机械运动速度波动的调节(西农版).ppt

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1、第七章 机械运动速度波动的调节,第一节 概述,机械设计基础,第二节 稳定状态下机械周期性速度波动及其调节,第三节 机械的非周期性速度波动及其调节,第一节 概述,一、本章的研究内容及目的,第7章 机械的运转速度波动的调节,二、机械运转的三个阶段,三、作用在机械上的力,一、本章的研究内容及目的：,第7章 机械的运转速度波动的调节,研究机械速度波动及其调节的方法，以便将机械运转速度的波动限制在许可范围之内。,二、机械运转的三个阶段：,第7章 机械的运转速度波动的调节,从机器开始运动到终止运动所经历的时间内，机器的工作过程一般都要经历启动阶段、稳定运转阶段、停车阶段三个阶段。,二、机械运转的三个阶段：

2、,第7章 机械的运转速度波动的调节,1.启动阶段：原动件的速度从零逐渐上升到开始稳定运转的 过程。,特点：驱动力所作的驱动功Wd大于克服阻抗力所消耗的阻 抗功Wc（为输出功Wr与损失功Wf之和），机械内积 蓄了动能E。即,Wd-Wc=E,：0 m,2.稳定运转阶段：原动件速度保持常数（匀速稳定运转）或 在正常工作速度的平均值上下作周期性的速度 波动（变速稳定运转）。,特点：对每一个运动循环而言，其初速度等于末速度，即 Wd=Wc。,二、机械运转的三个阶段：,第7章 机械的运转速度波动的调节,1）周期变速稳定运转：,定义：原动件在平均角速度的上下作周期性的反复波动 叫周期变速稳定运转。,运动循环

3、：原动件的位置、速度和加速度从某一原始值 变回到该原始值的变化过程叫一个运动循环。,运动周期：一个运动循环所经历的时间叫运动周期。,周期变速稳定运转的特点：,对于一个运动周期有：Wd=Wc、S=d、ES=Ed,对于一个运动周期内的某一时间间隔有：Wd Wc、S d、ES Ed,二、机械运转的三个阶段：,第7章 机械的运转速度波动的调节,2）等速稳定运转：m=常数,3.停车阶段：原动件的速度从正常工作速度值下降到零的过程。,：m 0,Wd=0,Wr=0,Wc=Wf+制动中消耗的功,E=-Wc,三、作用在机械上的力：,第7章 机械的运转速度波动的调节,当忽略机械中各构件的重力以及运动副中的摩擦力时

4、，作用在机械上的力可分为工作阻力和驱动力两大类：,三、作用在机械上的力：,第7章 机械的运转速度波动的调节,1.驱动力（按机械特性分）：,（1）驱动力为常量：如用重锤的质量作为驱动力时。（2）驱动力是位移的函数：如利用弹簧作驱动力时。（3）驱动力是速度的函数：电动机发出的驱动力。,三、作用在机械上的力：,第7章 机械的运转速度波动的调节,2.生产阻力（按机械特性分）：,（1）生产阻力为常量：如起重机悬吊物的重量。（2）生产阻力是位置的函数：如往复式压缩机。（3）生产阻力是速度的函数：如鼓风机、离心泵中的阻力。（4）生产阻力是时间的函数：如碎石机、球磨机，其机械特性随加工材料粒度变化而变化，因此

5、生产阻力随时间变化。,第7章 机械的运转速度波动的调节,第二节稳定状态下机械周期性速度波动及调节,一、产生周期性速度波动的原因：,.ed、er都是的函数,作用在机械上的驱动力矩和阻抗力矩往往都是原动件转角的周期性函数。其等效力矩ed、er必然也是等效构件转角的周期性函数。,.机械动能的增量为：,当输入功大于输出功时多余的功称为盈功。盈功动能促使动能增加,E 0，用“+”号表示。当输入功小于输出功时两者之差称为亏功。亏功补偿导致动能减少E 0，用“-”号表示。,一、产生周期性速度波动的原因：,第7章 机械的运转速度波动的调节,3.公共周期：,Me=Med-Mer、Je从某一原始值开始又回到该原始

6、值得变化过程，是Me=Med-Mer、Je的最小公倍数。,在一个公共周期内等效构件的机械动能增量等于零，即,4.最大盈亏功的确定：（最大盈亏功W max指一个周期内，驱动功和阻抗功之差的最大值）,（1）能量指示图：用于表示机构在各位置时的能量大小的相对变化关系。,一、产生周期性速度波动的原因：,第7章 机械的运转及其速度波动的调节,图示为某机械系统的动能E()在一个周期 T 内的变化曲线。,b 处：Emin c 处：Emax Wmax：在b 与c 之间,Amax 代表(bc线段)最大盈亏功 Wmax的大小,由于机构在一个稳定运动循环中，等效驱动力所作的功恒等于等效阻力所作的功，故动能变化后应回

