第16章回转体的平衡和机器的调速
机械设计基础 课后习题答案 第三版 高等教育出版社课后答案(1-18章全)
机械设计基础课后习题答案第三版高等教育出版社课后答案(1-18章全)机械设计基础课后习题答案第三版高等教育出版社目录第 1 章机械设计概述??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 1第 2 章摩擦、磨损及润滑概述??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????? 3第 3 章平面机构的结构分析??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????? 12第 4 章平面连杆机构??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 16第 5 章凸轮机构??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????36第 6 章间歇运动机构??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 46第7 章螺纹连接与螺旋传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????? 48第8 章带传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????60第9 章链传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????73第10 章齿轮传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????80第11章蜗杆传动??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????112第12 章齿轮系??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????124第13 章机械传动设计???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 131第14 章轴和轴毂连接??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????????????? 133第15 章轴承??????????????????????????????????????????????????????????????????? ??????????????????????????????????????????????????138第16 章其他常用零、部件??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????? 152第17 章机械的平衡与调速??????????????????????????????????????????????????????????????????? ????????????????????????? 156第18 章机械设计CAD 简介??????????????????????????????????????????????????????????????????? ???????????????????????163第1章机械设计概述1.1 机械设计过程通常分为哪几个阶段?各阶段的主要内容是什么?答:机械设计过程通常可分为以下几个阶段:1.产品规划主要工作是提出设计任务和明确设计要求。
机械基础习题集
《机械工程基础》机械设计部分习题集第十五章 常用机构15-1绘出图示机构的机构运动简图，并计算机构自由度。
15-2计算下列机构的自由度，并指出何处为复合铰链、局部自由度和虚约束。
a ) 卿筒机构b ) 回转柱塞泵c ) 小型压力机d ) 偏心轮机构15-3试根据图中注明的尺寸判断下列铰链四杆机构是何种机构？四种机构的原动件均为AB 杆。
15-4试说明何为曲柄摇杆机构的急回特性和死点位置？并举例说明其应用场合。
15-5说明何为凸轮机构的刚性冲击和柔性冲击以及避免的方法？a ) 平炉渣口堵塞机构 e ) 锯木机机构 d ) 大筛机构b ) 加药泵机构c ) 测量仪表机构 f ) 冲压机构 a ) c )d ) b )A B C D A B CD AB C D A B C D15-6试比较正常齿制的标准直齿圆柱齿轮的基圆和齿根圆在什么条件下基圆大？什么条件下齿根圆大？15-7已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮的传动比为i12=2.5，z1=40，m=3mm，α=20º，h a*=1.0，试求：1）齿轮2的齿数z2和中心距a；2）这对齿轮的分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、基圆直径以及分度圆上的曲率半径；3）两个齿轮的齿厚、齿槽宽、齿距和基圆齿距。
15-8已知一对外啮合正常齿制标准直齿圆柱齿轮的模数m=4mm，z1=20，z2=50，试求：1）在标准安装情况下，这对齿轮的分度圆直径、基圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径以及这些圆上的曲率半径和压力角；2）若实际安装中心距扩大2mm，问这对齿轮还能否正确传动？若能，则求这对齿轮的分度圆、基圆、节圆直径以及啮合角α'。
15-9如图所示，用卡尺跨三个齿测量渐开线直齿圆柱齿轮的公法线长度，试证明：只要保证卡脚与渐开线相切，无论切于何处，测量结果都相同，且值为W3=2p b+s b（式中，p b和s b分别为基圆齿距和基圆齿厚）。
第十六章机械的调速与平衡16-l机械在何种情况下会出现周期性速度波动？它有何危害？如何调节？16-2何谓机器运转的“平均角速度”和“不均匀系数”？在设计飞轮时是否选取越小的不均匀系数越好了为什么？16-3为了减轻飞轮的重量，飞轮最好安装在何处？为什么？举出你看到的安装飞轮的机器，并说明飞轮在机器运转时所起的作用？16-4何谓静平衡？何谓动平衡？满足动平衡的回转件是否一定满足静平衡？反之亦然吗？16-5举例说明常用的动、静平衡实验设备。
(NEW)杨可桢《机械设计基础》(第6版)笔记和课后习题(含考研真题)详解(修订版)
【解析】①两构件组成转动副时，在转动副的中心位置的相对速度为 0，即转动副的中心是其瞬心；
②当两构件组成移动副时，所有重合点的相对速度方向都平行于移动方 向，其瞬心位于导路垂线的无穷远处；
③当两构件组成滑动兼滚动的高副时，接触点的速度沿切线方向，其瞬 心应位于过接触点的公法线上。Leabharlann 1-2-25由图中可测量出
，
，
滑块的速度：
由
得，连杆的角速度：
