第07章机械的运转及其速度波动的调节

1、张家港校区张家港校区第第7章章 机械的运转及其速度波动的调节机械的运转及其速度波动的调节7 71 1 概述概述7 74 4 稳定运转状态下机械的周期性速度波动稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节及其调节7 75 5 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张家港校区张家港校区一、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。为运动分析作准备。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

2、。机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)张家港校区张家港校区二、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

3、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。张家港校区张家港校区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为了减小这

4、些不良影响，就必须对速度波动范围进行调节。调节。74 稳定运转状态下机械的周期性速度波动稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节及其调节一、产生周期性波动的原因一、产生周期性波动的原因张家港校区张家港校区一、产生周期性波动的原因一、产生周期性波动的原因作用在机械上的驱动力矩作用在机械上的驱动力矩md ()和阻力矩和阻力矩mr ()往往是往往是原动机转角的周期性函数。原动机转角的周期性函数。dmwadd)()(dmwarr)()()()(rdwwe动能增量：动能增量：mdmra bcde aadmmrd)()(在一个运动循环内，驱动力矩在一个运动循环内，驱动力矩和阻力矩所作的功分别为：和阻力矩

5、所作的功分别为：2221)()(21aajjmdamra张家港校区张家港校区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，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。度；转速降低时，将能量释放出来，阻止速

6、度降低。张家港校区张家港校区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e e正好是正好是从起始点从起始点a到该交点区间内各代表到该交点区间内各代表盈亏功的阴影面积代数和。盈亏功的阴影面积代数和。a amaxe emaxe emin e emaxe emaxmax、e eminmin出现的位置：出现的位置：在曲线在曲线m md 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，正好等于另一个极值点的高度，正好等于两点之间的阴影面积两点之间的阴影面积(盈亏功)。作

7、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张家港校区张家港校区举例：举例：已知驱动

8、力矩为常数，阻力矩如图所示，主轴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：的平均角速度为：m m=25 1/s,=25 1/s,不均匀系数不均匀系数0.050.05，求主轴飞轮的转动惯量求主轴飞轮的转动惯量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：2021dmmrd5)10221(2102121作代表作代表 m md d的直线如图。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

9、/89/89/811/811/811/811/813/813/813/813/815/815/815/815/82210/1610/16 -20/16-20/16 15/1615/16-10/16-10/16 10/1610/16-10/16-10/165/165/16区间区间面积面积1010mr22kn-m3/23/20 0md张家港校区张家港校区由能量指示图，得：由能量指示图，得：a amaxmax10/810/83.93 kn-m3.93 kn-mj j a amaxmax / /2 2m m3.933.9310/(0.0510/(0.0525252 2) )a amaxmax 126

10、kgm126 kgm2 2张家港校区张家港校区mv =dmhb 按照机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：bd2221dmj82md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/s36 m/s铸钢飞轮：铸钢飞轮： vmax 50 m/s50 m/s张家港校区张家港校区发动机用油发动机用油油箱供油油箱供油油