机械设计基础07.ppt

第7章 机械运转速度波动调节§7－1 机械运转速度波动调节的目的和方法§7－2 飞轮的近似设计方法§7－3 飞轮主要尺寸的确定一、研究内容及目的1. 研究在外力作用下机械的真实运动规律，目的是为 运动分析作准备 前述运动分析曾假定是常数，但实际上是变化 的 2. 研究机械运转速度的波动及其调节方法，目的是使 机械的转速在允许范围内波动，而保证正常工作§7－1 机械运转速度波动调节的目的和方法运动分析时，都假定原动件作匀速运动:ω＝const实际上是多个参数的函数：ω＝F(P、M、φ、m、J)力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量机械的运转过程稳定运转阶段的状况有： ①匀速稳定运转：ω＝常数稳定运转②周期变速稳定运转：ω(t)=ω(t+Tp)启动三个阶段：启动、稳定运转、停车③非周期变速稳定运转 tω停止ωm tω稳定运转启动停止启动ωm tω 稳定运转 停止匀速稳定运转时，速度不需要调节速度波动产生的不良后果：①在运动副中引起附加动压力，加剧磨损，使工作可靠性降低②引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低③影响机械的工艺过程，使产品质量下降④载荷突然减小或增大时，发生飞车或停车事故。

为了减小这些不良影响，就必须对速度波动范围进行 调节二、产生周期性波动的原因作用在机械上的驱动力矩Md (φ)和阻力矩Mr (φ)往往是 原动机转角的周期性函数动能增量：MdMra bcde a'φ在一个运动循环内，驱动力矩 和阻力矩所作的功分别为：MdφaMrφaMdMra bcde a'φ力矩所作功及动能变化:↓↓MdMr 盈功“＋”b-c↓↓MdMr 盈功“＋”d-e↓↓Mdωm 则： J’ < JE = J’ω’2m/2 = Jω2m/2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应用：玩具小车帮助机械越过死点，如缝纫机 φMdMrφEa bcde a'三、Amax的确定方法在交点位置的动能增量△E正好是 从起始点a到该交点区间内各代表 盈亏功的阴影面积代数和Amax＝Emax－Emin ＝ △EmaxEmax、Emin出现的位置： 在曲线Md与 Mr的交点处。

E(φ)曲线上从一个极值点跃变到 另一个极值点的高度，正好等于 两点之间的阴影面积(盈亏功)作图法求Amax：任意绘制一水平线，并分割成对应的区间，从 左至右依次向下画箭头表示亏功，向上画箭头表示盈功，箭头 长度与阴影面积相等，由于循环始末的动能相等，故能量指示 图为一个封闭的台阶形折线则最大动能增量及最大盈亏功等 于指示图中最低点到最高点之间的高度值AmaxEmaxEmin举例：已知驱动力矩为常数，阻力矩如图所示，主轴 的平均角速度为：ωm=25 1/s,不均匀系数δ＝0.05， 求主轴飞轮的转动惯量J 解：1)求Md , 在一个循环内， Md和Mr所作的功相等，于是：作代表 Md的直线如图 2)求Amax 各阴影三角形的面积分别为：三个三角形面积之和0～π/4π/4～ 3π/43π/4～ 9π/89π/8～ 11π/811π/8～ 13π/813π/8～ 15π/815π/8～ 2π10π/16 -20π/16 15π/16 -10π/16 10π/16-10π/165π/16区间面积10Mr作能量指示图2πφkN-mπ3π/20书上例题自学Md由能量指示图，得：Amax＝10π/8＝3.93 KN-mJ ＝ Amax /[δ]ω2m＝3.93×10/(0.05×252)Amax＝ 126 kgm2已知某机械在一个运动周期内阻力矩Mr ＝Mr（φ）如图。

驱动力矩为常数，求最 大盈亏功 轮形飞轮：由轮毂、轮辐和轮缘三部分组成轮毂轮幅轮缘JA§7－3 飞轮主要尺寸的确定其轮毂和轮辐的转动惯量较小，可忽略不计其转 动惯量为： 主要尺寸：宽度B、轮缘厚度H、平均值径DmHBDmm＝Vρ =πDmHB ρ ρ为材料密度按照机器的结构和空间位置选定Dm之后，可得飞轮质量：选定飞轮的材料和比值H/B之后，可得飞轮截面尺寸 盘形飞轮：BD选定圆盘直径D，可得飞轮的质量：m＝VρπD2B ρ=4选定飞轮的材料之后，可得飞轮的宽度B 为保证安全，飞轮的外圆线速度不能超过许用值：铸铁飞轮： vmax≤ 36 m/s铸钢飞轮： vmax≤ 50 m/s应当说明，飞轮不一定是外加的专门附件实际机械中， 往往用增大带轮或齿轮的尺寸和质量的方法，使它们兼起 飞轮的作用，还应指出，本章介绍的飞轮设计方法，没有 考虑除飞轮之外其它构件的动能变化，因而是近似设计 由于机械运转速度不均匀系数δ容许有一个变化范围，所 以这种近似设计可以满足一般的使用要求。