1-18．图1-2-26所示平底摆动从动件凸轮机构，已知凸轮l为半径 r=20mm的圆盘，圆盘中心C与凸轮回转中心的距离lAC=15mm，
lAB=90mm， =10rad／s，求θ=0°和θ=180°时，从动件角速度 的数值 和方向。
10.3 名校考研真题详解 第11章 齿轮传动
11.1 复习笔记 11.2 课后习题详解 11.3 名校考研真题详解 第12章 蜗杆传动 12.1 复习笔记 12.2 课后习题详解 12.3 名校考研真题详解 第13章 带传动和链传动
13.1 复习笔记 13.2 课后习题详解 13.3 名校考研真题详解 第14章 轴 14.1 复习笔记 14.2 课后习题详解 14.3 名校考研真题详解 第15章 滑动轴承 15.1 复习笔记 15.2 课后习题详解
目 录
第1章 平面机构的自由度和速度分析 1.1 复习笔记 1.2 课后习题详解 1.3 名校考研真题详解
第2章 平面连杆机构 2.1 复习笔记 2.2 课后习题详解 2.3 名校考研真题详解
第3章 凸轮机构
3.1 复习笔记 3.2 课后习题详解 3.3 名校考研真题详解 第4章 齿轮机构 4.1 复习笔记 4.2 课后习题详解 4.3 名校考研真题详解 第5章 轮 系 5.1 复习笔记 5.2 课后习题详解
机械的平衡和调速
机械运转速度波动的相对值用机械运转速度不均匀系数 表示，即
max
m
min
机械运转速度不均匀系数描述了机械运转的不均匀程度。 如果 过大，将影响机械正常工作。工程上对各种机械的机 械运转速度不均匀系数规定了许用值[ ]。
3.3
飞轮设计
飞轮设计的基本问题是已知作用在主轴上的驱动力矩和 阻力矩的变化规律，要求在机械运转速度不均匀系数的许 用范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量。 一般机械中，飞轮常装在机械的高速轴上，机械中其他 运动构件的动能比飞轮的动能小很多，可以近似认为飞轮的 动能就等于整个机械所具有的动能。这样，飞轮动能的最大 变化量Emax应等于机械最大盈亏功Wmax 。
和m2以及m3和m3。
上述分析表明，分布在 1、2、3三个回转平面内的 回转构件中原有各不平衡 质量m1、m2及m3，完全可 用在平面T 和T 内的不平 衡质量m1、m2、m3与m1、 m2、m3来替代，它们所 产生的不平衡效果是一致 的。因此，刚性回转构件 的动平衡设计问题等同于 平面T 和T 内的静平衡设 计问题。
周期性速度波动是由于机械动能增减呈周期性变化，造 成机械主轴角速度 随之作周期性的波动。
主轴角速度从某一数 值变回到原值所经历的时 间为一个运动周期T。
在整个运动周期 中，驱动力所作的功与 阻力所作的功是相等 的，但在一个运动周期 中的任意瞬时却不一定 相等。运动周期T通常 对应于机械主轴回转一 转(如冲床)、两转(如四 冲程内燃机)或数转(如 轧钢机)的时间。
由理论力学可知，一个 力可以分解为与它相平行 的两个分力。因此，回转 构件上任一离心惯性力也 可以由分别作用在平面T 和T 内的两个平行分力来 代替，例如F1可以由F 1、 F 1来代替，F 1和F 1之 值分别为
机械的调速与平衡共23页
一、机械平衡的目的及内容
1 惯性力及其影响 2 机械平衡的目的 3 机械平衡的分类 4 机械平衡的方法
机械设计基础——机械的调速和平衡
1 惯性力及其影响
❖ 运动的构件按运动形态可分为三类： 定轴转动、往复直线运动、复杂平面运动 除：1）等速直线运动的构件
2）质量分布对其转动轴线完全对称的等速转动构件 其它构件在运动过程中都将产生惯性力或惯性力偶矩 ❖ 举例说明 ❖ 不平衡后果：电风扇、砂轮磨削、轴的塑性变形 产生附加动压力 摩擦、磨损、效率、振动噪音... 影响机械的工作精度、可靠性、寿命... 造成破坏性事故
m2
m2’’,
F2 r2’’
F2’’
m2' m2l2'' l2 m 2 ''m 2l2 ' l2
平Hale Waihona Puke 1m i'r i'm b 'r b '0 平面2
m i''r i''m b ''r b ''0
机械设计基础——机械的调速和平衡
动平衡设计图示
II F2 II
FII
平衡：去重或配重
F F2
m1
r1
m2
r2 m3 r3
rb
mb
r4 m4
F4
Fb
W3
W
2
W1
F3
W4
a
Wb
b
机械设计基础——机械的调速和平衡
质径积表达方式
F
❖ m F 平1 1 r 1 衡 F 2 方 2 程m ：2 F r 2 3 2 F m 4 3 r 3 F b 2 m 0 4 r 4 2 m b r b 2 0 F1 m1r1
西安交大《机械设计基础》课后习题答案综合版
机械设计基础复习大纲2011、4、3第1章绪论掌握：机器的特征：人为的实物组合、各实物间具有确定的相对运动、有机械能参与或作机械功机器的组成：驱动部分+传动部分+执行部分了解:机器、机构、机械、常用机构、通用零件、标准件、专用零件和部件的概念课程内容、性质、特点和任务第2章机械设计概述了解：与机械设计有关的一些基础理论与技术，机器的功能分析、功能原理设计，机械设计的基本要求和一般程序、机械运动系统方案设计的基本要求和一般程序、机械零件设计的基本要求和一般程序,机械设计的类型和常用的设计方法第3章机械运动设计与分析基础知识掌握:构件的定义(运动单元体）、分类（机架、主动件、从动件）构件与零件(加工、制造单元体）的区别平面运动副的定义、分类（低幅：转动副、移动副；高副：平面滚滑副）各运动副的运动特征、几何特征、表示符号及位置机构运动简图的画法（注意标出比例尺、主动件、机架和必要的尺寸）机构自由度的定义（具有独立运动的数目)平面运动副引入的约束数（低幅：引入2个约束;高副:引入1个约束）平面机构自由度计算（F＝3n－2P5－P4）应用自由度计算公式时的注意事项（复合铰链、局部自由度、虚约束、公共约束)机构具有确定运动的条件（机构主动件数等于机构的自由度）速度瞬心定义（绝对速度相等的瞬时重合点）瞬心分类:绝对瞬心（绝对速度相等且为零的瞬时重合点，位于绝对速度的垂线上）相对瞬心（绝对速度相等但不为零的瞬时重合点，位于相对速度的垂线上）速度瞬心的数目:K=N（N—1)/2速度瞬心的求法：观察法：转动副位于转动中心；移动副位于垂直于导轨的无穷远；高副位于过接触点的公法线上三心定理：互作平面平行运动的三个构件共有三个瞬心，且位于同一直线上用速度瞬心求解构件的速度（关键找到三个速度瞬心，建立同速点方程，然后求解）了解：运动链的定义及其分类（闭式链：单环链、多环链;开式链)运动链成为机构的条件（具有一个机架、具有足够的主动件）机动示意图（不按比例）与机构运动简图的区别第6章平面连杆机构掌握:平面连杆机构组成（构件+低副;各构件互作平行平面运动）──低副机构平面连杆的基本型式（平面四杆机构）、平面四杆机构的基本型式（铰链四杆机构）铰链四杆机构组成（四构件+四转动副）铰链四杆机构各构件名称(机架、连杆、连架杆、曲柄、摇杆、固定铰链、活动铰链）铰链四杆机构的分类：