7.1.1教学基本要求 7.1.1教学基本要求 1.了解机械运转速度波动的原因和类型。 2.了解非周期性速度波动的调节方法。 3.掌握周期性速度波动的调节方法，飞轮调速的原理和飞轮设计的基本方法。 7.1.2机械运转速度波动的原因和调节目的及分类 1.原因 机械是在外力作用下运转的。驱动力所作的功是输入功，阻力所作的功是输出功。许多机械 在某段工作时间内，输入功和输出功不等。若输入功大于输出功，则机械运转的速度增加，否则 会降低，这就形成了机械运转速度的波动。 2.速度波动危害及调节目的 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， 影响零件的强度和寿命；还会降低机械的精度和工艺性能，使产品质量下降。因此必须对机械运 转速度的波动进行调节，使上述不良影响限制在允许范围之内。 3.机械运转速度波动分为两类 (1)周期性速度波动。在一个整周期中，驱动力作的功和阻力所作的功相等，机械的速度呈现 规律的周期性的变化 (2)非周期性速度波动。输入功和输出功在很长时间内呈现无规则的变化，二者不相等，机械 的速度变化是随机的、不规则的。 不同类型的波动，调速的方法是不相同的。 7.1.3非周期性速度波动的调节方法 非周期性速度波动的原因是在很长时间内输入功和输出功不等，因此调节原理就是设法使驱 动力矩和阻力矩恢复平衡关系。常用的方法是用调速器使输入功和输出功趋于平衡，以到达稳定 运转。 7.1.4周期性速度波动的调节方法 1.飞轮调速原理 调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上一个转动惯量很大的回转件一一飞轮。飞轮 在机械中的作用实际上相当于一个能量储存器。由于其转动惯量很大，当机器出现盈功时，飞轮 的转速略增，以动能的形式将多余的能量储存起来，而使主轴角速度上升的幅值减小；反之，当 机械出现亏功时，飞轮转速略下降，将储存的能量放出来，以弥补能量的不足，从而使得主轴角 速度下降幅值减小。要注意的是，装飞轮不是完全解决周期性速度波动，只能减小速度波动的幅 度。 2.机械运转的平均速度和不均匀系数 机械主轴的角速度变化通常很复杂，工程中常用平均角速度来记录： 0ar十n血 2 (7-1)
7.1.1 教学基本要求 7.1.1 教学基本要求 1. 了解机械运转速度波动的原因和类型。 2. 了解非周期性速度波动的调节方法。 3. 掌握周期性速度波动的调节方法，飞轮调速的原理和飞轮设计的基本方法。 7.1.2 机械运转速度波动的原因和调节目的及分类 1．原因 机械是在外力作用下运转的。驱动力所作的功是输入功，阻力所作的功是输出功。许多机械 在某段工作时间内，输入功和输出功不等。若输入功大于输出功，则机械运转的速度增加，否则 会降低，这就形成了机械运转速度的波动。 2．速度波动危害及调节目的 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， 影响零件的强度和寿命；还会降低机械的精度和工艺性能，使产品质量下降。因此必须对机械运 转速度的波动进行调节，使上述不良影响限制在允许范围之内。 3．机械运转速度波动分为两类 （ 1）周期性速度波动。在一个整周期中，驱动力作的功和阻力所作的功相等，机械的速度呈现 规律的周期性的变化。 （ 2）非周期性速度波动。输入功和输出功在很长时间内呈现无规则的变化，二者不相等，机械 的速度变化是随机的、不规则的。 不同类型的波动，调速的方法是不相同的。 7.1.3 非周期性速度波动的调节方法 非周期性速度波动的原因是在很长时间内输入功和输出功不等，因此调节原理就是设法使驱 动力矩和阻力矩恢复平衡关系。常用的方法是用调速器使输入功和输出功趋于平衡，以到达稳定 运转。 7.1.4周期性速度波动的调节方法 1．飞轮调速原理 调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上一个转动惯量很大的回转件——飞轮。 飞轮 在机械中的作用实际上相当于一个能量储存器。由于其转动惯量很大，当机器出现盈功时，飞轮 的转速略增，以动能的形式将多余的能量储存起来，而使主轴角速度上升的幅值减小；反之，当 机械出现亏功时，飞轮转速略下降，将储存的能量放出来，以弥补能量的不足，从而使得主轴角 速度下降幅值减小。 要注意的是，装飞轮不是完全解决周期性速度波动，只能减小速度波动的幅 度。 2．机械运转的平均速度和不均匀系数 机械主轴的角速度变化通常很复杂，工程中常用平均角速度来记录： （7-1）
