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
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
§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:0= const 实际上是多个参数的函数 F(P、M、φ、m、J 力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量 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。 设计新的机械,或者分析现有机械的工作性能时,往往想知道机械运转的稳定性、构件的惯性力以及在运动副中产生的反力 因此要对机械 onst- const 原动件运动ω的变化规律之后,才能进行运动分析和力分析,从而为设计新机械提供依据。这就是研究机器运
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 设计新的机械，或者分析现有机械的工作性能时，往往想知道机械运转的稳定性、构件的惯性力以及在运动副中产生的反力 的大小、Vmax amax的大小，因此要对机械进行运动分析。而前面所介绍的运动分析时，都假定运动件作匀速运动(ω＝const)。 但在大多数情况下，ω≠const，而是力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量等参数的函数：ω＝F(P、M、φ、m、J)。 只有确定了的原动件运动ω的变化规律之后，才能进行运动分析和力分析，从而为设计新机械提供依据。这就是研究机器运 转的目的。 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 三个阶段:启动、稳定运转、停车 稳定运转阶段的状况有: ①匀速稳定运转:=常数 启动稳定运转停止 ②周期变速稳定运转:o(t)=o(t+Tp ③非周期变速稳定运转 HA A 启动稳定运转停止 启动稳定运转停止 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
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 t ω 停止 ωm t ω 启动 启动 稳定运转 停止 ωm t ω 稳定运转 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：
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。 ⑨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
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
产生周期性波动的原因 M d 作用在机械上的驱动力矩M (q)和阻力矩Mr(q)往往是 原动机转角的周期性函数。 别绘出在一个运动循环内的变化曲线 在一个运动循环内,驱动力矩 和阻力矩所作的功分别为: W(o)= M(odo 「 d W, (o) M()do 动能增量:能外作等动 △E=Wa(q)-Wr() 分析以上积分所代表的的物理含义 LM(9)-M(9)-2(m)o2(9)-2o
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。 分别绘出在一个运动循环内的变化曲线。 W M d a d = d ( ) ( ) W M d a r = r ( ) ( ) () () E =Wd −Wr 动能增量： Md Mr a b c d e a' φ = − a [Md ( ) Mr ( )]d 在一个运动循环内，驱动力矩 和阻力矩所作的功分别为： 分析以上积分所代表的的物理含义 2 2 2 1 ( ) ( ) 2 1 = J − J a a 根据能量守恒，外力所作功等于动能增量。 Md a φ Mr a φ
动能的变化曲线E()、和速度曲线a(0)分别如图所示: 在一个循环内:AA1△E0人③6 即:△E=(Ma-M,)d(a E 0 这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。 力矩所作功及动能变化: 区间abb-cc-dde M<M MM M<M 外力矩所作功亏功“盈功“+亏功“-”盈功“+”亏功“一” 主轴的 动能E
Md Mr a b c d e a' φ 力矩所作功及动能变化: ↓ ↓ MdMr 盈功“＋” b-c ↓ ↓ MdMr 盈功“＋” d-e ↓ ↓ Md<Mr 亏功“－” e-a’ 在一个循环内： 这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。 Ad=Ar 即： = 0 动能的变化曲线E(φ)、和速度曲线ω(φ)分别如图所示： φ E ω φ = − ' ( ) a a E Md Mr d a 2 2 ' ' 2 1 2 1 a a a a = J − J △E=0 ω a ωa’ 区 间 外力矩所作功 主轴的ω 动能E
