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第6章習(xí)題
6.1 機(jī)械為什么會產(chǎn)生速度波動?它有何危害?
答:實(shí)際上,機(jī)械原動件的運(yùn)動規(guī)律是由其各構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量和作用于其上的驅(qū)動力與阻抗力等因素而決定的,因而在一般情況下,原動件的速度和加速度是隨時間而變化,機(jī)械在運(yùn)動過程中會出現(xiàn)速度波動。這種速度波動,會導(dǎo)致在運(yùn)動副中產(chǎn)生附加的動壓力,并一起機(jī)械的振動,從而降低機(jī)械的壽命、效率和工作質(zhì)量。
6.2 周期性速度波動應(yīng)如何調(diào)節(jié)?它能否調(diào)節(jié)為恒穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)?為什么?
答:在機(jī)械中安裝一個具有很大轉(zhuǎn)動慣量的回轉(zhuǎn)構(gòu)件——飛輪來調(diào)節(jié)周期性速度波動。飛輪能夠調(diào)速,是利用了它的儲能作用。由于飛輪轉(zhuǎn)動慣量不可能為無窮大,而平均轉(zhuǎn)速和最
2、大盈虧功又都是有限值,所以安裝飛輪后機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度仍有周期波動,只是波動的幅度減小而已。
6.3 為什么在機(jī)械中安裝飛輪就可以調(diào)節(jié)周期性速度波動?通常都將飛輪安裝在高速軸上是什么原因?
答:由于飛輪具有很大的轉(zhuǎn)動慣量,因而要使其轉(zhuǎn)速發(fā)生變化,就需要較大的能量,當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)盈功時,飛輪的角速度只作微小上升,即可將多余的能量吸收儲存起來;當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)虧功時,機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度減慢,飛輪又可將其儲存的能量釋放,以彌補(bǔ)能量的不足,而其角速度只作小幅度的下降。
當(dāng)最大盈虧功與速度不均勻系數(shù)相同時,飛輪轉(zhuǎn)動慣量與其軸的轉(zhuǎn)速的平方值成反比,所以為減少飛輪的轉(zhuǎn)動慣量,最好將飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。
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3、.4 非周期性速度波動應(yīng)如何調(diào)節(jié)?為什么利用飛輪不能調(diào)節(jié)非周期性速度波動?
答:機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度出現(xiàn)非周期性的波動,若長時間內(nèi)驅(qū)動力矩大于阻抗力矩,機(jī)械將越轉(zhuǎn)越快,甚至可能出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象,從而使機(jī)械遭到破壞;反之,若驅(qū)動力矩小于阻抗力矩,則機(jī)械會越轉(zhuǎn)越慢,最后將停止不動。飛輪只能延緩機(jī)械遭到破壞或停止不動,不能使驅(qū)動力矩和阻抗力矩恢復(fù)平衡關(guān)系。
對非周期性的速度波動進(jìn)行調(diào)節(jié),方法必須可以使機(jī)械重新回復(fù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。主要采取的方法是安裝調(diào)速器。
6.5 在什么條件下需要進(jìn)行轉(zhuǎn)動構(gòu)件的靜平衡?使轉(zhuǎn)動構(gòu)件達(dá)到靜平衡的條件是什么?
答:對于軸向尺寸很小的回轉(zhuǎn)件(D/b>5, 圓盤直徑為D,其寬
4、度為b),其質(zhì)量的分布可以近似地認(rèn)為在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)。當(dāng)該回轉(zhuǎn)件勻速轉(zhuǎn)動時,這些質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力構(gòu)成同一平面內(nèi)匯交于回轉(zhuǎn)中心的力系。
欲使其平衡,只要在同一回轉(zhuǎn)面內(nèi)加一質(zhì)量(或在相反方向減一質(zhì)量),使它產(chǎn)生的離心力與原有質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力之總和等于零,達(dá)到平衡狀態(tài)。
6.6 在什么條件下必須進(jìn)行轉(zhuǎn)動構(gòu)件的動平衡?使轉(zhuǎn)動構(gòu)件達(dá)到完全平衡的條件是什么?
答:軸向尺寸較大的回轉(zhuǎn)件(D/b<=5的回轉(zhuǎn)件)或有特殊要求的重要回轉(zhuǎn)件一般都要進(jìn)行動平衡。由于其質(zhì)量的分布不能再近似地認(rèn)為是位于同一回轉(zhuǎn)面內(nèi),而應(yīng)看作分布于垂直于軸線的許多互相平行的回轉(zhuǎn)面內(nèi)。這類回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動時所產(chǎn)生的離心力系不再是平面匯
5、交力系,而是空間力系。因此,單靠在某一回轉(zhuǎn)面內(nèi)加一平衡質(zhì)量的靜平衡方法并不能消除這類回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動時的不平衡。
動平衡的條件是:回轉(zhuǎn)件上各個質(zhì)量的離心力的向量和等于零;而且離心力所引起的力偶矩的向量和也等于零。
6.7 如題6.13圖所示,質(zhì)量m1=10kg,m2=15kg,m3=20kg,m1、m2、m3位于同一軸向平面內(nèi)。其質(zhì)心到轉(zhuǎn)動軸線的距離分別為:r1=r3=100mm,r2=80mm。各轉(zhuǎn)動平面到平衡平面I間的距離分別為:L1=200mm,L2=300mm,L3=400mm。兩平衡平面I和II間的距離L=600mm。試求分布于平面I和II內(nèi)的平衡質(zhì)量mc¢及mc2的大小。mc¢及
6、mc2的質(zhì)心到轉(zhuǎn)動軸線的距離分別為r¢=r2=100mm。
圖6.13
解:對于平衡平面I:
m’1=m1(L-L1)/L=20/3kg, m’2=m2(L-L2)/L=15/2kg, m’3=m3(L-L3)/L=20/3kg
m1、m2、m3位于同一軸向平面內(nèi),m’c=22/3kg
對于平衡平面II:
m21=m1L1/L=10/3kg, m22=m2L2/L=15/2kg, m23=m3L3/L=40/3kg
, m2c=32/3kg
6.8 如圖6.14所示為作用在多缸發(fā)動機(jī)曲柄上的驅(qū)動力和阻力矩的變化曲線。其阻力矩等于常數(shù),其驅(qū)動力矩曲線
7、與阻力矩曲線圍成的面積順次為+580,-320,+390,-520,+190,-390,+260及-190mm2,該圖的比例尺為mM=100 N.m/mm,mF=0.1 rad/mm。設(shè)曲柄平均轉(zhuǎn)速為120r/min。壓力機(jī)的轉(zhuǎn)速不得超過其平均速度的±3%。求裝在該曲柄軸上的飛輪的轉(zhuǎn)動慣量(在圖6.14中,Md為驅(qū)動力矩;Mr為阻力矩)。
圖6.14
解:1、最大盈虧功:
Ab=580×100×0.1=5800N.m
Ac=(580-320)×100×0.1=2600N.m
Ad=(580-320+390)×100×0.1=6500N.m.
Ae=(580-320+390-520)×100×0.1=1300N.m
Af=(580-320+390-520+190)×100×0.1=3200N.m.
Ag=(580-320+390-520+190-390)×100×0.1=-700N.m
Ah=(580-320+390-520+190-390+260)×100×0.1=1900N.m
Ai=(580-320+390-520+190-390+260-190)×100×0.1=0N.m.
Amax= Ad- Ag=6500-(-700)=7200 N.m.
1521kg.m2