機(jī)械原理機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速波動的調(diào)節(jié)PPT教案

1、會計學(xué)1機(jī)械原理機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速波動的調(diào)節(jié)機(jī)械原理機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速波動的調(diào)節(jié)7-1 概述概述一研究目的和內(nèi)容一研究目的和內(nèi)容 1、由于機(jī)械的運(yùn)動規(guī)律是由各構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量和作用力等因素決定的，隨、由于機(jī)械的運(yùn)動規(guī)律是由各構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量和作用力等因素決定的，隨時間變化而變化，要對機(jī)械進(jìn)行精確的運(yùn)動分析和力分析，就要時間變化而變化，要對機(jī)械進(jìn)行精確的運(yùn)動分析和力分析，就要研究在外力作用下研究在外力作用下，機(jī)械的真實運(yùn)動規(guī)律。，機(jī)械的真實運(yùn)動規(guī)律。2、由于機(jī)械在運(yùn)動過程中會出現(xiàn)速度波動，導(dǎo)致運(yùn)動副產(chǎn)生附加動壓力，并引起、由于機(jī)械在運(yùn)動過程中會出現(xiàn)速度波動，導(dǎo)致運(yùn)動副產(chǎn)生附加動壓力，并引起振

2、動，從而降低機(jī)械使用壽命、效率和工作質(zhì)量，因此需振動，從而降低機(jī)械使用壽命、效率和工作質(zhì)量，因此需研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，速研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，速度的波動及其調(diào)節(jié)方法。度的波動及其調(diào)節(jié)方法。運(yùn)動分析時，都假定原動件作勻速運(yùn)動，實際上是多個參運(yùn)動分析時，都假定原動件作勻速運(yùn)動，實際上是多個參數(shù)的函數(shù)。數(shù)的函數(shù)。第1頁/共45頁二機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個階段二機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個階段1. 起動階段起動階段原動件的速度由零逐漸上升到開始穩(wěn)定的過程。原動件的速度由零逐漸上升到開始穩(wěn)定的過程。起動穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)停車圖11-1根據(jù)動能定理根據(jù)動能定理WdWc=E驅(qū)動功驅(qū)動功阻抗功阻抗功輸出功輸出功Wr和損和損失功失功Wf之和之和動

3、能動能v功功(率率)特征：特征：外力對系統(tǒng)做正功外力對系統(tǒng)做正功 Wd-Wc0v動能特征：動能特征：系統(tǒng)的動能增加系統(tǒng)的動能增加 E=Wd-Wc0v速度特征：速度特征：系統(tǒng)的速度增加系統(tǒng)的速度增加 =0 m功能關(guān)系：功能關(guān)系： Wd=Wc+E第2頁/共45頁起動穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)停車圖11-12. 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段 原動件速度保持常數(shù)或在正常工作速度的平均值原動件速度保持常數(shù)或在正常工作速度的平均值上下作周期性的速度波動。上下作周期性的速度波動。此階段分三種情況：此階段分三種情況： =常數(shù)常數(shù)等速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)等速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn) 常數(shù)，但在正常工作速度的平均值常數(shù)，但在正常工作速度的平均值 m上下作周期性速

4、度上下作周期性速度波動波動周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)m m t 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動啟動停止停止第3頁/共45頁v功功(率率)特征：特征：Wd-Wc T=0v動能特征：動能特征：E= Wd-Wc T=0v速度特征：速度特征： t= T+t功能關(guān)系：功能關(guān)系： Wd=Wc非非周期周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn) m m t 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟啟動 停止停止勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時，速度勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時，速度不需要調(diào)節(jié)。不需要調(diào)節(jié)。后兩種情況由于速度的波動，會產(chǎn)生以下不良后果：后兩種情況由于速度的波動，會產(chǎn)生以下不良后果：在運(yùn)動副中引起附加動壓力，加劇磨損，使工作可靠性降低。在運(yùn)動副中引起附加動壓力，加劇磨