速度波动调节的方法 1.对周期性速度波动,可在转动轴上安装一个质量较 大的回转体(俗称飞轮)达到调速的目的。 2.对非周期性速度波动,需采用专门的调速器才能调节。 离心式调速器的工作原理 开口增大 回油增加 -0 进油减少 油箱供油 转速降低
发动机用油 油箱供油 三、速度波动调节的方法 1.对周期性速度波动，可在转动轴上安装一个质量较 大的回转体（俗称飞轮）达到调速的目的。 2.对非周期性速度波动，需采用专门的调速器才能调节。 离心式调速器的工作原理 油箱供油 进油减少 转速降低 开口增大 回油增加
§7-2飞轮的近似设计方法 对于周期性速度波动的机械,加装飞 机械运转的平均速度和不均匀系数 度波动的范围进行调节。 召有关原 已知主轴角速度:O=ω(t max 平均角速度:om T 额定转速 不容易求得,工程上常采用算术平均值: max mn )/2 对应的转速:n=600m/2兀rpm max ωmn表示了机器主轴速度波动范围的大小,称 为绝对不均匀度。但在差值相同的情况下,对平均速度 的影响是不一样的
一、机械运转的平均速度和不均匀系数 = T m d T 0 1 平均角速度： 额定转速 T 已知主轴角速度：ω=ω(t) 不容易求得，工程上常采用算术平均值： ωm ＝(ωmax +ωmin)/2 对应的转速： n ＝ 60ωm /2π rpm ωmax－ωmin 表示了机器主轴速度波动范围的大小，称 为绝对不均匀度。但在差值相同的情况下，对平均速度 的影响是不一样的。 ω φ 对于周期性速度波动的机械，加装飞 轮可以对速度波动的范围进行调节。 下面介绍有关原理。 §7－2 飞轮的近似设计方法 ωmax ωmin
如: max mn =T,m1=10π,om2=100π 则:81=( nax m )/om1=0.1 机器1速度波动对平均速度的影响程 度为1%,而机器2的影响程度达到10% 82=( max mn )/ Om2=0.01 定义:8=( max )/ωn为机器运转速度不 均匀系数,它表示了机器速度波动的程度。 由m=(max+min)/2以及上式可得: max Gm(1+8/2 Omn=0m(1-8/2) 2=282 max 可知,当ωm定时,8愈小,则差值ωmx-min 也愈小,说明机器的运转愈平稳
如:ωmax－ωmin＝π， ωm1＝10π，ωm2＝100π 则：δ1＝(ωmax－ωmin)/ ωm1 =0.1 δ2＝(ωmax－ωmin)/ ωm2 =0.01 定义：δ＝(ωmax－ωmin)/ ωm 为机器运转速度不 均匀系数，它表示了机器速度波动的程度。 ωmax ＝ωm(1+δ/2) 可知，当ωm一定时，δ愈小，则差值ωmax－ωmin 也愈小，说明机器的运转愈平稳。 ωmin＝ωm(1-δ/2) ω2 max－ω2 min ＝ 2δω2 m 由ωm ＝(ωmax +ωmin)/2 以及上式可得： 机器1速度波动对平均速度的影响程 度为1%，而机器2的影响程度达到10%
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:8≤[8] 表7-1机械运转速度不均匀系数8的取值范围 机械名称[δ]机械名称[δ]机械名称[8] 碎石机1/5~1/20汽车拖拉机1/20~1/60造纸织布1/40~1/50 冲床、剪床1/7~1/0切削机床1201409纱机160-1/00 轧压机1/10~1/20水泵、风机1/30~1/50发电机1/100~1/300 驱动发电机的活塞式内燃机,主轴速度波动范围太大,势必影响输出电压的稳定性,故这类机械的 6应取 如冲床、破碎机等机械,速度波动大 响其工作性能,故可取大些 二、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[⑧]的范围内,确定安装在主轴 上的飞轮的转动惯量JF
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] 造纸织布 1/40～1/50 纺纱机 1/60`～1/100 发电机 1/100～1/300 机械名称 [δ] 机械名称 [δ] 机械名称 [δ] 碎石机 1/5～1/20 汽车拖拉机 1/20～1/60 冲床、剪床 1/7～1/10切削机床 1/30～1/40 轧压机 1/10～1/20水泵、风机 1/30～1/50 表7-1 机械运转速度不均匀系数δ的取值范围 驱动发电机的活塞式内燃机，主轴速度波动范围太大，势必影响输出电压的稳定性，故这类机械的 δ应取小些；反之，如冲床、破碎机等机械，速度波动大也不影响其工作性能，故可取大些 二、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