《機械原理》機械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié).ppt

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1、第七章 機械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié),,◆ 機械的運動方程式 ◆ 機械運動方程式的求解 ◆ 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)下機械的周期性速度波動及其調(diào)節(jié) ◆ 機械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié),◆ 了解機器運動和外力的定量關系 ◆ 了解機器運動速度波動的原因、特點、危害 ◆ 掌握機器運動速度波動的調(diào)節(jié)方法,本章教學目的,本章教學內(nèi)容,本章重點： 等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動慣量、等效力、等效力矩的概念及其計算方法； 機械運動產(chǎn)生速度波動的原因及其調(diào)節(jié)方法。 難點： 計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量時最大盈虧功的計算。,7-1 概述,一．研究目的和內(nèi)容,1、由于機械的運動規(guī)律是由各構件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量和作用力等因素決定的，隨時間變化而變化，要

2、對機械進行精確的運動分析和力分析，就要研究在外力作用下，機械的真實運動規(guī)律。 2、由于機械在運動過程中會出現(xiàn)速度波動，導致運動副產(chǎn)生附加動壓力，并引起振動，從而降低機械使用壽命、效率和工作質(zhì)量，因此需研究機械運轉(zhuǎn)過程中，速度的波動及其調(diào)節(jié)方法。,運動分析時，都假定原動件作勻速運動，實際上是多個參數(shù)的函數(shù)。,二．機械運轉(zhuǎn)的三個階段,1. 起動階段——原動件的速度由零逐漸上升到開始穩(wěn)定的過程。,根據(jù)動能定理 Wd－Wc=E,驅(qū)動功,阻抗功輸出功Wr和損失功Wf之和,動能,功(率)特征：外力對系統(tǒng)做正功 Wd-Wc>0,動能特征：系統(tǒng)的動能增加 E=Wd-Wc>0,速度特征：系統(tǒng)的速度增加 ?=0?

3、?m,2. 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段 ——原動件速度保持常數(shù)或在正常工作速度的平均值上下作周期性的速度波動。,此階段分三種情況： ① ? =常數(shù)——等速穩(wěn)定運轉(zhuǎn),② ? ?常數(shù)，但在正常工作速度的平均值?m上下作周期性速度 波動——周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn),功(率)特征：Wd-Wc?T=0,動能特征：E= Wd-Wc?T=0,速度特征：?t=?T+t,③非周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn),①在運動副中引起附加動壓力，加劇磨損，使工作可靠性降低。,②引起彈性振動，消耗能量，使機械效率降低。,③影響機械的工藝過程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。,④載荷突然減小或增大時，發(fā)生飛車或停車事故,3. 停車階段——驅(qū)動力為零，機械系統(tǒng)由正常工作速度逐漸減

4、速，直到停止。,功(率)特征：Wd-Wc= -Wc,動能特征：E= Wd-Wc= -Wc<0,速度特征：?i+10 ，用“+”號表示。 虧功：?E <0 ，用“-”號表示。 在盈功區(qū)，等效構件的??? 在虧功區(qū)，等效構件的?? ?,在一個公共周期內(nèi)： Wd = Wr,Me和Je的公共周期——TM?TJ；在其始末Me和Je分別相同,說明經(jīng)過一個運動循環(huán)之后，機械又回復到初始狀態(tài),其運轉(zhuǎn)速度呈現(xiàn)周期性波動。,,,,,,,,,,,,,二. 周期性速度波動的調(diào)節(jié),速度波動程度的衡量指標,(1). 平均角速度 ?m,(2). 角速度的變化量?max- ?min,可反映機械速度波動的絕對量，但不能反映機械

5、運轉(zhuǎn)的不均勻程度。,例如：當?max- ?min=5rad/s時，對于?m =10 rad/s 和?m =100rad/s的機械，低速機械的速度波動要明顯一些。,(3). 速度不均勻系數(shù)?：角速度變化量和其平均角速度的比值。工程上用來表示機械運轉(zhuǎn)的速度波動程度。,對于不同的機器，因工作性質(zhì)不同，? 的要求也不同，故規(guī)定有許用值[?] 。,常用機械運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)的許用值[?],上述各速度量間的關系：,可知，當ωm一定時，δ愈小，則差值ωmax－ωmin也愈小，說明機器的運轉(zhuǎn)愈平穩(wěn)。,周期性速度波動的調(diào)節(jié),,為了減少機械運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周期性速度波動，常用的方法是在機械中安裝具有較大轉(zhuǎn)動慣量JF 的飛

