机械设计基础06-7-8

(7-4)
ωmin ＝ωm(1－δ/2)
由式可见,δ↓→主轴越接近匀速转动 →不同机器允许的δ不同→表(7-1)
(7-5)
§7-2飞轮设计的近似方法
设计的基本问题: 在机器运转不均匀系数δ 的容许 范围内→确定飞轮Ｊ。 在一般机器中，由于飞轮质量 其它构件 →∴飞轮的动能 其它构件动能。 ∴可近似认为飞轮的动能＝整个机器所具的动能 →∴飞轮动能的最大变化值△Ｅmax ＝机器最大盈亏功Ａmax Ａmax＝△Ｅmax＝Ｅmax－Ｅmin ＝1/2· Ｊ(ωmax2－ωmin2)＝Ｊ·ωm2·δ ∴飞轮应具的转动惯量: Ｊ＝Ａmax/(ωm2·δ)＝900Ａmax／(π2·2·δ) n
§6-4 凸轮间歇机构
图(6-11)
构成:带曲线槽的圆柱凸轮1(主动), 带滚子3的转 盘2(从动),机架。 工作原理:当凸轮转动时 ，通过其曲线沟槽拨动 从动转盘上的滚子→转 盘作间歇运动，每次转 动角为2π/Z (Z为滚子 数)→传递交错轴间的分 度运动 。 特点: 运动可靠, 平稳, 运动规律任意, 用于 高速间歇运动
F Fb Fi 0
静平衡方法: →加上平衡质量(质量ｍb，质心 向径ｒb)或相反方向减去同一质量,使它产生的 离心力＋原有质量产生的离心力(矢量和)＝0 F3 (力多边形封闭) 。 F
b
F1
F3
F2
Fb
F2
∵ Ｆi＝ｍｒω2 ω相等 →
mb rb m1 r1 m2 r2 mn rn 0
B m”
将T” (T’)面通过摆动轴线， 由T’ (T”)上的质径积m’ r’ →摆架的振动。 由强迫振动理论→ Z’= μm ’r’ μ－比例常数(测定) → 求m ’r’的大小(方向另定)
T” 1 T’ m’ O 4 Z’ B
2 3 5
但对于移动或复合运动的构件，其惯性力不 可能在构件本身内部加以平衡→无法消除运动 副中的动压力 ∴→机器应尽量采用回转运动的机构 （特别是 速度很高时）
δ
第八章
回转件的平衡
主要内容: 回转件平衡的目的及方法 本章重点: 回转件的静平衡及动平衡 本章难点: 回转件的动平衡
§8-1 回转件平衡的目的
由于各构件不平衡的惯性→机械强烈振动 →原因及办法 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→ 引起振动、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↑。 ∴应调整回转件的质量分布 →使惯性力完全平衡或部分平衡。
第六章
其它常用机构
将主动件的连续运动→ 从动件有规律的运动和仃歇运动的机构 →间歇运动机构 主要内容: 常用间歇运动机构的类型及特点 •间歇运动机构→ 棘轮机构 槽轮机构 不完全齿轮机构 凸轮间歇运动机构
§6-1 棘轮机构
一. 齿式棘轮机构: 构成:棘轮5、驱动棘爪4、 制动棘爪6 、机架7。 棘爪4 固定于曲柄摇杆机 构ABCD的摇杆上, 摇杆CD作左右摆动。
2.非周期速度波动
t
飞轮动能变化： △Ｅ＝1/2· Ｊ(ω ２－ ω02) Ｊ－飞轮的转动惯量 由式可见,飞轮Ｊ越大→使速度波动(实线) ↓ →同时，飞轮能利用储备的能量克服短时过载 →∴可选功率较小的原动机。 ω T
t
2.非周期速度波动
现象: 当外力突然发生不规
则的较大变化→机器速度不 规则的变化、或间歇性的变 化→非周期速度波动 →不能利用飞轮来调节。
→可求出ｍbｒb ，一般将ｒb取得较大， 则ｍb可较小。 m r →质径积
F1
(二)回转构件的动平衡(质量分布不在同 一回转面内) （D/B 5）
当回转件轴向尺寸较大时(曲轴),其质量→ 分布于垂直于轴线的许多互相平行的回转面内。 例图示回转件,不平衡质量 ｍ1、ｍ2。m1=m2 , r1=r2 , 不在同一回转面。 m1r1=m2r2 →回转件处于 不平衡状态。(不平衡的 力偶矩) F=0 (离心力) →必须使 M=0 (惯性力偶矩) mr →质径积 →达到平衡→动平衡。
§7-1 机器运转速度波动调节的目的和方法
(一)调节机器速度波动的目的和方法 一.目的: 如果机械驱动力所作的功=阻力所作的功 A驱＝A阻→机械主轴匀速运转(风扇)
但许多机器，每一瞬间A驱≠A阻 (二)机器主轴的平均角速度 A驱＞A阻→盈功→机械动能↑ →机械速度的波动 和运转速度不均匀系数 A驱＜A阻→亏功→机械动能↓
间歇运动机构 棘轮机构：结构简单、转角可调、转向可变， 有冲击，用于低速轻载。 槽轮机构：结构简单、工作可靠、转角不可调 不完全齿轮机构：结构简单、匀速传动(始末除外) 凸轮间歇机构：工作平稳,运动规律任意,高速轻载
第七章机械运转速度波动的调节
机器速度波动→振动、η↓、可靠性↓质量↓
→目的及方法 主要内容: 1.机械速度波动的原因,分类及调速方法 2.飞轮设计原理及注意事项
工作机 原动机
