机械的调速和平衡.pptx

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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

机械调速和平衡15页PPT

1 周期性速度波动及其调节
❖ 特点:
(1) 在一个周期T内: Wd-Wc=E=0
(2) 机器的位置、速度、加速度和受力等呈周
期性的变化
(T)
(T)
W dW rE1 2J(20 2)
❖ 调节方法：
飞轮——转动惯量很大的回转构件(能量储存器)
飞轮作用：调速
飞轮调速原理：
Wd＞Wr 盈功动能飞轮储存能量，使；
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生产阻力 ❖ 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
❖分析：(1) Amax、ωm=const.→JF -δ成反比 -----不宜选取过小的[δ] -----不能完全消除系统周期性速度波动
(2) JF 、ωm=const. → Amax -δ成正比
----- Amax 愈大机器速度波动愈严重
(3) Amax 、δ=con好者s运乐t.动好→--者读--健书J-为F，者-好博减ω思，2少考好m成者旅JF智游反,飞，者比好悦轮助，宜人好安装在转速较高的轴上 10
❖ 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<Wr m=0
总之 , 只要 wdwc ，则 E 0 变化（速度波动）
好运动者健，好思考者智，好助人
3
者乐好读书者博，好旅游者悦，好

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。

第15章机械的调速与平衡PPT课件

Wmax Emax Emin Emax Wab Wbc Wcd S2 S3 S4 M
将W max代入式可求出飞轮转动惯量J 。
.
21
飞轮主要尺寸的确定
求出飞轮转动惯量J之后，还要确定它的直径、宽度、轮缘厚度等有关
尺寸。
图15-6所示为带有轮辐的飞轮。这种飞轮的轮毂和轮辐的质量很小，回转半
.
9
– 非周期性速度波动不能依靠飞轮来迸行调节。只能采用特殊的装置— —调速器，使驱动力作的功和阻力作的功趋于平衡，以使机械重新恢复稳定运转。
– 图15-2所示为机械式离心调速器的工作原理图。
–现代机械上已改用电子器件实现自动控制。
.
图15-2 离心调速器
10
§15-2 飞轮设计的近似方法
图中最高点d和最低点a就是最大动能和最小动能处对应于maxaadd二位置动能之差即二位置动能之差即这两点之间各矢量线段的矢量和的这两点之间各矢量线段的矢量和的绝对值也是这两点之间绝对值也是这两点之间mm和和mm两曲线间所包围的各块面积两曲线间所包围的各块面积代数和的绝对值就是其最大盈亏代数和的绝对值就是其最大盈亏功功aamaxmaxcdbcabmaxminmaxmaxmax代入式可求出飞轮转动惯量j22飞轮主要尺寸的确定求出飞轮转动惯量j之后还要确定它的直径宽度轮缘厚度等有关尺寸
来表示，其定义为角速度波动的幅值(ωmax－ωmin)与平
均角速度m 之比，即
max min m
(7 3)
– 若巳知m和δ，则可得
max
m
1
2
(7 4)
min
m
1
2
(7 5)
由上式可知，越小，主轴越接近匀速转动，机械运转就愈