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构铰链四杆机构的变异方法：改变构件长度、改变机架（倒置）铰链四杆机构的运动特性:曲柄存在条件：①最长杆长度+最短杆长度≤其余两杆长度之和②连架杆与机架中有一杆为四杆中之最短杆曲柄摇杆机构的极限位置(曲柄与连杆共线位置）曲柄摇杆机构的极位夹角θ（两极限位置时曲柄所夹锐角）曲柄摇杆机构的急回特性及行程速比系数平面四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的传力特性：压力角α：不计摩擦、重力、惯性力时从动件受力方向与受力点速度方向间所夹锐角传动角γ：压力角的余角许用压力角[]︒=40α~︒50、许用传动角[]︒=50γ～︒40曲柄摇杆机构最小传动角位置(曲柄与机架共线的两位置中的一个)死点位置：传动角为零的位置（︒=0γ）实现给定连杆二个或三个位置的设计实现给定行程速比系数的四杆机构设计：曲柄摇杆、曲柄滑块和摆动导杆机构了解：连杆机构的特点、铰链四杆机构以及变异后机构的特点及应用、死点（止点）位置的应用和渡过 基本设计命题:实现给定的运动要求:连杆有限位置、连架杆对应角位移、轨迹满足各种附加要求:曲柄存在条件、运动连续条件、传力及其他条件实验法设计实现给定连杆轨迹的四杆机构，解析法设计实现给定两连架杆对应位置的四杆机构第7章 凸轮机构掌握：凸轮机构的组成（凸轮+从动件+机架）──高副机构凸轮机构的分类:按凸轮分类:平面凸轮(盘形凸轮、移动凸轮），空间凸轮按从动件分类:端部形状：尖端、滚子、平底、曲面运动形式：移动、摆动安装方式：对心、偏置按锁合方式分类：力锁合、形锁合基圆（理论廓线上最小向径所作的圆)、理论廓线、实际廓线、行程从动件运动规律（升程、回程、远休止、近休止)刚性冲击(硬冲：速度突变，加速度无穷大）、柔性冲击（软冲:加速度突变）运动规律特点：等速运动规律：速度为常数、始末两点存在硬冲、用于低速等加速等减速：加速度为常数、始末中三点存在软冲、不宜用于高速余弦加速度：停─升─停型：始末两点存在软冲、不宜用于高速升─降─升型：无冲击、可用于高速正弦加速度：无冲击、可用于高速反转法绘制凸轮廓线的方法：对心或偏置尖端移动从动件，对心或偏置滚子移动从动件滚子半径的选择、基圆半径的确定、运动失真及其解决的方法了解：凸轮机构的特点、凸轮机构的应用、凸轮机构的一般命名原则四种运动规律的推导方法和位移曲线的画法运动规律的基本形式：停─升─停；停─升─降─停;升─降─升运动规律的选择原则，平底从动件凸轮廓线的绘制方法及运动失真的解决方法机构自锁、偏置对压力角的影响，压力角α、许用压力角[]α、临界压力角c α三者关系：[]c ααα<≤max第8章 齿轮传动掌握:齿轮机构的组成（主动齿轮+从动齿轮+机架)──高副机构圆形齿轮机构分类：平行轴:直齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）斜齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）人字齿轮机构相交轴：圆锥齿轮机构(直齿、斜齿、曲齿）相错轴：螺旋齿轮机构、蜗轮蜗杆机构齿廓啮合基本定律（两轮的传动比等于公法线割连心线线段长度之反比）定传动比条件、节点、节圆、共轭齿廓渐开线的形成、特点及方程一对渐开线齿廓啮合特性：定传动比特性、啮合角和啮合线保持不变、可分性渐开线齿轮各部分名称：齿数、模数、压力角、顶隙、分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆齿顶高、齿根高、齿全高、齿距（周节）、齿厚、齿槽宽标准直齿圆柱齿轮的基本参数：齿数z 、模数m 、压力角α(︒20）齿顶高系数*a h (1.0、0.8）、顶隙系数*c (0。
机械设计基础PPT课件(共15章)第十五章回转体的平衡和机器的调速
动平衡试验需在特殊的动平衡试验机上进 行，采用电子检测、激光去质量等方法，可大 大提高平衡精度与动平衡试验过程的自动化。
任务三 机械速度波动的调节
一、机械速度波动的原因及类型
各类机械都是在外力（驱动力和阻力）作用下运转的，机械从启动到停止一般经历三 个阶段，如图15-6所示。
启动阶段 稳定运转阶段
这种非周期性速度波动不能用飞轮来进行 调节，只能用特殊的调速装置使驱动力与阻力 趋于平衡。
图15-8 机械式离心调速器
知识总结
（1）如果发生不平衡，则是由于质心不在回转体轴线上，由此产生的不平衡状态在回转体静 止时即可显示出来，故称为静不平衡，相应的平衡方法则称为静平衡。
（2）对于轴向尺寸较大的回转体，其质量不能视为分布于同一平面内，即使回转体的质心在 回转体轴线上，也可能发生不平衡，这是由于各偏心质量所产生的离心惯性力不在同一回转平面 内，因而形成了惯性力偶。这种不平衡状态只有在回转体运动时才显示出来，故称为动不平衡， 相应的平衡方法则称为动平衡。
（c）
任务一 回转体的静平衡
二、回转体的静平衡试验
如图15-3所示，当对回转体作静平衡试验时，应将其放置在静平衡架上的两相互平行 的刀口形导轨上。若回转体不平衡，则回转体将在重力矩的作用下发生滚动，当停止滚动 时质心必在正下方。
图15-3 回转体的静平衡试验
任务二 回转体的动平衡
一、回转体的动平衡计算
（3）各类机械都是在外力作用下运转的，机械从启动到停止一般经历启动阶段、稳定运转阶 段、停止阶段三个阶段。
谢谢观看
回转体的平衡和机器的调速
项目十五
主1
回转体的静平衡
目
2
回转体的动平衡
录
3
机械设计基础第二版目录
绪论第1章机械设计概述第2章润滑与密封概述第3章平面机构的结构分析第4章平面连杆机构第5章凸轮机构第6章间歇运动机构第7章螺纹连接第8章轴毂连接第9章带传动第10章链传动第11章齿轮传动第12章蜗杆传动第13章齿轮系第14章机械传动设计第15章机械的调速与平衡第16章轴第17章滚动轴承第18章滑动轴承第19章联轴器、离合器第20章弹簧目录绪论0．1机器的组成及特征0．2课程的内容、性质和任务0．3 学习方法复习题与练习题第1章机械设计概述1．1 机械设计的基本要求1．2机械设计的内容与过程1．3机械零件的失效形式及设计计算准则1．4机械零件的接触强度1．5机械零件的标准化1．6现代机械设计理论概述复习题与练习题第2章润滑与密封概述2．1摩擦与磨损2．2润滑2．3密封复习题与练习题第3章平面机构的结构分析 (25)3．1 机构结构分析的内容及目的…一253．2 运动副 (25)3．3 平面机构的运动简图 (27)3．4 平面机构的自由度与实例分析 (30)3．5 平面机构的组成原理与结构分析…………………．．……………．33复习题与练习题........................一36 第4章平面连杆机构 (39)4．1 概述 (39)4．2 用图解法作平面机构的运动分析 (39)4．3 用图解法作平面机构的力分析 (43)4．4铰链四杆机构的基本类型及其演化 (51)4．5铰链四杆机构的基本特性……．544．