7、到原来位置，即a、a点应在同一条水平线上。,一、产生周期性速度波动的原因：,第7章 机械的运转速度波动的调节,（2）推算动能的方法：,设周期的起点为a，对应的动能为Ea。,（3）分析确定：,Wmax=Emax Emin=Ec-Eb,二、周期性速度波动的调节：,第7章 机械的运转速度波动的调节,2.速度波动程度的衡量指标：,（1）平均角速度 m,确定机械平均角速度m的途径和方法：,利用机械系统在一个周期内等效构件角速度的变化曲线，通过计算获得；,工程实际中，通过计算其算术平均值获得；,通过机械的铭牌上的额定转速换算而得。,1.周期性速度波动的定义：机械有规律的、周期性的速度变化。,名义转速，常用

8、的。,二、周期性速度波动的调节：,第7章 机械的运转速度波动的调节,（2）绝对不均匀度：机器主轴的最大角速度与最小角速度之差，称为机器运转的绝对不均匀度。其值表示 机器主轴速度波动的幅度大小。,只能部分反映，不能完全反映机器的不均匀程度。,（3）速度不均匀系数：,的许用值参考课本表。,二、周期性速度波动的调节：,第7章 机械的运转速度波动的调节,（4）,m一定时，愈小，则差值maxmin也愈小，机器的运转愈平稳。机器的运转不均匀系数的大小反映机器运转过程中的速度波动大小，是飞轮设计的重要指标。,二、周期性速度波动的调节：,第7章 机械的运转速度波动的调节,3.周期性速度波动程度的调节：,为了减

9、少周期性速度波动，最常用的是安装飞轮来调节速度波动。当速度升高时，飞轮的惯性阻止其速度增加，飞轮储存能量，限制了速度的升高。当速度降低时，飞轮的惯性阻止其速度减少，飞轮释放能量，限制了速度的降低，从而实现了速度波动调节的目的。,4.飞轮的简易设计方法：,（1）飞轮调速的基本原理：,基本原理：,二、周期性速度波动的调节：,第7章 机械的运转速度波动的调节,（2）飞轮转动惯量的近似计算：,当max和一定时，JF和m成反比，因此最好将飞轮安装 在高速轴上。,原为周期性波动加飞轮后仍为周期性波动，只不过波动幅度变小了；,当max、m一定时，JF和成反比；,二、周期性速度波动的调节：,第7章 机械的运转

10、速度波动的调节,（3）飞轮的作用：,飞轮能调节周期性速度波动；,飞轮能克服尖峰载荷。,例1 某刨床的主轴为等效构件，在一个运转周期内的等效驱动力矩如下图所示，。等效驱动力矩为常数，刨床的主轴的平均转数n=60r/min，运转不均匀系数=0.1，若不计飞轮以外的构件的转动惯量，计算安装在主轴上的飞轮转动惯量。,二、周期性速度波动的调节：,第7章 机械的运转速度波动的调节,解：在一个运转周期内，等效驱动力矩与等效阻抗力矩作的功相等：,等效驱动力矩为常数,即,作一条代表Md、平行轴的直线，在一个周期内与M轴、及周期末端线的交点为A、B、C、D、E、F。,设周期开始点的动能为，则其余各点的动能分别为：

11、,二、周期性速度波动的调节：,第7章 机械的运转速度波动的调节,代入简易公式中,二、周期性速度波动的调节：,第7章 机械的运转速度波动的调节,（4）飞轮尺寸的确定：,工程中常把飞轮作成圆盘状或腹板状。.D500mm时常采用腹板式。这种飞轮由轮缘、轮毂、轮幅三部分组成，因与轮缘比较，轮幅及轮毂的转动惯量较小，故常略去不计。设为集中在轮缘的质量，d为轮缘的平均直径，则,式中，称为飞轮矩，单位为。,选定d后即可求出GA。d的选择既要考虑安装空间，又要使其圆周速度不致过大。,二、周期性速度波动的调节：,第7章 机械的运转速度波动的调节,飞轮质量：,其中：,从机械工程手册中查取到b/h的比值后，可计算出

12、飞轮宽度b和轮缘厚度h。,设轮缘宽度为b,材料单位体积的重量为 则,当v30m/s时选用钢=78000N/m3；当v30m/s时选用铸铁=72000N/m3。,.实心圆盘飞轮：,选定飞轮的直径d之后便可求出飞轮的质量m。而,选定飞轮的材料之后，可得飞轮的宽度b。,当v30m/s时选用钢=78000N/m3；当v30m/s时选用铸铁=72000N/m3。,二、周期性速度波动的调节：,第7章 机械的运转速度波动的调节,第三节 机械的非周期性速度波动及其调节,一、什么是非周期性速度波动：,如果驱动力或阻力突然发生变化使驱动功一直大于（或一直小于）阻抗功，则机械的速度会一直增大（或减小），机械将会因速度过大而损坏（或因过小而停车），这种运动称为非周期性速度波动。,二、非周期性速度波动的调节：,非周期性速度波动的调节问题可分为两种情况：,1.当机械的原动机所发出的驱动力矩是速度的函数且具下降的趋势时，机械具有自动调节非周期性波动的能力。采用电动机作为原动机的机械属于此类。,第7章 机械的运转速度波动的调节,二、非周期性速度波动的调节：,第7章 机械的运转速度波动的调节,对于没有自调性的机械系统，需安装一种专门的调节装置-调速器来 调节机械出现的非周期性速度波动。如采用蒸汽机、内燃机或汽轮机为原动机的机械系统,