课 件
目录
• 机械平衡的基本概念 • 机械调速的基本概念 • 机械平衡与调速的应用 • 机械平衡和调速的未来发展
01
机械平衡的基本概念
平衡的定义与重要性
平衡的定义
平衡是指机械系统中的各个部分 在运动过程中保持相对静止或以 预定的方式运动的状态。
平衡的重要性
平衡是保证机械系统正常运转的 必要条件，不平衡会导致机械振 动、磨损和效率降低，甚至引发 安全事故。
平衡与调速技术的融合趋势
机械的调速与平衡共23页
机械设计基础——机械的调速和平衡
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
机械设计基础——机械的调速和平衡
1 惯性力及其影响
❖ 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 ❖ 不平衡后果：电风扇、砂轮磨削、轴的塑性变形 产生附加动压力 摩擦、磨损、效率、振动噪音... 影响机械的工作精度、可靠性、寿命... 造成破坏性事故
m2
m2’’,
F2 r2’’
F2’’
m2' m2l2'' l2 m 2 ''m 2l2 ' l2
平Hale Waihona Puke 1m i'r i'm b 'r b '0 平面2
m i''r i''m b ''r b ''0
机械设计基础——机械的调速和平衡
动平衡设计图示
II F2 II
FII
平衡：去重或配重
F F2
m1
r1
m2
r2 m3 r3
rb
mb
r4 m4
F4
Fb
W3
W
2
W1
F3
W4
a
Wb
b
机械设计基础——机械的调速和平衡
质径积表达方式
F
❖ m F 平1 1 r 1 衡 F 2 方 2 程m ：2 F r 2 3 2 F m 4 3 r 3 F b 2 m 0 4 r 4 2 m b r b 2 0 F1 m1r1
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
机械设计基础——机械的调速和平衡
1 惯性力及其影响
❖ 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 ❖ 不平衡后果：电风扇、砂轮磨削、轴的塑性变形 产生附加动压力 摩擦、磨损、效率、振动噪音... 影响机械的工作精度、可靠性、寿命... 造成破坏性事故
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平Hale Waihona Puke 1m i'r i'm b 'r b '0 平面2
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机械设计基础——机械的调速和平衡
动平衡设计图示
II F2 II
FII
平衡：去重或配重
F F2
m1
r1
m2
r2 m3 r3
rb
mb
r4 m4
F4
Fb
W3
W
2
W1
F3
W4
a
Wb
b
机械设计基础——机械的调速和平衡
质径积表达方式
F
❖ m F 平1 1 r 1 衡 F 2 方 2 程m ：2 F r 2 3 2 F m 4 3 r 3 F b 2 m 0 4 r 4 2 m b r b 2 0 F1 m1r1
精品课件- 机械的平衡及调节
二、机械运转的平均速度和不均匀系数 若已知机械主轴角速度随时间变化的规律时，一个周期角速度的实现平均值 ωm为： ωm=(ωmin+ωmax)/2; δ=(ωmax-ωmin)/ωm
一定时，δ越小，表示机械运转越均匀，运转的平稳性越好。不同机械其运动平 稳性的要求不同，许用不均匀系数[δ]也不同。各种不同的机械对速度的波动有 不同的要求，即根据设计要求规定不同的不均匀系数δ的许用值。几种常见机械 的不均匀系数的取值范围见表7—2。
机构的平衡：为了减小或消除机构中各构件的惯性力和惯性力矩所引起的 振动、附加动压力和减小输入转矩波动而采用的改善质量分布、附加机构 等的措施，称为机构的平衡，如内燃机曲柄连杆机构等的平衡。
3.研究机械平衡的方法 计算法： 图解法与解析法。图解法简单方便；解析法计算结果准确，它们皆用在各 不平衡质量大小及质心位置已知的情况下。 试验法则适用于各平衡质量大小及质心位置未知的情况下或虽经计算法加 平衡配重平衡，但实际由于材质不衡之。 这里主要阐述图解法。
三、飞轮设计简介
1.飞轮设计的基本原理
飞轮的调速是利用它的储能作用，在机械系统出现盈功时，吸收储存多余能量
，而在出现亏功时释放其能量，以弥补能量的不足，从而使机械的角速度变化幅
度得以缓减，即达到调节作用。
当机械系统的等效构件上装加一个转动惯量为 J f的飞轮之后，需飞轮储存的
最大盈亏功为Wmax＝Emax－Emin，其等效构件的速度不均匀系数则为 δ＝
2.分类：根据转子不平衡质量的分布情况，转子的平衡可分为静平衡和动平衡。 1)．静平衡
对于轴向尺寸较小的零件，也称为盘状零件（直径D与宽度L之比:：D/ L≥5），如飞 轮、砂轮等，其质量分布可以近似认为在同一回转面内。当回转件匀速转动时，各质量所 产生的离心力构成同一平面内交于回转中心点的力系。如果该力系不平衡，则它们的合力 不等于零。为了使力系达到平衡，只需在同一平面内加上一个平衡质量，使其所产生的离 心力等于原离心力的合力且方向相反。这样，加上一个平衡质量后，由回转件上各质量所 产生的离心力组成的力系就达到平衡。这种平衡称静平衡。