5、損，使工作可靠性降低。引起彈性振動，消耗能量，使機(jī)械效率降低。引起彈性振動，消耗能量，使機(jī)械效率降低。影響機(jī)械的工藝過程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。影響機(jī)械的工藝過程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。載荷突然減小或增大時，發(fā)生飛車或停車事故載荷突然減小或增大時，發(fā)生飛車或停車事故第4頁/共45頁起動穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)停車圖11-13. 停車階段停車階段驅(qū)驅(qū)動力為零，機(jī)械系統(tǒng)由正動力為零，機(jī)械系統(tǒng)由正常工作速度逐漸減速，直常工作速度逐漸減速，直到停止。到停止。v功功(率率)特征：特征：Wd-Wc= -Wcv動能特征：動能特征：E= Wd-Wc= -Wc0v速度特征：速度特征： i+10 ，用，用“+”號表示。號表示。v虧功：虧功：

6、 E 0 ，用，用“-”號表示。號表示。v在盈功區(qū)在盈功區(qū)，等效構(gòu)件的，等效構(gòu)件的 v在虧功區(qū)在虧功區(qū)，等效構(gòu)件的，等效構(gòu)件的 在一個公共周期內(nèi)：在一個公共周期內(nèi)： Wd = Wr02/2/)(22 aeaaeaaaeredJJdMME Me和和Je的公共周期的公共周期TM TJ；在其始末；在其始末Me和和Je分別相同分別相同說明經(jīng)過一個運(yùn)動循環(huán)之后，機(jī)械又回復(fù)到初始狀態(tài)說明經(jīng)過一個運(yùn)動循環(huán)之后，機(jī)械又回復(fù)到初始狀態(tài),其運(yùn)轉(zhuǎn)速度呈現(xiàn)周期性波動其運(yùn)轉(zhuǎn)速度呈現(xiàn)周期性波動。 E 第28頁/共45頁二二. 周期性速度波動的調(diào)節(jié)周期性速度波動的調(diào)節(jié) 1. 速度波動程度的衡量指標(biāo)速度波動程度的衡量指標(biāo)OO

7、TTminminmaxmax(1). 平均角速度平均角速度 m(2). 角速度的變化量角速度的變化量 max- min可反映可反映機(jī)械速度波動的絕對量，但不能反映機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻程度。機(jī)械速度波動的絕對量，但不能反映機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻程度。2)(minmax m例如：當(dāng)例如：當(dāng) max- min=5rad/s時，對于時，對于 m =10 rad/s 和和 m =100rad/s的的機(jī)械，低速機(jī)械的速度波動要明顯一些。機(jī)械，低速機(jī)械的速度波動要明顯一些。(3). 速度不均勻系數(shù)速度不均勻系數(shù) ：角速度變化量和其平均角速度的比值。角速度變化量和其平均角速度的比值。工程上用來表示機(jī)工程上用來表示機(jī)械運(yùn)

8、轉(zhuǎn)的速度波動程度。械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度波動程度。m minmax 第29頁/共45頁對于不同的機(jī)器，因工作性質(zhì)不同，對于不同的機(jī)器，因工作性質(zhì)不同， 的要求也不同，故規(guī)定有許用值的要求也不同，故規(guī)定有許用值 。常用機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)的許用值常用機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)的許用值 22min2maxminmax2)21()21(mmm 2)(minmax mm /)(minmax 上述各速度量間的關(guān)系：上述各速度量間的關(guān)系： 可知，當(dāng)可知，當(dāng)m一定時，一定時，愈小，則差值愈小，則差值maxmin也愈小，說明機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)愈平也愈小，說明機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)愈平穩(wěn)。穩(wěn)。第30頁/共45頁2. 周期性速度波動的調(diào)節(jié)周期性速度波動

