07机械设计基础第七章机械运转速度波动的调节资料.ppt

第七章 机械运转速度波动的调节 本章主要内容 飞轮主要尺寸的确定 机械运转速度波动调节的目的和方法 飞轮设计的近似方法 1、掌握机械运转速度波动的分类及相应的调节方法； 2、熟悉平均速度、不均匀系数、最大盈亏功的含义； 3、掌握飞轮设计的基本原理。 本章学习要求及重点 学习要求 重点内容 飞轮设计原理 一、速度波动产生的原因 驱动力所做的功是输入功 ，阻力所做的功是机械的输出功 ，机械主轴的动能增量为 1、在一段时间内，如果动能增量恒等于零，则主轴速度无波动； 2、在一段时间内，如果动能增量不恒等于零，则主轴速度产生波动； 当 ——盈功， 当 ——亏功。 3、速度波动分周期性波动和非周期性波动。 第一节 速度波动调节的目的和方法 二、周期性速度波动 当外力作周期性变化时，机械主轴的角速度也作周期性变化，机械的这种有规律的、周期性的速度变化称为周期性速度波动 周期性速度波动的重要特征是：在一个整周期内，输入功与输出功相等，但在周期内的某段时间内，输入功不一定等于输出功，因而会出现波动。 第一节 速度波动调节的目的和方法 周期性速度波动的调节方法 飞轮的动能变化 显然动能变化相同时，飞轮的转动惯量越大，速度波动越小。 第一节 速度波动调节的目的和方法 在机械中加上一个转动惯量很大的回转件——飞轮 三、非周期性速度波动 机械的运转速度变化是非周期性的，完全随机的，不能依靠飞轮对其进行速度波动的调节。 图中所示为机械式离心调速器的工作原理图。 第一节 速度波动调节的目的和方法 一、机械运转的平均速度和不均匀系数 平均角速度： T 称为额定转速 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 ωmax、 ωmin分别为最大角速度和最小角速度 ω φ ωmax ωmin 第二节 飞轮设计的近似方法 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) 由ωm＝(ωmax +ωmin)/2 以及上式可得： 第二节 飞轮设计的近似方法 定义： 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。 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] 造纸织布 1/40-1/50 纺纱机 1/60-1/100 发电机 1/100-1/300 机械名称 [δ] 机械名称 [δ] 机械名称 [δ] 碎石机 1/5-1/20 汽车拖拉机 1/20-1/60 冲床、剪床 1/7-1/10 切削机床 1/30-1/40 轧压机 1/10-1/20 水泵、风机 1/30-1/50 机械运转速度不均匀系数δ的取值范围 驱动发电机的活塞式内燃机，主轴速度波动范围太大，势必影响输出电压的稳定性，故这类机械的δ应取小些；反之，如冲床、破碎机等机械，速度波动大也不影响其工作性能，故可取大些。 第二节 飞轮设计的近似方法 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，近似设计中可以认为飞轮的动能就是整个机械的动能，当主轴处于最大角速度ωmax时，飞轮具有最大动能Emax，反之，当主轴处于最小角速度ωmin时，飞轮具有最小动能Emin， Emax与Emin之差即为一个周期内动能的最大变化量，它是由最大盈亏功Amax转化来的。 飞轮转动惯量 Amax用绝对值表示 第二节 飞轮设计的近似方法 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 。 1）当Amax与ω2m一定时 ，J-δ是 一条等边双曲线。 δ J 当δ很小时， δ↓→ J↑↑ ?δ 2）当J与ωm一定时 ， Amax-δ成正比。即Amax越大， 机械运转速度越不均匀。 4）J与ωm的平方成反比，即平均转速越高，所需飞轮 的转动惯量越小。一般应将飞轮安装在高速轴上。 过分追求机械运转速度的平稳性，将使飞轮过于笨重。 3) 由于J≠∞，而Amax和ωm又为有限值，故δ不可能 为“0”，即使安装飞轮，机械总是有波动。 由上式可知： ?J 第二节 飞轮设计的近似方法 若飞轮安装在其它轴上，则必须保证与装在主轴上的飞轮所具有的动能相等，即： 得： J’ = Jω2m /ω’2m 若ω’m ωm 则： J’ J E = J’