机械设计基础第六章机械的调速与平衡

第二节机械的平衡
一、机械平衡的目的
1．回转件回转件（转子）：绕固定轴线回转的构件。刚性转子：工作转速低于n＜（0.6～0.75）nc1的转子。挠性转子：工作转速n≥（0.6～0.75）nc1的转子弹性变形的挠度较大，不能忽略。
2．回转件产生不平衡的原因：原因：回转件结构不对称、材质的不均匀以及制造和装配中的偏差，导致其质量中心和回转轴线的不重合，使回转件在回转时产生离心惯性力（F=mω2e ）。
2．非周期性速度波动及其调节方法
（1）非周期性速度波动
机械在运转过程中，在很长一段时间内出现 Wd＞Wc，将使机械运转速度不断升高，直至超过强度所允许的极限转速导致机械损坏；反之，出现在很长一段时间内出现Wd＜ Wc ，将使机械运转的速度不断下降，直至停车。这种速度波动是不规则的，没有一定的周期，因此，称为非周期性速度波动。
非周期性速度波动的产生原因是Wd一直大于或小于Wc，故这种速度波动不能依靠飞轮来进行调节，而必须采用调速器使Wd与Wc保持平衡，以达到新的稳定运转状态。
（2）调节方法机械式离心调速器
原动机
工作原理：当负载减小时，调速器主工作机轴转速升高，离心力使重球上升，通过连杆机构关小节流阀，降低机械转速。
机械的速度波动可分为周期性速度波动和非周期性速度波动两种。
二、机械速度波动的调节方法 1．周期性速度波动及其调节方法
在整个周期中Wd＝Wc；但是，在周期中的某段时间间隔内， Wd≠Wc，因此，出现速度的波动。机械的这种有规律的速度波动称为周期性速度波动。
调节周期性速度波动的方法，是在机械的转动构件上加装一个大转动惯量的回转件（飞轮）。当Wd ＞ Wc 出现盈功时，飞轮的转速略增，将多余的能量储存起来；反之，当 Wd ＜ Wc 出现亏功时，飞轮的转速略降，把储存的能量释放出来，补偿亏功，以减少机械的速度波动，达到调速的目的。

机械设计基础第5章机械的调速和平衡2n

第五章
机械的调速和平衡
5-1 机械速度波动的调节 (p.49)
5-2 机械的平衡（p.53)
5-2 机械的平衡
（一）机械平衡的目的和方法 (p.53) （二）回转构件的静平衡（三）回转构件的动平衡
（一）机械平衡的目的和方法
机器运转不平衡问题
机械在运转时，构件上一般都将作用着不平衡的惯性力。
（二）回转构件的静平衡（1）静平衡计算
m’

mze z 2 m'e' 2 me 2 0
mze z m'e' me 0
e’ 为平衡质量到转动轴线的距离(偏距)，质量与偏距的乘积称为质径积
（二）回转构件的静平衡
（1）静平衡计算
m'e' me 0
m’
机械不平衡惯性力的大小随其运转速度的增加而急剧增加。机械平衡问题在设计高速机械时有特别重要意义。分静平衡和动平衡问题
（一）机械平衡的目的和方法
机器运转不平衡问题
机械不平衡惯性力在各运动副产生附加的动压力，从而增加运动副中的磨损和降低机械效率。不平衡惯性力的周期性变化，将引起机器和其他构件的振动，从而影响其工作质量，引起材料疲劳损坏。
F1
A m2 r1 m1
F1”
mb”
O F2 “
这类转动构件其质量应该视为 F ’ 1 mb’ r2 分布沿轴向的若干互相平行的回转面内。因此它们产生的离心力构成 O 2 ’ F F2 一空间力系。这个空间力系可简化为两个平面的汇交力系，即将各力向任意选定的两个垂直于转动轴线的平面分解。如图回转构件在两平行回转平面内各有一个不平衡质量（m1, m2 ），它们所产生的的离心惯性力F1, F2 可分解到两个任意选定的平面A,B上，从而简化为两个平面的汇交力系。可以用上述静平衡方法分别在A,B平面上(或相反的方向) 一适当的平衡质量mb’, mb” 而加以平衡，以满足上述公式。