6 平面四杆机构的设计与实例分析 (58)复习题与练习题 (62)第5章凸轮机构 (64)5．1 概述..................”...............． (64)5．2从动件常用运动规律…………．665．3盘形凸轮轮廓设计…………一705．4 凸轮机构基本尺寸的确定 (74)复习题与练习题……………．……一76第6章间歇运动机构 (77)6．1棘轮机构……………………一776．2槽轮机构...........................一81 6．3 不完全齿轮机构 (85)6．4 凸轮式间歇运动机构…………一86复习题与练习题 (87)第7章螺纹连接 (88)7．1 螺纹连接的基本知识 (88)7．2 螺纹连接的预紧与防松 (91)7．3 单个螺栓连接的强度计算 (95)7．4 螺栓组连接的设计计算与实侈4分析 (101)7．5提高螺栓连接强度的措施…一1097．6 螺旋传动 (110)复习题与练习题………一…………‘·1 16课堂讨论题.................................一1 18 第8章轴毂连接 (119)8．1 概述......一 (119)8．2键连接……………………．1198．3花键连接…………………一1238．4销连接 (125)8．5过盈配合连接………………一126复习题与练习题 (127)第9章带传动 (128)9．1 概述 (128)9．2带和带轮..................-． (131)9．3 带传动的工作情况分析 (138)9．4 普通V带传动的设计与实例分析 (142)9．5 V带传动的张紧、正确安装与维护 (155)9．6 同步带传动设计 (157)复习题与练习题…………………．．165第10章链传动 (167)10．1 概述 (167)10．2链传动的结构和标准 (168)10．3链传动的工作情况分析 (170)10．4链传动的合理布置和润滑 (173)10．5 滚子链传动的设计计算与实例分析 (175)复习题与练习题…………………．．179第1l章齿轮传动 (181)11．1 齿轮传动的特点和基本类型 (181)11．2 齿廓啮合基本定律…………-18311．3渐开线及渐开线齿轮 (184)11．4渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算……]8911．5渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 (192)11．6 渐开线齿廓切削加工的原理 (196)11．7 渐开线齿廓的根切现象与标准外齿轮的最少齿数 (198)11．8 变位齿轮传动 (199)儿．9 齿轮传动的失效形式及设计准则 (203)儿．10齿轮的常用材料及许用应力 (206)11．1l 直齿圆柱齿轮传动的强度计算 (210)11．12平行轴斜齿圆柱齿轮传动 (215)11．13 交错轴斜齿圆柱齿轮传动 (220)儿．14直齿锥齿轮传动 (222)11．15 齿轮结构设计 (228)11．16齿轮传动的润滑与效率 (230)11．17标准齿轮传动的设计计算与实例分析…………………．231复习题与练习题 (239)课堂讨论题………………………．242第12章蜗杆传动 (243)12．1 蜗杆传动的特点与类型 (243)12．2 阿基米德蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 (245)12．3 蜗杆传动的相对滑动速度与效率 (250)12．4蜗杆传动的失效形式、材料与结构.....................．．.........．252 12．5 蜗杆传动的强度计算 (256)12．6 蜗杆传动的润滑与热平衡计算 (258)12．7 蜗杆传动的设计计算与实例分析 (260)12．8普通圆柱蜗杆传动的精度等级选择及安装与维护……．262复习题与练习题 (263)第13章齿轮系..............................．．265 13．1轮系的分类 (265)13．2定轴轮系传动比计算 (267)13．3周转轮系传动比计算 (269)13．4复合轮系传动比计算 (271)13．5轮系的应用 (272)13．6其他类型行星传动简介 (274)复习题与练习题…………………．．276第14章机械传动设计......................-279 14．1概述 (279)14．2机械传动的类型…………一28014．3机械传动的特性和参数 (283)14．4机械传动的方案设计 (287)14．5机械传动的设计程序 (292)复习题与练习题........................一292 第15章机械的调速与平衡 (293)15．1机械的运转过程及速度波动的调节 (293)15．2 飞轮的近似设计方法 (295)15．3机械的惯性载荷及平衡......．．298 15．4 刚性回转体的平衡 (300)复习题与练习题 (303)第16章轴 (305)16．1 概述 (305)16．2轴的材料及选择…………一30716．3轴的结构设计 (309)16．4轴的强度计算 (313)16．5轴的刚度计算 (317)16．6轴的设计计算与实例分析 (318)复习题与练习题 (329)附表 (330)第17章滚动轴承 (335)17．1 概述 (335)17．2滚动轴承的代号 (340)17．3 滚动轴承的工作情况分析 (343)17．4滚动轴承类型的选择 (346)17．5滚动轴承尺寸的选择.........．．348 17．6 滚动轴承组合设计 (358)17．7 滚动轴承的设计计算与实例分析 (366)复习题与练习题 (372)课堂讨论题 (373)第18章滑动轴承 (374)18．1 概述 (374)18．2 滑动轴承的结构 (374)18．3 滑动轴承的材料 (378)18．4滑动轴承的润滑 (380)18．5 非液体摩擦滑动轴承的设计计算与实例分析 (383)18．6液体动压润滑的形成及基本方程 (385)18．7 其他滑动轴承简介 (388)18．8 滚动轴承与滑动轴承性能比较 (389)复习题与练习题…………………一390第19章联轴器和离合器 (391)19．1联轴器 (391)19．2 离合器 (397)复习题与练习题........................一402 第20章弹簧 (403)20．1概述 (403)20．2 圆柱螺旋弹簧的结构和几何尺寸 (405)20．3 弹簧的材料与制造 (407)20．4 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算与实例分析 (409)复习题与练习题 (415)参考文献 (417)。
《机械设计基础》教学课件主题07 机械的平衡与调速
单元3 机械运转速度波动调节的方法
三、机械运转的平均速度和不均匀系数
几种常见机械运转的不均匀系数的取值范围见下表
主题7 机械的平衡与调速
重点回顾
THANK YOU !
