机械设计基础 第5章 机械的调速和平衡2n
机械设计基础第5章

5.4 螺 旋 机 构
5.4.1 螺纹的参数、类型和应用 1.螺旋线、螺纹的形成 在直径为d2的圆柱面上,绕一底边长为πd2的 直角三角形,底边与圆柱体的底面重合,则斜边 在圆柱表面上将形成一条螺旋线,如图5.18(a) 所示。取一平面图形(如图5.18(b)所示),使其 一边与圆柱体的母线贴合,并沿螺旋线移动,移 动时保持此平面图形始终通过圆柱体的轴线,此 平面图形在空间形成的轨迹构成螺纹。
按从动件的间歇运动方式分类,它又有以下 几种形式。 (1) 单向间歇转动如图5.1、图5.2所示,从动 件均作单向间歇转动。 (2) 单向间歇移动如图5.3所示,当主动件1 往复摆动时,棘爪2推动棘齿条3作单向间 歇移动。 (3) 双动式棘轮机构如图5.4所示,主动摇杆 1上装有主动棘爪2和2′,摇杆1绕O1轴来回 摆动都能使棘轮3沿同一方向间歇转动,摇 杆往复摆动一次,棘轮间歇转动两次。
2. 棘轮机构的类型 根据工作原理,棘轮机构可分为齿式棘 轮机构和摩擦式棘轮机构两大类。 1) 齿式棘轮机构 齿式棘轮机构的工作原理为啮合原理。 按啮合方式分类,它有外啮合(如图5.1所示) 和内啮合(如图5.2所示)两种型式。内啮合棘 轮机构由轴1、驱动棘爪2与止回棘爪4、棘 轮3以及弹簧5组成。
2) 摩擦式棘轮机构 摩擦式棘轮机构的工作原理为摩擦原理。在 图5.6所示的机构中,当摇杆往复摆动时, 主动棘爪2靠摩擦力驱动棘轮3作逆时针单 向间歇转动,止回棘爪4靠摩擦力阻止棘轮 反转。由于棘轮的廓面是光滑的,所以又 称为无棘齿棘轮机构。该类机构棘轮的转 角可以无级调节,噪声小,但棘爪与棘轮 的接触面间容易发生相对滑动,故运动的 可靠性和准确性较差。
1. 间歇式送进 图5.8所示为浇注流水线的送进装置,棘轮与带轮固连 在同一根轴上,当活塞1在汽缸内往复移动时,输送带2间 歇移动,输送带静止时进行自动浇注。 2. 超越运动 图5.9所示为自行车后轴上的内啮合棘轮机构,飞轮1 即是内齿棘轮,它用滚动轴承支承在后轮轮毂2上,两者 可相对转动。轮毂2上铰接着两个棘爪4,棘爪用弹簧丝压 在棘轮的内齿上。当链轮比后轮转的快时(顺时针),棘轮 通过棘爪带动后轮同步转动,即脚蹬得快,后轮就转得快。 当链轮比后轮转的慢时,如自行车下坡或脚不蹬时,后轮 由于惯性仍按原转向转动,此时,棘爪4将沿棘轮齿背滑 过,后轮与飞轮脱开,从而实现了从动件转速超越主动件 转速的作用。按此原理工作的离合器称为超越离合器。
机械设计基础第五版机械运转速度波动的调节

结论及展望
通过适当的调节技术,机械运转速度波动可以得到有效的控制,提高系统的 性能和可靠性。未来的研究可以进一步探索新的调节方法和技术。
机械设计基础第五版机械 运转速度波动的调节
在这个讲座中,我们将讨论机械运转速度波动的调节技术,探索其中的问题 原因,并分享一些成功的调节案例和解决方案。
问题陈述
为什么机械运转速度会出现波动?波动的影响有哪些?我们需要解决这些问 题,以提高系统的稳定性和可靠性。
波动的成因
1 机械不平衡
2 阻尼不足
不平衡质量会导致振动和速度波动。
阻尼系统的不完善可能会引起机械波动。
3 传动系统问题
传动装置的摩擦、磨损和松动都会影响速度的稳定性。
如何调节波动
平衡旋转部件
通过安装平衡块或重新设计 旋转部件,可以减少机械不 平衡。
优化阻尼系统
改进阻尼装置可以提供更好 的减震和稳定性。
检查传动系统
确保传动装置的组件紧固并 进行定期维护。
调节方法案例
1
案例一:动平衡技术
使用动平衡技术成功解决了一台高速
案例二:阻尼器优化
2
离心机的速度波动问题。
通过观测和调整阻尼器的参数,成功
降低了一个发电机组的波动程度。
3
案例三:传动链检修
对一台设备的传动链进行维护和修复, 使其运转速度得以稳定。
常见问题及解决方案
问题:速度波动较大
解决方案:检查传动装置的轴承和齿轮,确 保其正常运转。
问题:阻尼不足
解决方案:优化阻尼器设计,提供更好的减 震效果。
问题:机械不平衡
解决方案:进行动平衡校准,平衡旋转部件。
问题:传动装置松动
解决方案:定期检查和紧固传动链和齿轮。
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°。
机械的平衡与调速

