第15章机械的调速与平衡综述.pptVIP

;15.1 机械运转过程及速度波动的调节;机械运转速度波动的原因 机械是在外力(驱动力和阻力)作用下运转的，驱动力所作的功是机械的输入功，阻力所作的功是机械的输出功。输入功与输出功之差形成机械动能的增减。 如果输入功在每段时间都等于输出功，则机械的主轴保持匀速转动。 当输入功大于输出功时，出现盈功。当输入功小于输出功时，出现亏功。;盈功转化为动能，促使机械动能增加。亏功需动能补偿，导致机械动能减小。 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。 机械运转速度波动的后果 机械速度波动会使运动副中产生附加的作用力，降低机械效率和工作可靠性；会引起机械振动，影响零件的强度和寿命；还会降低机械的精度和工艺性能，使产品质量下降。 采取措施把机械运转速度波动控制在容许范围之内，以减小其产生的不良影响，称为机械速度波动的调节。;机械速度波动调节的目的 使上述不良影响限制在容许范围之内。 一、周期性速度波动; 周期性速度波动的重要特征是：在一个整周期中，驱动力所作的输入功与阻力所作的输出功是相等的。但是在周期中的某段时间内，输人功与输出功却是不相等的，因而出现速度的波动。 调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上一个转动惯量很大的回转件——飞轮。 盈功时飞轮转速略增并将多余的功以动能的形式储存起来，使机械的速度上升较慢；亏功时飞轮转速略减并将储存的能量释放出来以补充驱动力功的不足，使机械的速度下降较慢；从而把速度波动控制在允许的范围内。图15-1中实线为安装飞轮调节后的速度曲线。;图15-1 周期性速度波动; 动能变化数值相同时，飞轮的转动惯量J越大，角速度ω的波动越小。 由于飞轮能利用储蓄的动能克服短时过载，故在确定原动机额定功率时只需考虑它的平均功率，而不必考虑高峰负荷所需的瞬时最大功率。 因此，安装飞轮不仅可避免机械运转速度发生过大的波动，而且可以选择功率较小的原功机。 ; 二、非周期性速度波动 在机械运转过程中，由于机械驱动力或阻力的不???则变化等原因使机械动能的平衡关系遭到破坏，因而使机械的运转速度发生不规则的随机变化，称为非周期性速度波动。 如果输入功在很长一段时间内总是大于输出功，则机械运转速度将不断升高，直至超越机械强度所容许的极限转速而导致机械损坏；反之，如输入功总是小于输出功，则机械运转速度将不断下降，直至停车。;非周期性速度波动不能依靠飞轮来迸行调节。只能采用特殊的装置——调速器，使驱动力作的功和阻力作的功趋于平衡，以使机械重新恢复稳定运转。 ;§15-2 飞轮设计的近似方法 ;机械运转速度波动的程度用机械运转速度不均匀系数δ来表示，其定义为角速度波动的幅值(ωmax－ωmin)与平均角速度?m 之比，即;各种不同机械许用的机械运转速度不均匀系数δ，是根据它们的工作要求确定的。表15-1列出了一些常用机械运转不均匀系数的许用值 。; 在一般机械中，其他构件所具有的动能与飞轮相比，其值甚小，因此在近似设计中，可以用飞轮的动能代替整个机械的动能。与飞轮的最大角速度ωmax、最小角速度ωmin对应的机械的动能分别为最大动能Emax、最小动能Emin 。 Emax与Emin之差表示一个周期内动能的最大变化量。它是由最大盈功或最大亏功转化而来的。 机械在一个周期内动能的最大变化量称为最大盈亏功Amax ，即;当Wmax与ωm一定时，J与?成反比。如图15-3所示，当?取得很小时，飞轮的转动惯量就会很大。所以，过分追求机械运转的速度均匀性，将使飞轮过于笨重，增加成本。;所以为减小飞轮转动惯量，最好将飞轮安装在机械的高速轴上。 飞轮也可以安装在与主轴保持固定速比的其他轴上，但必须保证该轴上安装的飞轮与主轴上安装的飞轮具有相等的动能，即; 三、最大盈亏功Wmax的确定 确定飞轮转动惯量的关键是求最大盈亏功。为了确定最大盈亏功，需先确定机械最大动能和最小动能出现的位置，即ωmax 和ωmin的位置。常利用能量指示图来解决。 图15-4所示为一个周期循环中驱动力矩曲线M′—φ和阻力矩曲线M″—φ 。各自与横坐标轴所包围的面积分别表示一个周期循环中驱动力矩和阻力矩所作的功，显然二者是相等的。 两曲线交点a，b，c，d应是速度增加或减少的转折点，两曲线所包围的面积S1、S2、S3、S4、S5代表两点之间的盈功或亏功Woa、 Wab、 Wbc、 Wcd和Wdo 。;; Woa为oa区间的盈亏功，以绝对值表示。由图15-4可见， oa区间阻力矩大于驱动力矩，出现亏功，机器动能减小，故标注负号；而ab区间驱动力矩大于阻力矩，出现盈功，机器动能增加，故标注正号