机械的调速与平衡.doc

第13章 机械的调速与平衡 13—1 机械速度的波动及调节 一、 机械的运转过程 机械从开始运动到停止运动的整个过程称为机械运动的全过程。一般可分为以下三个阶段：启动阶段、稳定运转阶段和停车阶段，如图13-1所示。 图13-1机械的运转过程 1. 启动阶段 机械从静止状态启动到开始正常工作的过程称为启动阶段。在这个阶段，原动件加速运转，速度从零上升到正常工作速度。机械的动能由零上升到E。根据动能定理，此阶段内驱动力所做的功Wd大于阻抗力所消耗的功Wr，则有 Wd—Wr＝E＞0 （13-1） 2. 稳定运转阶段 机械保持等速运转或在其正常工作速度所对应的均值上下周期性波动运转是机械的稳定运转阶段，这也是机器的正常工作阶段。在这一阶段内，大部分机器原动件的平均速度ωm保持稳定，但瞬时速度随外力等因素的变化而产生周期性的波动或非周期性波动。对于周期性速度波动，在一个周期内（图13-1中的A、B两点之间）驱动力功Wd和阻抗力所做的功Wr相等，且A、B两点的动能EB、EA也相等。即在这一阶段作变速稳定运动，则有 Wd—Wr＝EB—EA＝0 （13-2） 但在一个周期之内的任一小区间，由于Wd、Wr并不一定相等，会使机械的动能变化，瞬时速度ω产生波动。像牛头刨床，冲床等许多机械的运动，都属于这种周期性变速稳定运动。 另一些机械，如提升机、鼓风机等，其原动件的角速度ω在稳定运转过程中恒定不变，称为等速稳定运转。 3. 停车阶段 撤去驱动力，即Wd = 0。在阻抗力作用下，原动件的速度由工作速度ωm逐渐下降为零，机械的动能E逐渐减少至零，则有 Wr＝E 〔13-3） 制动停车时机械的运转曲线如图13-1中虚线部分所示。可见，若要缩短停车时间，可采用制动装置以加大制动阻力。 二、 机械速度波动的调节 1. 周期性速度波动的调节 大部分机械的主轴在其主要工作阶段的运转速度是周期性波动的。它的危害是：在机械各运动副中引起附加的动压力，降低机械的工作效率和工作可靠性；同时又可能在机械中引起相当大的弹性振动，这些弹性振动将影响机械各部分的强度和消耗部分动力；另外，这种速度波动还会影响机械所进行的工艺过程，使产品质量下降。因此，必须对机械的速度波动加以调节，使其速度波动被限制在允许的范围内，从而减少上述不良影响，这就是调节机械速度波动的主要目的。 在机械稳定运转阶段，当机械的动能发生周期性变化时，将引起机械速度的周期性波动。 图13-2周期性速度波动 如图13-2所示，在每个周期内，原动件的角速度ω变化规律是相同的，而且其平均角速度ωm保持不变。即 （13-4） 在工程中常用最大角速度与最小角速度的算术平均值来近似计算平均角速度。 （13-5） 机械速度波动的程度可以用机械运转速度不均匀系数δ来表示，即 （13-6） 所以，δ越小，机械越接近匀速运转。几种常见机械的机械运转速度不均匀系数的许用值，可按表13-1选取。 表13-1机械运转速度不均匀系数δ的许用值 机械名称 破碎机 冲床和剪床 压缩机和水泵 减速器 交流发电机 δ 0.10~0.20 0.05~0.15 0.03~0.05 0.015~0.020 0.002~0.003 机械稳定运转时，如果作用于机械上的外力〔驱动力、生产阻力）是周期性变化的，那么引起的速度波动也是周期性的。由于外力的周期性变化，外力对系统所做的功发生周期性交化，由动能定理可知，系统的动能也随之周期性变化。在一个周期内，系统动能的最大变化量，其大小应等于同一周期内外力对系统所做的最大有用功，即 （13-7） 由上式及式（13-5）、式（13-6）可得速度不均匀系数δ （13-8） 机械中安装一个具有等效转动惯量JF的飞轮后，速度不均匀系数δ变为 （13-9） 显然，装上飞轮后速度不均匀系数δ将变小。即用飞轮可以调节机械的周期性速度波动的程度。理论上，总能有足够大的飞轮JF来使机械的速度波动降到允许范围内。飞轮在机械中的作用，实质上相当于一个储能器。当外力对系统做正功时，它以动能形式把多余的能量储存起来，使机械速度上升的幅度减小；当外力对系统做负功时，它又释放出储存的能量，使机械速度下降的幅度减小。飞轮的转动惯量用下式计算 （13-10） 2. 非周期性速度波动的调节 在机器的稳定运转时期，如果驱动力、生产阻力或有害阻力突然发生巨大变化，机器主轴的速度会跟着突然增大或减小，结果会引起机器速度过高，导致“飞车”而毁坏，或迫使机器停车。如在内燃机驱动发电机的机组中，当载荷减小、所需发电量突然下降时，内燃机所供给的能量就会远远超过发电机的需