单元1 机械平衡
1、转子平衡
对于轴向尺寸较大的回转件（又称轴类零件，直径D与宽度L之比 D/L＜5），如电动机的转子、机床主轴等，其质量分布不能近似地认 为是位于同一回转面内。这类回转件转动时产生的离心力不再是平面 力系，而是空间力系。因此，单靠在某一回转面内加一平衡质量的静 平衡方法不能使这类回转件转动时达到平衡。对于这种转子的不平衡 问题进行平衡时，一般的方法是先选定两个辅助平面，再将各个质量 按其所在平面与两辅助平面的距离的比值，按比例将质量分解到两辅 助平面上，最后再采用静平衡的方法使这两个辅助平面达到静平衡（ 亦称双面平衡）。构件在动平衡时也一定是静平衡的。
单元3 机械运转速度波动调节的方法
三、机械运转的平均速度和不均匀系数
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 ωm一定时，δ越小，表示机械运转越均匀，运转的平稳性越好。
不同机械对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。
单元1 机械平衡
1、转子平衡
单元1 机械平衡
2、机构平衡
对于做往复运动及做平面复合运动的构件，因其重心是运动的，其 惯性力无法就该构件本身加以平衡，因而必须就整个机构加以研究，设 法使机构的惯性力的合力和力偶得到完全和部分的平衡。在机器运转日 趋高速的情况下，应尽量采用回转体，以利于解决平衡问题。
机械设计基础调速和平衡
路漫漫其悠远
机械设计基础调速和平衡
这类不平衡问题不再是平面汇交力系问题，而是空间力 系，因此，单靠在某一回转面内加一平衡质量的静平衡方法 并不能消除这类回转件转动时的不平衡。
如下图，不平衡质量m1和m2分布于相距l 的两回转面，且 m1=m2，r1=r2 不平衡质量呈对称分布，该回转件的质心C 落 在回转轴上，且 m1r1+m2r2=0，显然满足静平衡的条件。
机械运动中，运动构件的惯性力引起机械各运动
副中的动压力，造成运动副中附加摩擦力和构件
的附加应力。为了避免构件惯性力，必须合理的
分配各构件的质量，使得惯性力得以平衡。
路漫漫其悠远
机械设计基础调速和平衡
8.1 机械速度波动的调节 8.2 转子的平衡 8.3 转子平衡的实验
路漫漫其悠远
机械设计基础调速和平衡
其偏心质量就会产生离心惯性力。
关于惯性力：
惯性力的方向总是指向远离轴心的方向．它的大小等于物体的质量m与非惯性系相对
于惯性系的加速度大小a的乘积．
如果在以角速度 ω 转动的参考系中，质点到转轴的距离为 r，则
路漫漫其悠远
机械设计基础调速和平衡
静平衡具体设计
若构件，各偏心质量近似均在一个平面内，其所产生的离心惯性力分别为：
路漫漫其悠远
机械设计基础调速和平衡
当回转件转动时，在包括m1，m2 和回转轴的平面内存在一个
由离心力F1和F2 组成的力偶，其方向随着回转件的转动而发 生周期变化，因此该回转件处于不平衡状态。
路漫漫其悠远
机械设计基础调速和平衡
动平衡条件：各质量产生的离心力的合力以及合力偶矩都 等于零，即回转件上各个质量的离心力的 向量和等于零，并且离心力所引起的力偶 矩的向量和也等于零。
机械平衡与调速
16.2 回转件的静平衡
如图16.1b所示，根据任一已知质径积选定比例尺 µW （kg•mm/mm），按向径 r 、r2、r3、r4 的方向分别作向量 1
W1、W2、W3、W4 ，使其依次首尾相接，最后封闭图形的向量 Wb 即
代表了所求的平衡质径积
mb rb 。其大小为
mb rb = µW Wb
根据结构特点选定合适的 rb ，即可求出 mb 。如果结构上允许， 尽量将 rb 选得大些以减小 mb ，避免总质量增加过多。 如果结构上不允许在该回转面内增、减平 衡质量，如图16.2所示的单缸曲轴，则可 另选两个校正平面Ι和Π，在这两个平面内 增加平衡质量，使回转件得到平衡。根据 理论力学的平行力合成原理可得
机器速度波动的原因
机器运转时其驱动功与总消耗功并不是在每一瞬时都相等的。由能量 守恒定律可知，在任一时间间隔内驱动功和总消耗功之差应等于该时 间间隔内机器动能的变化，即
式中Wed和Wer分别为任意时间间隔内的驱动功和阻力功， E1和E2分 别为该时间间隔开始时和终止时机器的动能。
运动周期
大多数机器在稳定运转阶段的速度并不是恒定的。机器主轴的速度从某 一值开始又回复到这一值的变化过程，称为一个运动循环，其所对应的 时间T称为运动周期。
