文档介绍：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
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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
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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
稳定运转
启动
停止
启动
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:
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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。
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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。
动能增量:
Md
Mr
a
b
c
d
e
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:
分析以上积分所代表的的物理含义
根据能量守恒,外力所作功等于动能增量。
Md
φ
a
Mr
φ
a
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Md
Mr
a
b
c
d
e
a'
φ
力矩所作功及动能变化:
↓
↓
Md<Mr
亏功“-”
a-b
↑
↑
Md>Mr
盈功“+”
b-c
↓
↓
Md<Mr
亏功“-”
c-d
↑
↑
Md>Mr
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
△E=0
ωa
ωa’
区间
外力矩所作功
主轴的ω
动能E
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发动机用油
油箱供油
油箱供油
发动机用油
三、速度波动调节的方法
,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。
,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
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一、机械运转的平均速度和不均匀系数
平均角速度:
T
额定转速
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
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如:ωmax-ωmin=π, ωm1=10π,ωm2=100π
则:δ1=(ωmax-ωmin)/ ωm1 =
δ2=(ωmax-ωmin)/ ωm2 =
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。