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机械运动速度波动调节的目的和方法 飞轮设计的近似方法 飞轮主要尺寸的确定 第11章 机械运动速度波动的调节 机械运动速度波动的调节 第一节 机械运动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) 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； 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。 机械的运转过程 三个阶段：启动、稳定运转、停车 稳定运转 启动 t ω 停止 稳定运转阶段的状况有 ① 匀速稳定运转：ω＝常数 ② 周期变速稳定运转：ω(t)=ω(t+Tp) ③ 非周期变速稳定运转 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 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 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。 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： 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 亏功摚瓟 a-b ↑ ↑ MdMr 盈功摚珨 b-c ↓ ↓ MdMr 亏功摚瓟 c-d ↑ ↑ MdMr 盈功摚珨 d-e ↓ ↓ MdMr 亏功摚瓟 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 φ E ω φ △E=0 ωa ωa? 区 间 外力矩所作功 主轴的ω 动能E 三、速度波动调节的方法 1、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。 2、对非周期性速度波动，需采用专门的调速器才能调节。 一、机械运转的平均速度和不均匀系数 平均角速度： T 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 第二节 飞轮的近似设计方法 ωmax ωmin 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 ωmax＝ωm(1+δ/2) 可知，当ωm一定时，δ愈小，则差值ωmax－ωmin也愈 小，说明机器的运转愈平稳。 ωmin＝ωm(1-δ/2) ω2max－ω2min ＝ 2δω2m 由ωm＝(ωmax +ωmin)/2 以及上式可得： 机器运转速度不均匀系数 对于不同的机器，因工作性质不同而取不同的值[δ] 设计时要求：δ≤[δ] 二、飞轮设计的基本原理 飞轮设计的基本问题：已知作用在主轴上的驱动力矩和阻力矩的变化规律，在[δ]的范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量 JF 。 飞轮调速原理 在主轴上加装飞轮之后，总的转动惯量可近似认为： J≈JF 机器总的动能近似为： E=Jω2/2 φ Md Mr a b c d e a φ E ω φ 在位置b处，动能和角速度为： Emin 、ωmin Emax 、 ωmax 在b-c区间处盈亏功和动能增量达到最大值： Amax ＝△E ＝ Emax - Emin ＝J(ω2max - ω2min )/2 ＝Jω2mδ 得： J = Amax /ω2m δ 称Amax为最大盈亏功 ωmax Emax ωmin Emin 而在位置c处为 J = Amax /ω2mδ 1）当Amax与ω2m一定时 ，J棪氖?一条等边双曲线； δ J 当δ很小时， δ↓ ?J↑↑ ?δ ?J 2）当J与ωm一定时 ， Amax-δ成正比。即Ama