这样可以认为转子的偏心质量集中在 T ' 和 T " 两个平面内。对于校正平 面 T ' ，由式（16.1）可得平衡方程为：
m1 ' r1 + m2 ' r2 + m3 ' r3 + mb ' rb ' = 0
' 作出向量图（图16.4b），求出 mb ' rb '。只要选定 rb ' ，便可确定 mb 。
7机械速度波动的调节与回转件的平衡
me = mbrb + m1r1 + m2r2+ m3r3 = 0 称mi ri为质径积
？ ？ √ √ √ √ √ √
m 3 r3 m b rb
可用图解法求解此矢量方程 (选定比例μw)。
m 1 r1
m2r2
8 回转件的平衡
me = mbrb + m1r1 + m2r2+ m3r3 = 0 e=0 很显然，回转件平衡后：
规律，并采取相应的措施对惯性力进行 导致： 平衡，从而减小或消除所产生的附加动 ① 机器和构件的振动，产生噪音，使零件易于疲 压力、减轻振动、改善机械的工作性能 劳破坏，对加工机械还会影响其工作质量。 和提高使用寿命。
② 轴承所受压强激烈增大，使运动副的磨损加剧 并降低机械效率。
8 回转件的平衡
二、回转件的平衡计算
7 机械运转速度波动的调节
飞轮也可以安装在其它轴上，但必须保证两者所 具有的动能相等，即： E J 2 / 2 J 2 / 2 m m 2 2 得： J J / m m 若ω’m >ωm , 则： J ′< J
飞轮调速的实质：起能量储存器的作用。转速增高时， 将多于能量转化为飞轮的动能储存起来，限制增速的幅 度；转速降低时，将能量释放出来，阻止速度降低。 应用：锻压机械在一个运动循环内，工作时间短，但载 荷峰值大，利用飞轮在非工作时间内储存的能量来克服 尖峰载荷，选用小功率原动机以降低成本。
mb mb
mb
"
① 任一质径积都可用任选的 两个回转平面内两个质径 积代替。 ② 若向径不变，任一质量都 可用任选的两个回转平面 内两质量代替。
8 回转件的平衡
2. 质量分布不在同一回转面内 图示凸轮轴的偏心质量不在 同一回转平面内，但质心在回转 轴上，在任意静止位置，都处于 平衡状态。
第16章-----轴
输出 输入 输出
输出 输出 输入
T1
T2 T1+T2 T1
Tmax = T1
合理
T2
Tmax= T1+T2
不合理
（a）
（b）
图16－21 轴上零件旳两种布置方案
如图16-22所示旳 车轮轴，如把轴毂配 合面分为两段（图 16-22 b），能够减 小轴旳弯矩，从而提 升其强度和刚度；把 转动旳心轴（图1622 a）改成不转动旳 心轴（图16-22 b）， 可使轴不承受交变应 力。
倒角
图16-8 轴旳构造(轴系拆装动画）
退刀槽
①②
③
④ ⑤⑥ ⑦
轴上磨削旳轴段，应有砂轮越程槽；
车制螺纹旳轴段，应有退刀槽； 在满足使用要求旳情况下，轴旳形状和尺寸应力求简 朴，以便于加工。
轴系拆装动画
16.2.2 零件轴向和轴向定位 16.2.2.1 轴上零件旳轴向定位和固定
阶梯轴上截面变化处叫轴肩，利用轴肩和轴环进行 轴向定位，其构造简朴、可靠，并能承受较大轴向力。
在主要旳轴旳构造中，可采用卸载槽B(图16-18a)、
过渡肩环（图16-18b）或凹切圆角(图16-18c)增大轴肩圆
角半径，以减小局部应力。在轮毂上做出卸载槽B (图16-
18d)，也能减小过盈配合处旳局部应力。
BR
过渡肩环
（a）
30˚
凹切圆角 r
（b）
B
d/4
d
（c）
（d）
图16－18 减小应力集中旳措施
为了便于装配，轴端应加工出倒角（一般为45°）， 以免装配时把轴上零件旳孔壁擦伤（图16－17c）；
过盈配合零件装入端常加工出导向锥面（图16－ 17d），以使零件能较顺利地压入。
机械原理与机械零件第16章回转体的平衡和机器的调速PPT课件
第一节 刚性转子的平衡
2）求平衡质量的大小和方位角
T面
mb
(mbrb)2x(mbrb)2y rb
1.693292.9324kg0.338k8g 10
b arcta((m m nbbrrbb))xyarct1a2.6.9n9334960
第一节 刚性转子的平衡
3）求平衡质量的大小和方位角
T 面
mb
W0 盈功，动能增加,速度上升 W0 亏功，动能减小,速度下降 根本原因：驱动力和阻抗力的变化不相适应
F(t)m(at)
第二节 机械的速度波动及其调节
波动危害 在运动副中产生附加动压力 降低机械效率与工作可靠性，引起振动 影响零件的强度与寿命 降低机械的精度，使产品质量下降
调节目的 将不良影响限制在许可的范围之内
重力作用下 是否平衡？ 平衡!
