机械速度的调节和回转件平衡汇总.ppt

机械速度调节和回转件平衡 机械运转速度波动调节的目的和方法 机械是在外力作用下运转的。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。输入功和输出功之差形成机械的功能的增减。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。但是许多机械在某段工作时间内，输入功不等于输出功。当输入功大于输出功时，出现盈功。盈功转化为动能，促进机械动能的增加。当输入功小于输出功时，出现亏功。 机械运转速度波动调节的目的和方法 亏功需要动能补偿，导致机械动能减小。机械动能的增加形成机械运转的速度的波动。这种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，影响零件的使用寿命；还会降低机械的精度和工艺性能，使产品质量下降。因此，对机械运转速度的波动必须进行调节，使上述不良影响限制在容许范围之内。 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，如图所示。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。由图可见，主轴的角速度ω在经过了一个运动周期T之后又变回初始状态，其动能没有增减。也就是说，在一个周期中，驱动力所作的输入功和阻力所作的输出功是相等的，这是周期性速度波动的重要特征。 周期性速度波动 但是在周期中的某段时间内，输入功和输出功不相等，因而出现了速度波动。 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。盈功使飞轮的动能增加，亏功使飞轮的动能减小。飞轮的动能变化为 周期性速度波动 显然，动能变化数值相同时，飞轮的转动惯量J越大，减速度ω的波动越小。例如图中虚线所示为没有安装飞轮时主轴的速度波动，实线表示为安装飞轮后的速度波动。此外，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。 周期性速度波动 总结： 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。 非周期性速度波动 如果输入功在很长的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，如果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。这种速度波动是随机的，不规则的，没有一定的周期，因此称为非周期性速度波动。这种速度波动不能依靠飞轮来调节，只能采用特殊的装置使输入功与输出功趋于平衡，以达到新的稳定运转。这种特殊装置称为调速器。 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 若巳知?m和δ，则由式(7-2)和(7-3)可得 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7-1列出了一些常用机械运转不均匀系数的许用值 。 二、飞轮设计的基本原理 飞轮设计的基本问题是：已知作用在主轴上的驱动力矩和阻力矩的变化规律，要求在机械运转速度不均匀系数δ的容许范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量。 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 由此得到安装在主轴上的飞轮转动惯量 当Amax与ωm一定时，J与?成反比。如图7-3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。 当J与ωm一定时， Amax与?成正比，表明机械只要有盈亏功，不论飞轮有多大，?都不等于零；最大盈亏功愈大，机械运转愈不均匀。 J与ωm的平方成反比，即主轴的平均转速越高，所需安装在主轴上的飞轮转动惯量越小。 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Amax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7-4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