机械的运转及其速度波动的调节(共46页).ppt

第七章 机械的运转及其速度波动的调节 机械的运动方程式 机械运动方程式的求解 稳定运转状态下机械的周期性速度 波动及其调节 机械的非周期性速度波动及其调节 了解机器运动和外力的定量关系 了解机器运动速度波动的原因、特点、危害 掌握机器运动速度波动的调节方法本章教学目的本章教学内容本章重点： 等效质量、等效转动惯量、等效力、等效力矩的概念及其计算方法； 机械运动产生速度波动的原因及其调节方法难点： 计算飞轮转动惯量时最大盈亏功的计算 12021/11/187-1 概述一研究目的和内容 1、由于机械的运动规律是由各构件的质量、转动惯量和作用力等因素决定的，随时间变化而变化，要对机械进行精确的运动分析和力分析，就要研究在外力作用下，机械的真实运动规律2、由于机械在运动过程中会出现速度波动，导致运动副产生附加动压力，并引起振动，从而降低机械使用寿命、效率和工作质量，因此需研究机械运转过程中，速度的波动及其调节方法运动分析时，都假定原动件作匀速运动，实际上是多个参数的函数22021/11/18二机械运转的三个阶段1. 起动阶段原动件的速度由零逐渐上升到开始稳定的过程根据动能定理WdWc=E驱动功阻抗功输出功Wr和损失功Wf之和动能v功(率)特征：外力对系统做正功 Wd-Wc0v动能特征：系统的动能增加 E=Wd-Wc0v速度特征：系统的速度增加 =0m功能关系： Wd=Wc+E32021/11/182. 稳定运转阶段 原动件速度保持常数或在正常工作速度的平均值上下作周期性的速度波动。

此阶段分三种情况： =常数等速稳定运转 常数，但在正常工作速度的平均值m上下作周期性速度波动周期变速稳定运转m t稳定运转启动停止42021/11/18v功(率)特征：Wd-WcT=0v动能特征：E= Wd-WcT=0v速度特征：t=T+t功能关系： Wd=Wc非周期变速稳定运转 m t 稳定运转启动 停止匀速稳定运转时，速度不需要调节后两种情况由于速度的波动，会产生以下不良后果：在运动副中引起附加动压力，加剧磨损，使工作可靠性降低引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低影响机械的工艺过程，使产品质量下降载荷突然减小或增大时，发生飞车或停车事故52021/11/183. 停车阶段驱动力为零，机械系统由正常工作速度逐渐减速，直到停止v功(率)特征：Wd-Wc= -Wcv动能特征：E= Wd-Wc= -Wc0v速度特征：i+10 ，用“+”号表示v亏功：E 0 ，用“-”号表示v在盈功区，等效构件的v在亏功区，等效构件的 在一个公共周期内： Wd = WrMe和Je的公共周期TMTJ；在其始末Me和Je分别相同说明经过一个运动循环之后，机械又回复到初始状态,其运转速度呈现周期性波动E292021/11/18二. 周期性速度波动的调节 1. 速度波动程度的衡量指标(1). 平均角速度 m(2). 角速度的变化量max- min可反映机械速度波动的绝对量，但不能反映机械运转的不均匀程度。

例如：当max- min=5rad/s时，对于m =10 rad/s 和m =100rad/s的机械，低速机械的速度波动要明显一些3). 速度不均匀系数：角速度变化量和其平均角速度的比值工程上用来表示机械运转的速度波动程度302021/11/18对于不同的机器，因工作性质不同， 的要求也不同，故规定有许用值 常用机械运转不均匀系数的许用值 上述各速度量间的关系：可知，当m一定时，愈小，则差值maxmin也愈小，说明机器的运转愈平稳312021/11/182. 周期性速度波动的调节v 为了减少机械运转时产生的周期性速度波动，常用的方法是在机械中安装具有较大转动惯量JF 的飞轮来进行调节322021/11/18v飞轮相当于一个储能器当机械出现盈功时，它以动能的形式将多余的能量储存起来，使主轴角速度上升幅度减小；当出现亏功时，它释放其储存的能量，以弥补能量的不足，使主轴角速度下降的幅度减小332021/11/183. 飞轮设计的基本原理MedMerabcdeaEv最大盈亏功Wmax Emax和Emin的位置之间所有外力作的功的代数和v在Emax处：max 对应的角记作 max v在Emin处：min 对应的角记作 min342021/11/18vWmax的求法能量指示图法能量指示图：以a点为起点，按一定比例用向量线段依次表示相应位置Med和Mer之间所包围的面积Aab、Abc、Acd、Ade和Aea的大小和正负的图形。

