13.1機械速度的波動及調(diào)節(jié)13.2機械的平衡第13章機械的調(diào)速與平衡1.主要內(nèi)容機械運轉(zhuǎn)速度的波動與調(diào)節(jié)，機械的平衡2.重點、難點提示機械周期性速度波動的調(diào)節(jié)，剛性回轉(zhuǎn)件的平衡。本章知識導(dǎo)讀13.1.1機械的運轉(zhuǎn)過程機械從開始運動到停止運動的整個過程稱為機械運動的全過程。一般可分為以下三個階段:啟動階段、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段和停車階段

13.1機械速度的波動及調(diào)節(jié)

機械從靜止?fàn)顟B(tài)啟動到開始正常工作的過程稱為啟動階段。在這個階段，原動件加速運轉(zhuǎn)，速度從零上升到正常工作速度。機械的動能由零上升到E。根據(jù)動能定理，此階段內(nèi)驅(qū)動力所做的功Wd大于阻抗力所消耗的功Wr，則有1.啟動階段

機械保持等速運轉(zhuǎn)或在其正常工作速度所對應(yīng)的均值上下周期性波動運轉(zhuǎn)是機械的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段，即在這一階段做變速穩(wěn)定運動，則有2.穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段

撤去驅(qū)動力，即Wd=0。在阻抗力作用下，原動件的速度由工作速度ωm逐漸下降為零，機械的動能E逐漸減少至零，則有3.停車階段1.周期性速度波動的調(diào)節(jié)

大部分機械的主軸在其主要工作階段的運轉(zhuǎn)速度是周期性波動的對機械的速度波動加以調(diào)節(jié)，使其速度波動被限制在允許的范圍內(nèi)，從而減少上述不良影響，這就是調(diào)節(jié)機械速度波動的主要目的

13.1.2機械速度波動的調(diào)節(jié)

在每個周期內(nèi)，原動件的角速度ω變化規(guī)律是相同的，而且其平均角速度ωm保持不變。即

在工程中常用最大角速度與最小角速度的算術(shù)平均值來近似計算平均角速度，即

機械速度波動的程度可以用機械運轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)δ來表示，即

在一個周期內(nèi)，系統(tǒng)動能的最大變化量，其大小應(yīng)等于同一周期內(nèi)外力對系統(tǒng)所做的最大有用功，即可得速度不均勻系數(shù)δ為

機械中安裝一個具有等效轉(zhuǎn)動慣量JF的飛輪后，速度不均勻系數(shù)δ變?yōu)?/p>

當(dāng)外力對系統(tǒng)做負功時，它又釋放出儲存的能量，使機械速度下降的幅度減小。飛輪的轉(zhuǎn)動慣量用下式近似計算

在機器的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時期，如果驅(qū)動力、生產(chǎn)阻力或有害阻力突然發(fā)生巨大變化，機器主軸的速度會跟著突然增大或減小，結(jié)果會引起機器速度過高，導(dǎo)致“飛車”而毀壞，或迫使機器停車如在內(nèi)燃機驅(qū)動發(fā)電機的機組中，當(dāng)載荷減小、所需發(fā)電量突然下降時，內(nèi)燃機所供給的能量就會遠遠超過發(fā)電機的需要，這時必須采用特殊的機構(gòu)來調(diào)節(jié)內(nèi)燃機能量的供給量，使其產(chǎn)生的功率與發(fā)電機所需相適應(yīng)，從而達到新的穩(wěn)定運動由于機器運轉(zhuǎn)速度的這種波動不是周期性的，且其作用不是連續(xù)的，故稱為非周期性速度波動2.非周期性速度波動的調(diào)節(jié)13.2機械的平衡13.2.1機械平衡的目的與分類機械的平衡問題可分為以下兩類:（1）繞固定軸回轉(zhuǎn)構(gòu)件的慣性力的平衡，簡稱回轉(zhuǎn)件的平衡或轉(zhuǎn)子的平衡當(dāng)回轉(zhuǎn)件的剛性較好、工作轉(zhuǎn)速較低，遠低于其一階臨界轉(zhuǎn)速時，回轉(zhuǎn)件完全可以看作是剛性物體，稱為剛性回轉(zhuǎn)件（2）機構(gòu)的平衡。在一般機構(gòu)中，存在著做往復(fù)運動或做平面運動的構(gòu)件，其必然要產(chǎn)生慣性力但就整個機器而言，各構(gòu)件的慣性力和慣性力偶矩可以合成為一個過機器質(zhì)心的總慣性力和一個總慣性力偶矩，它們?nèi)孔饔糜跈C架上。總慣性力及總慣性力偶矩的平衡稱為機構(gòu)在機架上的平衡，簡稱機構(gòu)的平衡1.靜平衡