离心力作用下 是否平衡？
不平衡！存在离心力偶矩
F
F
mg mg
mg
F
F i
mi2ri
第十六章 机械的平衡与调速
相关知识
第一节 刚性转子的平衡 第二节 机械的速度波动及其调节
第一节 刚性转子的平衡
转子（回转体，回转件）
定轴转动的构件 齿轮、带轮、链轮、凸轮、砂轮、机床主轴、曲 轴、汽轮机转子等。
Wmax
(J JF)m2
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
离心惯性力组成平面汇交力系
Fm2r0
ω
只要静态平衡
rm
动态必然平衡
第一节 刚性转子的平衡
5机械的调速和平衡
和质量，兼起飞轮作用。
5.1 机械速度波动的调节
2)周期性速度波动的调节
（4）最大盈亏功Amax的计 算 例：已知某机械在一个运动周期内阻力矩如图。驱动力矩 为常数，主动额定转速n＝800r/min，运动不均匀系数δ ＝ 0.05，求所需飞轮的转动惯量。 A m ax 解 JF 2 m
5.2 机械的平衡
1)机械平衡的目的和方法
构件做定轴匀速转动时，将构件各质点离心惯性力 的总和简化成一个通过质心处的惯性力 F F i 惯性力矩
M M i
和
回转体平衡的条件：
M 0
i
F 0
i
离心惯性力平衡与质量分布有关，若不平衡，需要重 新分布质量。
5.2 机械的平衡
2)回转构件的静平衡
5.1 机械速度波动的调节
2)周期性速度波动的调节
（3）飞轮转动惯量的计算 基本要求：确定飞轮的转动惯量J，使机械的 δ < [δ ] 基本原理： 假定：运动系统中，其他构件的动能与飞轮相比，可忽 略不计。 当飞轮处于ω max时，具有动能的最大值Emax； 当飞轮处于ω min时，具有动能的最小值Emin。
M
70
Mr W2 Md W3 π 2π 10
a o
φ
W1
c
Amax= 22.5 π 最小动能处
o
π/2
a
b
c
b
5.1 机械速度波动的调节
3)非周期性速度波动的调节
原因 盈亏功变化无规律，速度波动无规律。 后果 一段时间内总出现盈功，速度越来越快，造成飞车； 总出现亏功，速度会越来越慢，甚至停车。 调节方法：
（4）最大盈亏功Amax的计 算 由于机器经历一个周期回到初始状态， 其动能增减为零，所以该向量图的首尾封闭。 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
ch16机械的平衡和调速
2、飞轮设计的基本原理
飞轮设计的基本问题：已知作用在主轴上的驱动力矩和 阻力矩的变化规律，在[δ]的范围内，确定安装在主轴上 的飞轮的转动惯量 JF 。
飞轮调速原理
加装飞轮的目的就是为了增加机器的转动惯量进而起到调节速度 波动的目的。为什么加装飞轮之后就能减小速度的波动呢？
在主轴上加装飞轮之后，总的转动惯量可近似认为：
机转子等)。解决问题的唯一办法就是将平
回转件质量对轴线产生的静力矩： 衡配重分配到另外两个平面I、II内。
mge = 0
m
该回转件在任意位置将保持静止： m1
m2
静平衡或单面平衡
平衡面内不允许安装平衡配重
T’
T”
时，可分解到任意两个平衡面
内进行平衡。
由理论力学可知：一个力可以分解成两 个与其平行的两个分力。
F = Fb +∑Fi = 0
m1
ω
P1
mω2e = mbω2rb + m1ω2r1 + m2ω2r2+ m3ω2r3 =0
约掉公因式
me = mbrb + m1r1 + m2r2+ m3r3 = 0
称miri为质径积
？√ ？√
√√ √√
m3r3
mbrb
可用图解法求解此矢量方程 (选定比例μw)。
m2r2
对于不同的机器，因工作性质不同而取不同的值[δ]。 设计时要求：δ≤[δ]
机械运转速度不均匀系数δ的取值范围
机械名称 破碎机
压缩机和水泵 交流发电机
[δ] 0.1~0.2 0.03~ 0.05 0.002~0.003
机械名称 冲床和剪床
减速器
[δ] 0.05~0.15 0.015 ~0.020
15.080510机械速度的调节和回转件平衡
二、动平衡试验法
• 使回转件在动 平衡试验机上 运转，在两个 选定的平面内 分别找出所需 平衡质径积的 大小与方位， 使回转件达到 平衡。
动平衡机的原理图如下：
回转件
摆架
机架
弹簧
指针
T’面上质径积m’r’的确定：
• 摆架振动的振幅与T’平面上不平衡质径积 m’r’成正比，即：Z’=m’r’，为比例常数， 可取一个类似的经过校正的转子，测出其 振幅Z0，进而求出。 • 方向的确定： 测量相位差的方法。
应于ωmax和ωmin ， a、 d二位置动能之差（即这两点之间
各矢量线段的矢量和的绝对值，也是这两点之间M′—φ和 M″—φ两曲线间所包围的各块面积代数和的绝对值）就是 其最大盈亏功A max。
– 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ωmax和ωmin ， a、 d二位置动能之差（即这两 点之间各矢量线段的矢量和的绝对值，也是这两点之 间M′—φ和M″—φ两曲线间所包围的各块面积代数和 的绝对值）就是其最大盈亏功A max。
机械运转速度波动调节的目的和方法
• 亏功需要动能补偿，导致机械动能减小。 机械动能的增加形成机械运转的速度的波 动。这种波动会使运动副中产生附加的作 用力，降低机械效率和工作可靠性；会引 起机械振动，影响零件的使用寿命；还会 降低机械的精度和工艺性能，使产品质量 下降。因此，对机械运转速度的波动必须 进行调节，使上述不良影响限制在容许范 围之内。
(7-9)
– 选定飞轮的材料与比值H /B之后，轮缘的截面尺寸便可 求出。 – 对于外径为D的实心圆盘式飞轮，由理论力学知
2 mD 2 1 D J m 2 2 8
(7 10)
– 选定圆盘直径D，便可求出飞轮的质量m。选定材料之后， 便可求出飞轮的宽度B。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