MedMerabcdeaE00abcdeaAmax 代表最大盈亏功Wmax的大小352021/11/18飞轮转动惯量JF的计算 ：结论：1)当Wmax与m一定时，如取值很小，则飞轮的转动惯量就需很大所以，过分追求机械运动速度 均匀性，将会使飞轮过于笨重2)JF 不可能为无穷大，所以不可能为零即周期性速度只能减小，不可能消除3)当Wmax 与一定时，JF与m 的平方成反比所以，最好将飞轮安装在机械的高速轴上 362021/11/184. 飞轮尺寸的确定a)轮形飞轮这种飞轮一般较大，由轮毂、轮辐和轮缘三部分组成其轮毂和轮缘的转动惯量较小，可忽略不计其转动惯量为： 轮毂轮幅轮缘JAD1D2DHbA因为HD，故忽略H2372021/11/18式中QAD2称为飞轮矩，当选定飞轮的平均直径D之后，就可求得飞轮的重量QA D60v /n其中v按下表中的安全值选取，以免轮缘因离心力过大而破裂：铸铁制飞轮钢制飞轮轮缘轮辐整铸轮缘轮辐分铸3050 m/s14555 m/s轮缘轮辐整铸整铸盘形飞轮14060 m/s轧钢制盘形飞轮17090 m/s100120 m/s设轮缘的宽度为b，比重为(N/m3), 则： QAV=DHb于是 HbQA/D对较大的飞轮，取；对较小的飞轮，取H2b。

当选定H或b之后，另一参数即可求得D由圆周速度：v=Dn/60 确定,QAD24gJFv382021/11/18b)盘形飞轮 当选定飞轮材料和直径D之后，可确定飞轮宽度BBD392021/11/18400M（Nm）02Mr例：等效阻力矩Mr变化曲线如图示， 等效驱动力矩Md为常数， m=100 rad/s ， =0.05 ， 不计机器的等效转动惯量J 求：1）Md=?； 2） Wmax= ?； 3）在图上标出max和min的位置； 4）JF = ? 解：1） Md 2 =（2 400）/2Md = 200 NmMd200abca/23/2ab（50）c（-50）a maxmax minmin2）画能量指示图3） max和min的位置如图示Wmax= -100 Nm402021/11/18一、非周期性速度波动7 - 5 非周期性速度波动及其调节 机械 运转中，Med- Mer 呈无规律的变化，若长时间处于盈功或亏功状态或某瞬间突然遭遇很大载荷变化，使机械主轴的角速度不断增大或不断减小，最终导致速度过高（飞车）而损坏或被迫停车二、非周期性速度波动的调节使驱动力与生产阻力建立新的平衡关系，从而获得新的稳定运转。

各行业有自己专门的调速器涡轮发电机采用的离心式调速器412021/11/18发动机用油离心式调速器的工作原理：油箱供油油箱供油发动机用油油箱供油油箱供油进油减少速度降低开口增大回油增加422021/11/18本 章 总 结一、重点1机械系统等效动力学模型的概念；2等效转动惯量、等效质量、等效力矩、等效力的概念及计算方法；3机械运转速度波动及其调节方法，飞轮转动惯量的计算二、难点1等效转动惯量（等效质量）、等效力矩（等效力）的计算为了计算等效转动惯量（等效质量）、等效力矩（等效力），可以从等效构件的动能与原机械系统的动能相等，以及等效力矩（等效力）的瞬时功率与原机械系统的所有外力的瞬时功率之和相等入手求解2最大盈亏功Wmax的计算最大盈亏功Wmax是指机械系统在一个运动循环中动能变化的最大差值，即一个运动循环中最大角速度与最小角速度之间盈功与亏功的代数和，所以其大小不一定等于系统盈功或亏功的最大值，应根据能量指示图来确定432021/11/18作业7-1、7-2、7-3 、7-4、7-6 、7-9、7-10442021/11/18谢谢大家！谢谢大家！452021/11/18。