對于軸向尺寸較小的盤狀回轉(zhuǎn)件（即寬徑比B/D小于0.2），例如齒輪、帶輪及盤形凸輪等，它們的質(zhì)量可以視為分布在同一平面內(nèi)。如果在回轉(zhuǎn)件上有偏心質(zhì)量，在轉(zhuǎn)動過程中必然產(chǎn)生慣性力，從而在轉(zhuǎn)動副中引起附加動壓力13.2.2剛性回轉(zhuǎn)件的平衡根據(jù)平衡條件，有

一個靜不平衡回轉(zhuǎn)件無論含有多少個偏心質(zhì)量，均可在一個平面內(nèi)的適當(dāng)位置，用增加（或去除）一個平衡質(zhì)量的辦法予以平衡，故靜平衡又可稱為單面平衡靜平衡試驗的示意圖

試驗時，將欲平衡的回轉(zhuǎn)件放到已調(diào)好水平的軌道上。如果回轉(zhuǎn)件有偏心質(zhì)量，回轉(zhuǎn)件將在重力矩的作用下沿著軌道滾動，直至回轉(zhuǎn)件的質(zhì)心S處于軸心正下方，才停止?jié)L動。此時可在軸心的正上（下）方任意半徑處加（減）一適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量，然后再重復(fù)上述試驗，直到回轉(zhuǎn)件在任何位置都能保持靜止為止當(dāng)回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件件的的軸軸向向尺尺寸寸較較大大，，即即寬寬徑徑比比B/D大大于于0.2時時（（如如多多缸缸發(fā)發(fā)動動機機的的曲曲軸軸）），，其其質(zhì)質(zhì)量量就就不不能能再再視視為為分分布布在在同同一一平平面面內(nèi)內(nèi)了了。。這時時，，其其偏偏心心質(zhì)質(zhì)量量可可看看成成是是分分布布在在幾幾個個不不同同的的回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)平平面面內(nèi)內(nèi)。。即即使使回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件件的的質(zhì)質(zhì)心心位位于于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸上上，，也也將將產(chǎn)產(chǎn)生生不不可可忽忽略略的的慣慣性性力力矩矩，，這這種種狀狀態(tài)態(tài)只只有有在在回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件件轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動時時才才能能顯顯示示出出來來，，故故稱稱為為動動不不平平衡衡2.動動平平衡衡比較較靜靜平平衡衡和和動動平平衡衡，，有有如如下下結(jié)結(jié)論論:（1））靜靜平平衡衡只只需需在在一一個個平平面面內(nèi)內(nèi)進進行行平平衡衡，，動動平平衡衡則則必必須須在在垂垂直直于于軸軸線線的的兩兩個個平平面面內(nèi)內(nèi)進進行行平平衡衡。。（2））回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件件滿滿足足了了靜靜平平衡衡，，不不一一定定滿滿足足動動平平衡衡;若若滿滿足足了了動動平平衡衡，，則則一一定定滿滿足足靜靜平平衡衡。。回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件件的的動動平平衡衡試試驗驗一一般般需需在在專專門門的的動動平平衡衡試試驗驗機機上上進進行行。。主主要要是是用用動動平平衡衡試試驗驗機機測測出出回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)件件在在兩兩平平衡衡基基面面上上不不平平衡衡質(zhì)質(zhì)量量的的大大小小和和方方位位，，從從而而在在兩兩個個選選定定的的平平面面上上加加上上或或減減去去平平衡衡質(zhì)質(zhì)量量，，最最終終達達到到平平衡衡的的目目的的靜平平衡衡而而動動不不平平衡衡的的長長回