至少在一个面 上配重或去重
刚性转子的平衡
2．静平衡试验
刚性转子的平衡
二、转子的动平衡 轴类转子
b 0 .2 d
质量分布在不同的回转面内 离心惯性力组成空间力系
F 0 M 0
只有动态平衡 才能真正平衡
刚性转子的平衡
1．动平衡计算 动平衡条件
Fb (t ) ma(t )
第二节 机械的速度波动及其调节
波动危害
在运动副中产生附加动压力 降低机械效率与工作可靠性，引起振动
影响零件的强度与寿命
降低机械的精度，使产品质量下降 调节目的
将不良影响限制在许可的范围之内
机器速度波动调节
二、周期性速度波动的调节 机械的运转可等效为其主轴的运转。
等效合外力矩随转角周期变化,主轴速度周期性波动
2.934 arctan 60 1.6939
第二节 机械的速度波动及其调节
一、机械速度波动的原因 波动定义:速度大小随时间变化 波动原因:
W E
W 0 驱动功＞阻抗功，盈功，动能增加,速度上升 W 0
驱动功＜阻抗功，亏功，动能减小,速度下降
根本原因：驱动力和阻抗力的变化不相适应
回转体的平衡计算
3）求平衡质量的大小和方位角
T 面
mb x y (mbrb ) 2 (mbrb ) 2 rb (1.6939) 2 (2.934) 2 kg 0.3388 kg 10
(mbrb ) y b arctan (mr ) bb x
第十六章 机械的平衡与调速
内燃机曲轴与飞轮 曲轴与凸轮轴
插齿机飞轮
机械的平衡与调速
案例引入 m = 0.4 kg r = 15 mm 静态是否平衡？ 动态是否平衡？ 高速水泵凸轮轴的平衡
rb = 10 mm
T 、T 平衡平面内所加平衡重的大小和位置？
机械的平衡与调速
初步分析 重力作用下 是否平衡？ 平衡! 离心力作用下 是否平衡？ 不平衡！存在离心力偶矩 F F
1．平衡情况分析 总质心在转轴
上，故静平衡
F
F
mg 惯性主矢为零 惯性主矩不为零 故动不平衡 F
mg
mg
Fi mi 2 ri
回转体的平衡计算
2. 动平衡计算 F F
1）偏心质量分解
mC m E mC 190 m 230
m D
190 0.4 0.3304 kg 230 40 m m E 230 40 0.4 0.0696 kg 230 115 m m D 230 115 0.4 0.2 kg 230
转速高，刚性小，离心惯性力引起的挠曲变形大
刚性转子的平衡
一、转子不平衡的原因
2 离心惯性力系 Fi mi ri
惯性主矢 F≠O 惯性主矩 M≠0
刚性转子的平衡
中心惯性主轴 使转子离心惯性力系平衡的转轴
刚性转子的平衡
不平衡的原因 中心惯性主轴与实际转轴不重合 设计：结构不对称 制造：材质不均匀、制造装配误差 使用：磨损、变形
刚性转子的平衡
平衡计算、试验的关键问题
确定平衡质量的大小和位置
刚性转子的平衡
二、转子的静平衡 盘类转子
b 0 .2 d
近似认为其质量分
布在同一回转面内
离心惯性力组成平面汇交力系
F m 2 r 0
只要静态平衡 动态必然平衡
ω
r m
刚性转子的平衡
1．静平衡计算 静平衡条件
Fb Fi 0 mb 2 rb mi 2 ri 0 mb rb mi ri 0
mg
mg
mg F
Fi mi 2 ri
机械的平衡与调速
相关知识
第一节 刚性转子的平衡 第二节 机械的速度波动及其调节
第一节 刚性转子的平衡
转子（回转体，回转件） 定轴转动的构件 齿轮、带轮、链轮、凸轮、砂轮、机床主轴、曲轴、
汽轮机转子等。
刚性转子 转速低，刚性大，离心惯性力引起的挠曲变形小
挠性转子
mr
a
mr
b l
mr
平行力系分解
mr mr b mr l a mr l
回转体的平衡计算
1）任选两个回转平面T′、T″ 2）将各质量径积平行分解
转化为两个平面汇交力系
3）按静平衡计算方法计算
至少在两个回转
面上配重或去重 静平衡，不一定动平衡 动平衡，一定静平衡
回转体的平衡计算
案例分析
F
回转体的平衡计算
2）求平衡质量的大小和方位角
T 面
mb x y (mb rb ) 2 (mb rb ) 2 rb 1.6939 2 2.934 2 kg 0.3388 kg 10
(mb rb ) y 2.934 arctan arctan b 60 (m r ) 1.6939 bb x
ω
r m
刚性转子的平衡
不平衡的后果 不利：产生附加动载荷 增大运动副摩擦 降低机械效率、寿命 ω
r
m
引起振动、噪声
有利：打夯机
按摩机
振实机等
刚性转子的平衡
平衡目的 对象：高速、重型、精密转子 目的：消除或减小惯性力的影响 方法：调整质量分布（去重、加重） 使中心惯性主轴与转轴尽可能重合 设计阶段：平衡计算，达到理论平衡 制造阶段：平衡试验，去重、加重达到平衡 使用阶段：平衡试验，校正、修正、调整达到平衡
E 1 J 2 2 E 1 2 mv 2
kg m 2
机器速度波动调节
3．飞轮调速的原理
1 2 2 W J (2 1 ) 2
按尖峰负荷所需的瞬时最大功率，选择原动机 按平均功率选择原动机
1 2 2 2 Wmax ( J J F )(max min ) ( J J F )m 2
机器速度波动调节
1．平均角速度和速度不均匀系数
m
max min
2
max min m
机器速度波动调节
2．转动构件的动能
1 E mi vi2 2 1 mi 2 ri 2 2 1 ( mi ri 2 ) 2 2 1 J 2 2
转动惯量 J mi ri 2
Wmax 2 ( J J F )m
机器速度波动调节
三、非周期性速度波动的调节 速度波动是随机的、无规则的 调节方法：调速器
动画
mb rb m1r1 m2 r2 m3r3 0
质径积(kgm)
作图法
mb rb
至少在一个面 上配重或去重
刚性转子的平衡
解析法
(mb rb ) x (mi ri ) x 0 (mb rb ) y (mi ri ) y 0
(mb rb ) 2 (mb rb ) 2 x y mb rb (mb rb ) y b arctan (m r ) bb x