方法: 调速器→主要调节驱动力。 例:离心式调速器 图7-2
节流阀
蒸汽
（二）机器主轴的平均角速度和运转速度不均匀系数
＊平均角速度: ωm≈ (ωmax＋ ωmin)/2 (7-2) （算术平均角速度）→名义速度 ＊运转速度不均匀系数:δ＝(ωmax－ωmin)/ωm
(7-3)
由(7-2)(7-3)可得:ωmax＝ωm(1＋δ/2)
回转件的动平衡方法 (离心力系是空间力系) 1.在各自的平面分别平衡
2.在另选两个平面上平衡 (空间力系可以简 化为两个平面上 的汇交力系）
1）偏心质量平移→附加平面(A、B) 2）在附加平面上分别平衡
理论上可以达到完全平衡
动平衡实例分析 图8-4 设不平衡质量ｍ1、ｍ2、ｍ3分 m1’ · l=m1·1” l 布在1、2、3三个回转面内。 m1” · l=m1·1’ l 任选两平行平面T’、T” ，用T’、T” 面的质量m1’、m1”、m2’ 、m2” 、m3’ 、 m3” 来代替原不平衡 质量m1、m2、m3。 可视为不平衡质量集 中在T’、T”回转面内 →分别在T’、T” 面进 行平衡→完全平衡。
Hale Waihona Puke 7→当CD左摆时,棘爪4 推动棘轮转(逆向)一角度。 →当CD右摆时,制动爪 6阻止棘轮反向转动， 棘爪4 在棘轮上滑过→棘轮静止不动。 ∴→棘轮单向间歇转动。
双动式棘轮机构: 图(6-2) 可变向棘轮机构：
(需经常改变棘轮回转 方向时用) 图(6-3)
棘爪 →双向棘爪 ; 棘轮齿→方形 ; 棘爪工作面→平面; 棘爪非工作面→曲面(易于滑过棘轮) 。 图示位置: 棘轮可作逆时针转动, 需棘 轮反向转动时, 只需将棘爪装至虚线位置。
使运动副产生附加动压力→机械振动↑η↓质量↓ →必须对机械速度波动进行调节 二.分类与方法: →这类机械容许的范围内
二.分类与方法:
1. 周期性的速度波动: 图7-1 现象: 当外力(驱动力和阻力)作周期性变化→机器 主轴ω周期性变化→由图可知, ω在经过一个运动周 期T之后又变到初始状态→ 动能无增减。 整个周期中A驱＝ A阻→某一瞬间A驱≠ A阻 →引起速度波动。 调节方法: 加上转动惯量很大的回转件－飞轮。 T ω 盈功使飞轮动能↑ 亏功使飞轮动能↓
1
2
特点:结构简单、转角可调、转向可变。但只能有 级调节动程, 且棘爪在齿背滑行会引起噪音、冲 击和磨损→高速时不宜采用。
§6-2 槽轮机构
一.构成:
图6-7
机架、拨盘 1 (具有圆销A)(主)、 槽轮2(具有径向槽,从) 二. 工作原理: 三. 槽轮机构特点及应用 拨盘 1 等速转动, 当圆销A进入槽轮 圆销 r 的径向槽中→槽轮 拨盘 转动→当圆销A脱 出径向槽, 槽轮2的 槽轮 内锁住弧β被拨盘1 的外凸圆弧α卡住→ 槽轮2静止不动 。
§8-3回转件的平衡试验
1)静平衡试验 →利用静平衡架，找回转件不平衡 质径积的大小和方向→确定平衡质 量的大小和位置→使质心 移到回转轴上 →达静平衡。
图8-5 , 8-6 ,
静平衡架：平行淬硬的钢制 刀口形(或圆形、棱形)导轨
2)动平衡试验机
2)动平衡试验机 1－待平衡的回转件 2－摆架 3－机架(B－轴承， O－转动副) 4－弹簧 5－指针 Z’ －摆架振动的振幅 T’、T” －校正平面
§8-2回转件的平衡计算
平衡分类： 静平衡(D/B > 5)(质量分布在同一回转面内) 动平衡(D/B 5)(质量分布不在同一回转面内) (一)回转构件的静平衡(质量分布在同一回转面内)
当回转件D/b＞5,近似认为其质量分布在同 （二）回转构件的动平衡 一回转面内 →偏心质量产生的离心 (质量分布不在同一回转面内) 力系不平衡(平面汇交力系) 。 ∴→合力∑Fi≠0(力多边形不封闭)
(7-6)
分析: 1.当ωm、Ａmax一定时，Ｊ与δ的关系为一等 边双曲线。δ↓Ｊ↑→机器运动匀速性↑。但不 宜过分追求机器运转的均匀性(δ较小), 而使Ｊ过 J 大→飞轮笨重→成本↑ 。 ２.当ωm、Ｊ一定时，Ａmax与δ成 正比→Ａmax↑机器运转愈不均匀。 O
(图7－3) ３.当Ａmax、δ一定时,Ｊ与ωm2成反 比→速度↑,所需Ｊ↓→宜将飞轮安装在高速轴上。 Ａmax可按机器在一个运动循环中的驱动力和阻 ∴飞轮应具的转动惯量Ｊ＝Ａmax/（ωm2·δ） 力的功率变化曲线来定。而δ、ωm则按机器具体 ＝900Ａmax／(π2·2·δ) (7-6) n 工作要求来选定。
L
锁止弧
三. 槽轮机构特点及应用 特点: 结构简单、工作可靠、能准确控制转动、
机 械效率高。转角不可调。 应用: 常用于只要求恒定旋转角的分度机构中
（转速不高的自动机械、轻工机械、仪表机械）
§6-3不完全齿轮机构
图(6-9)
构成: 主动轮1、从动轮2、机架 工作原理：由渐开线齿轮机构演变而来。但轮齿 不布满整个圆周→ 从动轮作间歇运动。 锁止弧 特点:结构简单、 匀速传动。 (始末除外)