《机械的平衡与调速》课件
机械平衡与调速的发展趋势
05
与挑战
新材料与新工艺的应用
总结词
新材料和新工艺在机械平衡与调速领域的应 用，为解决传统材料和工艺的限制提供了新 的解决方案。
详细描述
随着科技的不断发展，新型材料如碳纤维、 钛合金等高强度、轻质材料在机械部件制造 中得到广泛应用，提高了设备的平衡性能和 调速稳定性。新工艺如3D打印技术能够实 现复杂结构的精密制造，为机械设备的精细 平衡和调速提供了可能。
离心机的平衡与调速
总结词
离心机的平衡与调速对于保证其稳定运 行和提高分离效果具有重要意义。通过 平衡技术可以减小离心机振动，提高其 稳定性和分离效果。调速技术则可以控 制离心机转速，实现不同物料的分离需 求。
VS
详细描述
离心机在分离过程中会产生振动和噪音， 这会影响分离效果和离心机的寿命。通过 平衡技术，可以减小离心机振动，提高其 稳定性和分离效果。调速技术则可以根据 不同物料的分离需求调整离心机转速，实 现高效分离。同时，调速控制还可以实现 节能降耗，降低生产成本。
和环境污染。
THANKS
感谢观看
01 平衡的条件
对于一个机械系统，如果作用于其上的所有外力 矩之和为零，则该系统处于平衡状态。
02 平衡的准则
为了实现平衡，需要根据具体的机械系统和工况 条件，选择合适的支撑、配重、阻尼等措施，以 消除或减小不平衡力矩的影响。
03 准则的应用
在机械设计中，应遵循平衡的准则，合理布置和 设计机械系统的各个部分，以确保系统的稳定性 和可靠性。
02
机械平衡的方法与技术
静平衡方法
静平衡方法是一种通过测量和调整机械部件的质 01 量分布，使其在静态条件下达到平衡的方法。
机械的平衡与调速
1、静平衡：质量分布在同一回转面内的平衡问 题称为静平衡。它适用于转子宽度B ≤0.2D（D 为转子直径）的回转件； 转子的静平衡实质上是平面汇交力 系的平衡问题。 ① 静平衡的条件：分布于回转件上各个 质量的离心力的矢量和等于零。即只要求 刚性转子的惯性力达到平衡。 ② 静平衡实验。静平衡实验通常在静平 衡架上进行。静平衡架有刀口式导轨静平 衡架和圆盘式导轨静平衡架。
一、机械速度波动调节的目的
由于机械在运转中，驱动功与阻力功不是时时相 等，会引起机械动能的增减，从而导致机械运转速度的 波动。这种速度波动会在运动副中产生附加动载荷，降 低机械效率和工作可靠性，引起机械振动，影响零件的 强度和寿命，降低机械的精度和工艺性能，使产品质量 下降。 例如：发电机主轴的速度波动将导致电压波动，电唱机 转盘的速度波动会使音质变差，鼓风机或电风扇主轴的 转速波动会产生噪声等。所以，必须设法加以调整，使 这种波动限制在许可范围之内。
二、机械速度波动的类型
机械运转时的速度波动有两种形态： ① 周期性的速度波动：这种速度波动 在一个运动周期内，机械的总驱动功和总阻 力功是相等的，所以机械仍然是稳定运转。 ② 非周期性的速度波动：这时机械的 驱动功和阻力功已失去平衡，机械运转的速 度将持续升高或下降，如不加以调节就不可 能恢复到稳定的运转状态。
三、速度波动的调节方法
1、非周期性速度波动的调节方法：有两种： 一是利用原动机的自调性；二是采用反馈控制 方法进行调节（如调节器）。
调速器的作用是从机器的外部来调节 输入机器的能量，使机器恢复稳定运转。
2、周期性速度波动的常用调节方法：安装飞轮， 即在机械系统中安装一个具有较大转动惯量的 盘状零件。 飞轮的作用是当机器出现盈功时把多余 的能量吸收和储存起来；当机器出现亏功时 把储存的能量释放和补偿出来，从而降低机 器运转速度的波动程度，即在机器内部起转 化和调节作用，而其本身并不能增加或减少 能量。
一、机械速度波动调节的目的
由于机械在运转中，驱动功与阻力功不是时时相 等，会引起机械动能的增减，从而导致机械运转速度的 波动。这种速度波动会在运动副中产生附加动载荷，降 低机械效率和工作可靠性，引起机械振动，影响零件的 强度和寿命，降低机械的精度和工艺性能，使产品质量 下降。 例如：发电机主轴的速度波动将导致电压波动，电唱机 转盘的速度波动会使音质变差，鼓风机或电风扇主轴的 转速波动会产生噪声等。所以，必须设法加以调整，使 这种波动限制在许可范围之内。
二、机械速度波动的类型
机械运转时的速度波动有两种形态： ① 周期性的速度波动：这种速度波动 在一个运动周期内，机械的总驱动功和总阻 力功是相等的，所以机械仍然是稳定运转。 ② 非周期性的速度波动：这时机械的 驱动功和阻力功已失去平衡，机械运转的速 度将持续升高或下降，如不加以调节就不可 能恢复到稳定的运转状态。
三、速度波动的调节方法
1、非周期性速度波动的调节方法：有两种： 一是利用原动机的自调性；二是采用反馈控制 方法进行调节（如调节器）。
调速器的作用是从机器的外部来调节 输入机器的能量，使机器恢复稳定运转。
2、周期性速度波动的常用调节方法：安装飞轮， 即在机械系统中安装一个具有较大转动惯量的 盘状零件。 飞轮的作用是当机器出现盈功时把多余 的能量吸收和储存起来；当机器出现亏功时 把储存的能量释放和补偿出来，从而降低机 器运转速度的波动程度，即在机器内部起转 化和调节作用，而其本身并不能增加或减少 能量。
《机械设计基础》教学课件主题07 机械的平衡与调速
单元3 机械运转速度波动调节的方法
三、机械运转的平均速度和不均匀系数
几种常见机械运转的不均匀系数的取值范围见下表
主题7 机械的平衡与调速
重点回顾
THANK YOU !
