第十七章机械调速.pptVIP

* 第十七章 机械速度波动的调节 §17－1 机械速度波动调节的目的和方法 §17－2 飞轮的近似设计方法 §17－3 飞轮主要尺寸的确定 §17－1 机械速度波动调节的目的和方法 机械是在驱动力作用下克服阻力而运转的。根据功能原理，若机械在工作过程的任意时间间隔内，驱动力对机械所作的功与机械克服阻力所作的功完全相等，则机械的动能不变，其主轴将保持匀速运转。 机械在某段工作时间内，若驱动力所作的功大于阻力所作的功， 则出现盈功；若驱动力所作的功小于阻力所作的功，则出现亏 功。盈功和亏功将引起机械动能的增加和减少，从而引起机械 运转速度的波动。 机械速度波动会使运动副中产生①附加的动压力，②降低机械 效率，③产生振动，④影响机械的质量和寿命。采取措施把速 度波动控制在许可范围内，以减小其产生的不良影响，称为速 度波动的调节。 §17－1 机械速度波动调节的目的和方法 机械是在驱动力作用下克服阻力而运转的。根据功能原理，若机械在工作过程的任意时间间隔内，驱动力对机械所作的功与机械克服阻力所作的功完全相等，则机械的动能不变，其主轴将保持匀速运转。 机械在某段工作时间内，若驱动力所作的功大于阻力所作的功， 则出现盈功；若驱动力所作的功小于阻力所作的功，则出现亏 功。盈功和亏功将引起机械动能的增加和减少，从而引起机械 运转速度的波动。 机械速度波动会使运动副中产生: ①附加的动压力，②降低机械效率，③产生振动，④影响机械 的质量和寿命。 采取措施把速度波动控制在许可范围内，以减小其产生的不良 影响，称为速度波动的调节。 机械速度波动有周期性和非周性两类。 一、周期性的速度波动 当机械动能的增减作周期性 变化时，其主轴的角速度也 作周期性的变化，如图17-1 实线所示。在这种情况下， 主轴角度ω在经过一个变化 周期T之后又回到初始状态，这说明就整个周期而言，动能没有增减，驱动力所作的功与阻力所作的功是 相等的；但是，在周期中的某段时间内，驱动力所作的功与阻力所作的功动却是不相等的，因而出现速度变化。这种有规律的、周期性的变化称为周期性速度波动。 其变化周期T，通常对应于主轴回转一转(如蒸汽机、冲床、单缸二冲程内燃机)或若干转(如单缸四 冲程内燃机为曲轴转两转)。周期性速度波的调节方法是在机械中加上一个转动惯量J很大的回转体 —飞轮。飞轮以角速度ω回转时的动能为E＝，盈功时飞轮动能增加，亏功时飞轮动能减少，由于 飞轮的转动惯量J很大，显然，在动能变化量?E相同的条件下，其角速度ω波动值将减小。也就是 说，当动能的变化规律一定时，安装飞轮后可以使机械速度的波动变小。图17-1中的实线和虚线分 别表示未安装飞轮时和安装飞轮后主轴的速度波动。 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 Md Mr a b c d e a φ 力矩所作功及动能变化: ↓ ↓ MdMr 亏功“－” a-b ↑ ↑ MdMr 盈功“＋” b-c ↓ ↓ MdMr 亏功“－” c-d ↑ ↑ MdMr 盈功“＋” d-e ↓ ↓ MdMr 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 对周期性速度波动，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。 对非周期性速度波动，需采用专门的调速器才能调节。 二、非周期性速度波动 如果驱动力或阻力突然发生变化，使驱动力所作的功总 是大于或总是小于阻力所作的功则机械的速度将持续上 升或持续下降，将导致机械因速度上升到过高而损坏或 因速度持续下降甚至可能使运动停止。如汽轮发电机组 在供气量不变而用电量突然减少或增加时就会出现上述 情况。这种速度变化是随机的、无规则的，称 为非周期性速度波动。 发动机用油 油箱供油 油箱供油 发动机用油 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 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