6、輪來進行調(diào)節(jié)。,飛輪相當于一個儲能器。,當機械出現(xiàn)盈功時，它以動能的形式將多余的能量儲存起來，使主軸角速度上升幅度減?。?當出現(xiàn)虧功時，它釋放其儲存的能量，以彌補能量的不足，使主軸角速度下降的幅度減小。,飛輪設計的基本原理,最大盈虧功?Wmax —— Emax和Emin的位置之間所有外力作的功的代數(shù)和。,在Emax處：?max 對應的?角記作?? max,在Emin處：?min 對應的?角記作?? min,?Wmax的求法——能量指示圖法,能量指示圖：以a點為起點，按一定比例用向量線段依次表示相應位置Med和Mer之間所包圍的面積Aab、Abc、Acd、Ade和Aea?的大小和正負的圖形。,a

7、,Amax 代表最大盈虧功?Wmax的大小,飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF的計算 ：,,結論： 當?Wmax與?m一定時，如[?]取值很小，則飛輪的轉(zhuǎn)動慣量就需很大。所以，過分追求機械運動速度 均勻性，將會使飛輪過于笨重。 JF 不可能為無窮大，所以[?]不可能為零。即周期性速度只能減小，不可能消除。 當?Wmax 與[?]一定時，JF與?m 的平方成反比。所以，最好將飛輪安裝在機械的高速軸上。,飛輪尺寸的確定,因為H<

8、飛輪,鋼制飛輪,輪緣輪輻整鑄,輪緣輪輻分鑄,30～50 m/s,145～55 m/s,輪緣輪輻整鑄,整鑄盤形飛輪,140～60 m/s,軋鋼制盤形飛輪,170～90 m/s,100～120 m/s,設輪緣的寬度為b，比重為γ(N/m3), 則：,QA＝Vγ=πDHbγ,于是 Hb＝QA/πDγ,對較大的飛輪，取H≈1.5b；對較小的飛輪，取H≈2b。,當選定H或b之后，另一參數(shù)即可求得。,D由圓周速度：v=πDn/60 確定,,QAD2＝4gJF,<[v],b)盤形飛輪,當選定飛輪材料和直徑D之后，可確定飛輪寬度B。,例：等效阻力矩Mr變化曲線如圖示， 等效驅(qū)動力矩Md為常數(shù)， ?m

9、=100 rad/s ， [?]=0.05 ， 不計機器的等效轉(zhuǎn)動慣量J 。 求：1）Md=?； 2） ?Wmax= ?； 3）在圖上標出??max和??min的位置； 4）JF = ? 。,解：1） Md ?2? =（2? ?400）/2,Md = 200 Nm,,??max,??min,2）畫能量指示圖,3） ??max和??min的位置如圖示,一、非周期性速度波動,7 - 5 非周期性速度波動及其調(diào)節(jié),機械運轉(zhuǎn)中，Med- Mer 呈無規(guī)律的變化，若長時間處于盈功或虧功狀態(tài) 或某瞬間突然遭遇很大載荷變化，使機械主軸的角速度不斷增大或不斷減 小，最終導致速度過高（飛車）而損壞

10、或被迫停車。,二、非周期性速度波動的調(diào)節(jié),使驅(qū)動力與生產(chǎn)阻力建立新的平衡關系，從而獲得新的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。 各行業(yè)有自己專門的調(diào)速器。,渦輪發(fā)電機采用的離心式調(diào)速器,,離心式調(diào)速器的工作原理：,,,,,,,油箱供油,,本 章 總 結,一、重點 1．機械系統(tǒng)等效動力學模型的概念； 2．等效轉(zhuǎn)動慣量、等效質(zhì)量、等效力矩、等效力的概念及計算方法； 3．機械運轉(zhuǎn)速度波動及其調(diào)節(jié)方法，飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算。,二、難點 1．等效轉(zhuǎn)動慣量（等效質(zhì)量）、等效力矩（等效力）的計算 為了計算等效轉(zhuǎn)動慣量（等效質(zhì)量）、等效力矩（等效力），可以從等效構件的動能與原機械系統(tǒng)的動能相等，以及等效力矩（等效力）的瞬時功率與原機械系統(tǒng)的所有外力的瞬時功率之和相等入手求解。 2．最大盈虧功?Wmax的計算 最大盈虧功?Wmax是指機械系統(tǒng)在一個運動循環(huán)中動能變化的最大差值，即一個運動循環(huán)中最大角速度與最小角速度之間盈功與虧功的代數(shù)和，所以其大小不一定等于系統(tǒng)盈功或虧功的最大值，應根據(jù)能量指示圖來確定。,作業(yè),7-1、7-2、7-3 、7-4、7-6 、7-9、7-10,謝謝大家！,