式中0“和心m血分别表示机械主轴的最大和最小角速度。 机械运转速度波动的相对值用机械运转速度不均匀系数6表示： 6-0一0 m 设计时，应使6不超过允许值，即6≤[阿] 3.飞轮设计方法 (1)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，要求在机械运转速度不均匀系数6的 允许范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量。 (2)设计步骤 最大盈亏功A“→飞轮的转动惯量一飞轮尺寸。 ①最大盈亏功A“的确定：机械中最大动能与最小动能之差。对于一些比较简单的情况，机械 的最大动能区。和最小动能尽。a出现的位置可直接由加-9图读出.对于较复杂的情况，则 可借助于能量指示图来确定，能量指示图的作法是：任作一条水平线，任选放一”图中驱动力 矩M'与阳力矩曲线M“的一交点为起始点，然后按比例用垂直矢量线段表示相应位置M' 与M”之间所包围的各盈亏面积的大小，箭头向上表示盈功，箭头向下表示亏功。各矢量首尾相 接，由于在一个循环的起始点与终点的动能相等，故能量指示图的首尾应在同一水平线上。图中 的最高点就是动能最大处，最低点就是动能最小处。最高点与最低点之间的垂直距离，即这两点 之间各矢量线段矢量和的绝对值，也即这两点之间M‘与M“所包围的各块正、负面积代数和 的绝对值，就是最大盈亏功。 ②飞轮转动惯量的计算 = 飞轮的转动惯量计算公式： (7-3) 由公式知道：首先， 6过小， 了会急剧增加，飞轮过于笨重，增加成本，故不能言目追求机械运转速度的均匀性；其次， 1 Aa以及6不变时， 。故飞轮最好装在机械的高速轴上， 以减小转动惯量，从而减小尺寸。 ③飞轮主要尺寸的确定： m=HBa 地锡式：幼枸空间位量-D。，广质是 H.B HIB 实心式：结构空间位且一D 4质量mm=DB,4B 上面式中，D,是轮辐式飞轮的平均直径；H是轮辐式飞轮轮缘的厚度，B是飞轮的宽度 D是实心飞轮的直径
式中 和 分别表示机械主轴的最大和最小角速度。 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： 设计时，应使 不超过允许值，即 。 3．飞轮设计方法 （ 1）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，要求在机械运转速度不均匀系数 的 允许范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量。 （ 2）设计步骤 最大盈亏功 →飞轮的转动惯量→飞轮尺寸。 ① 最大盈亏功 的确定：机械中最大动能与最小动能之差。对于一些比较简单的情况，机械 的最大动能 和最小动能 出现的位置可直接由 图读出。对于较复杂的情况，则 可借助于能量指示图来确定。能量指示图的作法是：任作一条水平线，任选 图中驱动力 矩 与阻力矩曲线 的一交点为起始点，然后按比例用垂直矢量线段表示相应位置 与 之间所包围的各盈亏面积的大小，箭头向上表示盈功，箭头向下表示亏功。各矢量首尾相 接，由于在一个循环的起始点与终点的动能相等，故能量指示图的首尾应在同一水平线上。图中 的最高点就是动能最大处，最低点就是动能最小处。最高点与最低点之间的垂直距离，即这两点 之间各矢量线段矢量和的绝对值，也即这两点之间 与 所包围的各块正、负面积代数和 的绝对值，就是最大盈亏功。 ② 飞轮转动惯量的计算 飞轮的转动惯量计算公式： （7-3） 由公式知道：首先， 过小， 会急剧增加，飞轮过于笨重，增加成本，故不能盲目追求机械运转速度的均匀性；其次， 以及 不变时， 。故飞轮最好装在机械的高速轴上， 以减小转动惯量，从而减小尺寸。 ③ 飞轮主要尺寸的确定： 上面式中， 是轮辐式飞轮的平均直径； 是轮辐式飞轮轮缘的厚度， 是飞轮的宽度， 是实心飞轮的直径