单元1 机械平衡
1、转子平衡
对于轴向尺寸较大的回转件（又称轴类零件，直径D与宽度L之比 D/L＜5），如电动机的转子、机床主轴等，其质量分布不能近似地认 为是位于同一回转面内。这类回转件转动时产生的离心力不再是平面 力系，而是空间力系。因此，单靠在某一回转面内加一平衡质量的静 平衡方法不能使这类回转件转动时达到平衡。对于这种转子的不平衡 问题进行平衡时，一般的方法是先选定两个辅助平面，再将各个质量 按其所在平面与两辅助平面的距离的比值，按比例将质量分解到两辅 助平面上，最后再采用静平衡的方法使这两个辅助平面达到静平衡（ 亦称双面平衡）。构件在动平衡时也一定是静平衡的。
单元3 机械运转速度波动调节的方法
三、机械运转的平均速度和不均匀系数
已知机械主轴角速度随时间变化的规律时，一个周期角速度的实 现平均值ωm为
ωm=（ωmin+ωmax）/2，δ=（ωmax－ωmin）/ωm ωm一定时，δ越小，表示机械运转越均匀，运转的平稳性越好。
不同机械对运动平稳性的要求不同，许用不均匀系数［δ］也不 同。各种不同的机械对速度的波动有不同的要求，即根据设计要求规 定不同的不均匀系数［δ］的许用值。
单元1 机械平衡
1、转子平衡
单元1 机械平衡
2、机构平衡
对于做往复运动及做平面复合运动的构件，因其重心是运动的，其 惯性力无法就该构件本身加以平衡，因而必须就整个机构加以研究，设 法使机构的惯性力的合力和力偶得到完全和部分的平衡。在机器运转日 趋高速的情况下，应尽量采用回转体，以利于解决平衡问题。
机械平衡与调速
16.2 回转件的静平衡
如图16.1b所示，根据任一已知质径积选定比例尺 µW （kg•mm/mm），按向径 r 、r2、r3、r4 的方向分别作向量 1
W1、W2、W3、W4 ，使其依次首尾相接，最后封闭图形的向量 Wb 即
代表了所求的平衡质径积
mb rb 。其大小为
mb rb = µW Wb
根据结构特点选定合适的 rb ，即可求出 mb 。如果结构上允许， 尽量将 rb 选得大些以减小 mb ，避免总质量增加过多。 如果结构上不允许在该回转面内增、减平 衡质量，如图16.2所示的单缸曲轴，则可 另选两个校正平面Ι和Π，在这两个平面内 增加平衡质量，使回转件得到平衡。根据 理论力学的平行力合成原理可得
机器速度波动的原因
机器运转时其驱动功与总消耗功并不是在每一瞬时都相等的。由能量 守恒定律可知，在任一时间间隔内驱动功和总消耗功之差应等于该时 间间隔内机器动能的变化，即
式中Wed和Wer分别为任意时间间隔内的驱动功和阻力功， E1和E2分 别为该时间间隔开始时和终止时机器的动能。
运动周期
大多数机器在稳定运转阶段的速度并不是恒定的。机器主轴的速度从某 一值开始又回复到这一值的变化过程，称为一个运动循环，其所对应的 时间T称为运动周期。
这样可以认为转子的偏心质量集中在 T ' 和 T " 两个平面内。对于校正平 面 T ' ，由式（16.1）可得平衡方程为：
m1 ' r1 + m2 ' r2 + m3 ' r3 + mb ' rb ' = 0
' 作出向量图（图16.4b），求出 mb ' rb '。只要选定 rb ' ，便可确定 mb 。