机械的运转及其速度波动的调节精.ppt

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1、机械的运转及其速度波动的调节第1页，本讲稿共19页一、研究内容及目的一、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。运动分析作准备。2.研究机械运转速度的波动及其调节方法，目的是使机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。械的转速在允许范围内波动，而保证正常工作。71 概述概述运动分析时，都假定原动件作匀速运动运动分析时，都假定原动件作匀速运动:constconst实际上是多个参数的函数：实际上是多个参数的函数：F(PF(P、M M、m m、J)J)第2页，本讲稿共19

2、页二、机械运转的三个阶段二、机械运转的三个阶段稳定运转阶段的状况有：稳定运转阶段的状况有：匀速稳定运转：匀速稳定运转：常数常数稳定运转稳定运转周期周期变速稳定运转：变速稳定运转：(t)=(t+T(t)=(t+Tp p)启动启动启动、稳定运转、停车。启动、稳定运转、停车。非非周期周期变速稳定运转变速稳定运转 t停止停止m m t稳定运转稳定运转启动启动停止停止启动启动m m t 稳定运转稳定运转 停止停止匀速稳定运转时，速度匀速稳定运转时，速度不需要调节。不需要调节。第3页，本讲稿共19页速度波动产生的不良后果速度波动产生的不良后果：在运动副中引起附加动压力，加剧磨损，使工作可在运动副中引起附加

3、动压力，加剧磨损，使工作可 靠性降低。靠性降低。引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低。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。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。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。为了减小这些不良影响，就必须对速度波动范围进行调节。74 稳定运转状态下机械的周期性速度波动及稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节其调节一、产生周期性波动的原因一、产生周期性波动的原因第4页，本讲稿共19页一、产生周期性波动的原因一、产生周期性波动的原因作作

4、用用在在机机械械上上的的驱驱动动力力矩矩Md()和和阻阻力力矩矩Mr()往往往往是是原原动机转角的周期性函数。动机转角的周期性函数。动能增量：动能增量：MdMra bcde a在在一一个个运运动动循循环环内内，驱驱动动力力矩矩和和阻力矩所作的功分别为：阻力矩所作的功分别为：MdaMra第5页，本讲稿共19页MdMra bcde a力矩所作功及动能变化力矩所作功及动能变化:MdMr盈功盈功“”b-cb-cMdMr盈功盈功“”d-ed-eMd m m 则：则：J J J JE=JE=J2 2m m/2=J/2=J2 2m m/2/2飞轮调速的实质：飞轮调速的实质：起能量储存器的作用。转速增高时，将

5、多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。降低时，将能量释放出来，阻止速度降低。第13页，本讲稿共19页MdMrEa bcde a3 3）A Amax的确定方法的确定方法在交点位置的动能增量在交点位置的动能增量EE正好是从正好是从起始点起始点a到该交点区间内各代表盈亏到该交点区间内各代表盈亏功的阴影面积代数和。功的阴影面积代数和。A AmaxE EmaxE Emin EEmaxE Emaxmax、E Eminmin出现的位置：出现的位置：在曲线在曲线M Md

6、 d与与 M Mr r的交点处。的交点处。E(E()曲线上从一个极值点跃变到另曲线上从一个极值点跃变到另一个极值点的高度，正好等于两点之一个极值点的高度，正好等于两点之间的阴影面积间的阴影面积(盈亏功)。作图法求作图法求A Amax：任意绘制一水平线，并分割成对应的区间，从任意绘制一水平线，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图为一个封闭的台

7、阶形折线。则最大动能增量及最大盈亏功等于指示图中于指示图中最低点最低点到到最高点最高点之间的高度值。之间的高度值。A Amax E Emaxmax E Eminmin第14页，本讲稿共19页举例：举例：已知驱动力矩为常数，阻力矩如图所示，主轴的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：平均角速度为：m m=25 1/s,=25 1/s,不均匀系数不均匀系数0.050.05，求主轴求主轴飞轮的转动惯量飞轮的转动惯量J J。解：解：1)1)求求M Md d,在一个循环内，在一个循环内，M Md d和和M Mr r所作的功相等，于是：所作的功相等，于是：作代表作代表 M Md d的直线

8、如图。的直线如图。2)2)求求A Amaxmax各阴影三角形的面积分别为：各阴影三角形的面积分别为：0 0/4/4/4/43/43/43/43/49/89/89/89/811/811/811/811/813/813/813/813/815/815/815/815/82210/1610/16-20/16-20/1615/1615/16-10/16-10/1610/1610/16-10/16-10/165/165/16区间区间面积面积1010Mr22kN-m3/23/20 0Md第15页，本讲稿共19页由能量指示图，得：由能量指示图，得：A Amaxmax10/810/83.93 KN-m3.93

9、 KN-mJ J A Amaxmax/2 2m m3.9310/(0.05253.9310/(0.05252 2)A Amaxmax 126 kgm 126 kgm2 2第16页，本讲稿共19页轮形飞轮：由轮形飞轮：由轮毂、轮辐轮毂、轮辐和和轮缘轮缘三部分组成。三部分组成。轮毂轮毂轮辐轮辐轮缘轮缘JA2 2、飞轮主要尺寸的确定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。其转动其轮毂和轮辐的转动惯量较小，可忽略不计。其转动惯量为：惯量为：主要尺寸：主要尺寸：宽度宽度B B、轮缘厚度、轮缘厚度H H、平均值径、平均值径D Dm mHBDm第17页，本讲稿共19页mV=DmHB 按照机

10、器的结构和空间位置选定按照机器的结构和空间位置选定Dm之后，可得飞轮质量：之后，可得飞轮质量：选定飞轮的材料和比值选定飞轮的材料和比值H/B之后，可得飞轮截面尺寸。之后，可得飞轮截面尺寸。盘形飞轮：盘形飞轮：BD选定圆盘直径选定圆盘直径D，可得飞轮的质量：，可得飞轮的质量：mVD2B=4选定飞轮的材料之后，可得飞轮的宽度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：为保证安全，飞轮的外圆线速度不能超过许用值：铸铁飞轮：铸铁飞轮：vmax 36 m/s 36 m/s铸钢飞轮：铸钢飞轮：vmax 50 m/s 50 m/s第18页，本讲稿共19页发动机用油发动机用油油箱供油油箱供油油箱供油油箱供油发动机用油发动机用油对非周期性速度波动，需采用专门的对非周期性速度波动，需采用专门的调速器调速器才能调节。才能调节。离心式调速器的工作原理离心式调速器的工作原理油箱供油油箱供油进油减少进油减少转速降低转速降低开口增大开口增大回油增加回油增加75 机械的非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第19页，本讲稿共19页