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900 Amax
2n2[ ]
❖分析：(1) Amax、ωm=const.→JF -δ成反比 -----不宜选取过小的[δ] -----不能完全消除系统周期性速度波动
(2) JF 、ωm=const. → Amax -δ成正比 ----- Amax 愈大机器速度波动愈严重
(3) Amax 、δ=const. → JF -ω2m成反比 -----为减少JF,飞轮宜安装在转速较高的轴上
M
T
Mvd
Mvr
– + –+
–
W1 W2
W3 W4
W5
250 500
170
0
0
-100
Amax Wd Wr Emax Emin 500 (100) 600N m
min a b cd e
max a
或 Amax W2 W3 W4 350 (-80) 330 600N m
机械设计基础——机械的调速和平衡
2 最大盈亏功Amax的确定 M Md
Mr
设在T内，Md与Mr变化规律如图示，Je为常数
– + –+
–
当 Md> Mr 时外力对系统作正功，(盈功)动能，速度
Md<Mr 时外力对系统作负功，(亏功)
动能，速度
Md=Mr时=0，出现min 和 max(如图示)
min min(b) max max(e)
1 飞轮设计的基本原理
JF
关键：根据m、[ ]确定飞轮的JF.
最大盈亏功Amax与动能的增量的关系：
Amax
Emax Emin
1 2
(Je
JF
)(m2 ax
2 min
)
(Je JF )m2
[]
[ ]
Amax
2 m
(Je
JF
)
JF
Amax
2 m
Je
JF Je
JF
Amax
2 m
❖ 调速器——调节驱动力
机械设计基础——机械的调速和平衡
调速器工作原理图
油箱供油
发动机燃烧室
机械设计基础——机械的调速和平衡
四、周期性速度波动的衡量指标
1. 绝对不均匀度 max min
2.
平均角速度
m
T d 0 T
m
max
min
2
m
n
30
m
min
max
(T)
(T)
3. 速度不均匀系数(相对不均匀度）
机械设计基础——机械的调速和平衡
第5章机械速度波动的调节
5-1 机械速度波动的调节 5-2 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
机械设计基础——机械的调速和平衡
二、机械系统运转过程（功、能转换）
1 起动阶段(0 m)
制动
特点：Wd>Wm)
t
特点：Wd=Wr =m
起动
稳定运转
停车
❖ 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)
在b到e区间外力对系统作的功称为最大盈亏功 Amax
Amax Emax Emax Emin
a
W 0 ( Med Mer )d E
JF
Amax
2 m
900 Amax
2n2[ ]
T
max
min b cd e
a
ce
d
能量指示图
a
a
b
机械设计基础——机械的调速和平衡
例题：
假设：W1=-100，W2=350，W3=-80， W4=330，W5=-500
特点： Wd<Wr m=0
总之 , 只要 wdwc ，则 E 0 变化（速度波动）
机械设计基础——机械的调速和平衡
三、速度波动的分类
❖ 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 ❖ 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
max min [ ] m
许用不均匀系数[] 见p51表5-1
得
max
m (1
)
2
min
m (1
)
2
2 max
2 min
2
2 m
机械设计基础——机械的调速和平衡
五、飞轮的设计
1 飞轮设计的基本原理 2 最大盈亏功Amax的确定 3 飞轮主要尺寸的确定
机械设计基础——机械的调速和平衡
机械设计基础——机械的调速和平衡
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
• 1、Genius only means hard-working all one's life. (Mendeleyer, Russian Chemist) 天才只意味着终身不懈的努力。20.8.58.5.202011:0311:03:10Aug-2011:03
• 2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二〇年八月五日2020年8月5 日星期三
瞬时过载时，利用飞轮释放的能量克服，减小原动机功率
机械设计基础——机械的调速和平衡
2 非周期性速度波动及其调节
❖ 特点: 工作阻力或驱动力发生突变——发生
“停车”或“飞车” ❖ W d＞Wr“盈飞功车“ 动能
❖ Wd＜Wr 亏功动能
“闷车“
❖ 调节方法：
❖ 自调节——原动机的驱动力矩是速度的函数，且具有下降的趋势时
机械设计基础——机械的调速和平衡
5-1 机械速度波动的调节
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
机械设计基础——机械的调速和平衡
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生产阻力 ❖ 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
机械设计基础——机械的调速和平衡
1 周期性速度波动及其调节
❖ 特点:
(1) 在一个周期T内: Wd-Wc=E=0
(2) 机器的位置、速度、加速度和受力等呈周
期性的变化
(T)
(T)
Wd
Wr
E
1 2
J
(
2
2 0
)
❖ 调节方法：
飞轮——转动惯量很大的回转构件(能量储存器)
飞轮作用：调速
飞轮调速原理：
Wd＞Wr 盈功动能飞轮储存能量，使； Wd＜Wr 亏功动能飞轮释放能量，使； J越大，调速作用越好