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。
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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。
(二) 回转构件的静平衡
(2)静平衡试验
如图为导轨式静平衡架。 试验时,将回转件放在 平衡架上,如果质心不平
m'e' me 0
按试验所得的质径 积,可在结构允许的径 向位置上焊上,或铆上 一块金属,或者在其相 反方向去掉一块基体材 两条平行的刀口形导轨 料,就使该回转件达到 完全静平衡。 回转件在质心处于最低 位置时停下来。反复几次。 在质心相反的方向加一平 衡质量,再试验,直至回 转件随遇平衡。
(二) 回转构件的静平衡
(1)静平衡计算
对于轴向宽度很小的回转件(直径D与宽度b之比 > 5 ), 如齿轮、飞轮、带轮等,其质量的分布可以近似地认为在同 一回转平面内。 当该回转件匀速转动时,这些质量所产生的离心力构成同 一平面内汇交于回转中心的力系。如果该力系不平衡,则它们 的合力不等于零。 欲使其平衡,只要在同一回转面内加一质量(或在相反方 向减一质量),使它产生的离心力与原有质量所产生的离心力 之总和等于零,达到平衡状态。即平衡条件为:
(三) 回转构件的动平衡 如图所示,不平衡质量分布于两个相距l 的平行回转面内。 分别以m1, m2 和r1, r2 表示其质量和回转半径。 如果m1= m2 , r1= r2 , 这一回转件的质心应该 在回转线上(离心惯性力 F1+F2 = 0), 满足静平衡。 但由于m1, m2 并不在 同一回转面内,当回转时, 在平行平面内的一对离心 惯性力 F1,F2 仍可形成不 平衡的力偶矩,引起机械 的振动。 F1 r1 m2 r2
能在构件本身内部加以平衡(其重心是运动的),故其运动副 中的动压力是无法消除的(无法使重心的加速度在任一瞬时都为零) 办法:在机械运转日趋高速的情况下,应尽量采用回转 运动的机构, 以利于解决平衡问题。
以平面机构惯性力的平衡问题为例
要使机构作用于机架上的总惯性力F 得以平衡,就必须 满足 F = - mas =0 m — 机构中活动构件的总质量 as — 机构总质心S的加速度 m不可能为零,故必须使as 为零,即机构总质心S应 作匀速直线运动或静止不动。 又由于机构中各构件的运动是周期性变化的,故 总质心S不可能永远作匀速直线运动!(铰链四杆…)
此时附加平衡质量
与其至回转轴线距离之 乘积,即为该回转件达 到静平衡所需加的质径 积的大小。
衡,质心偏离回转轴线, 将产生一静力矩,会转 动某个角度达到平衡时 停下来,通过标志可找 出不平衡质径积的大小 和方向。通过补偿,使 质心回到回转轴线上。
(三) 回转构件的动平衡
对于轴向宽度很大的回转件,如多缸发动机的曲轴,电 机转子以及一些机床主轴等,其质量的分布不可能在近似地 认为在同一回转平面内,而应该看作分布于沿轴向的许多互 相平行的回转面内。
该式表明,要平衡沿轴向宽度很小的回转 构件的离心力,只要使所加平衡质量的质径积 与原不平衡质量的质径积之和等于零即可。这 种平衡称为静平衡。
(二) 回转构件的静平衡
(2)静平衡试验
m'e' me 0
m’
此类回转构件可根据质量的分布情况进行平衡计算,加 上或减去平衡质量之后理论上能做到完全平衡,但由于制造 和装配误差,以及材料内部的不均匀原因,实际上回转件并 不完全平衡,因此还应通过静平衡试验方法加以平衡
O
m1
O
F2 简单的动不平衡转子
(三) 回转构件的动平衡 这种类型的回转构件,为了得到平衡,除满足离心惯性 力之和等于 0 之外,其惯性力偶矩之和也必须等于0。即 F1 r1 m2 能够同时满足上述两条件 所得到的平衡,称为动平衡。
O O
m1
r2
F2 简单的动不平衡转子
B
(三) 回转构件的动平衡
P Pb Pi 0
P、Pb和∑Pi分别表示总离心力、平衡质量的离心力和原有离心力的合力。.
(二) 回转构件的静平衡
(1)静平衡计算
P Pb Pi 0
m’
曲轴: 已知不平衡质量m和质心c的位置,可在 质心相对方向离回转中心 e’ 处加一平衡质量m’ 使其产生的离心力F ’ 与 不平衡质量产生的离心力F平衡
如果该振动的频率接近机器运转系统的固有频率,还将
引起共振,致使机器遭到破坏。 完全或部分消除不平衡惯性力的不良影响十分重要。 办法:将其完全或部分平衡(抵消)
(一) 机械平衡的目的和方法
机器平衡问题
机械在运转时,机械中有许多构件是绕固定轴线回转的, 不平衡惯性力主要由此产生。(离心力系的不平衡) 针对不同运转形式,
B
(三) 回转构件的动平衡
F1
A F1’ m2 r1 m1
F1”
O F2 “
mb”
mb’
F O 2’
r2
F2
和静平衡一样,由于制造和安装误差,以及材料原因, 实际上回转件通过计算一般不能完全平衡,要求高时,还需 要在动平衡试验机上作动平衡试验,使构件的不平衡量降低 到许可范围。
对绕固定轴线回转的构件,如凸轮、齿轮、电动机转子、
发动机的曲轴等,如出现不平衡,可采用重新分布其质量的方
法,如加部分质量或除去一部分质量,使其所有惯性力组成一 平衡力系,从而消除运动副中的动压力。
(一) 机械平衡的目的和方法
机器平衡问题
机械在运转时,机械中有许多构件是绕固定轴线回转的, 不平衡惯性力主要由此产生。(离心力系的不平衡) 对作移动或复合运动的构件,由平衡理论,其惯性力不可