9、的調(diào)節(jié)一一定定eMeJ機(jī)機(jī)械械運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)平平穩(wěn)穩(wěn)eeMJv 為了減少機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周期性速度波動，常用的為了減少機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周期性速度波動，常用的方法是在機(jī)械中方法是在機(jī)械中安裝具有較大轉(zhuǎn)動慣量安裝具有較大轉(zhuǎn)動慣量JF 的飛輪的飛輪來進(jìn)來進(jìn)行調(diào)節(jié)。行調(diào)節(jié)。第31頁/共45頁v飛輪相當(dāng)于一個儲能器。飛輪相當(dāng)于一個儲能器。當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)盈功時，它以動能的形式將多余的能量儲存當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)盈功時，它以動能的形式將多余的能量儲存起來，使主軸角速度上升幅度減??；起來，使主軸角速度上升幅度減?。划?dāng)出現(xiàn)虧功時，它釋放其儲存的能量，以彌補(bǔ)能量的不當(dāng)出現(xiàn)虧功時，它釋放其儲存的能量，以彌補(bǔ)能量的不足，使主軸角速度下降

10、的幅度減小。足，使主軸角速度下降的幅度減小。第32頁/共45頁3. 飛輪設(shè)計的基本原理飛輪設(shè)計的基本原理MedMerabcdea E maxmin)()(max dMMWered2min2max2121 eeJJ v最大盈虧功最大盈虧功 Wmax Emax和和Emin的的位置之間所有外力作的功的代數(shù)和。位置之間所有外力作的功的代數(shù)和。)(21minmaxminmax eJ 2meJ 2maxmeJW v在在Emax處：處： max 對應(yīng)的對應(yīng)的 角記作角記作 max max v在在Emin處：處： min 對應(yīng)的對應(yīng)的 角記作角記作 minmin maxminEE第33頁/共45頁v Wmax

11、的求法的求法能量指示圖法能量指示圖法能量指示圖：能量指示圖：以以a點(diǎn)為起點(diǎn)，按一定比例用向量點(diǎn)為起點(diǎn)，按一定比例用向量線段依次表示相應(yīng)位置線段依次表示相應(yīng)位置Med和和Mer之間所包圍的之間所包圍的面積面積Aab、Abc、Acd、Ade和和Aea 的大小和正負(fù)的的大小和正負(fù)的圖形。圖形。MedMerabcdea E 00ababAcbcAdcdAedeAa aeA maxAAmax 代表最大盈虧功代表最大盈虧功 Wmax的大小的大小第34頁/共45頁飛輪轉(zhuǎn)動慣量飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF的計算的計算 ：max2 FemWJJ FeJJ2max mFWJ max2()meFWJJmrn 代代替替用用min

12、)/(90022max nWJF 結(jié)論：結(jié)論：1) 當(dāng)當(dāng) Wmax與與 m一定時，如一定時，如 取值很小，則飛輪的轉(zhuǎn)動慣量就取值很小，則飛輪的轉(zhuǎn)動慣量就需很大。需很大。所以，過分追求機(jī)械運(yùn)動速度所以，過分追求機(jī)械運(yùn)動速度 均勻性，將會使飛輪均勻性，將會使飛輪過于笨重。過于笨重。2) JF 不可能為無窮大，不可能為無窮大，所以所以 不可能為零。不可能為零。即即周期性速度只能周期性速度只能減小，不可能消除。減小，不可能消除。3) 當(dāng)當(dāng) Wmax 與與 一定時，一定時，JF與與 m 的平方成反比。所以，最好的平方成反比。所以，最好將將飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。 第35頁/共

13、45頁4. 飛輪尺寸的確定飛輪尺寸的確定a)a)輪形飛輪輪形飛輪這種飛輪一般較大，由這種飛輪一般較大，由輪轂輪轂、輪輻輪輻和和輪緣輪緣三部分組成。其輪轂和輪輻的轉(zhuǎn)動慣量三部分組成。其輪轂和輪輻的轉(zhuǎn)動慣量較小，可忽略不計。其轉(zhuǎn)動慣量為：較小，可忽略不計。其轉(zhuǎn)動慣量為： 輪轂輪轂輪幅輪幅輪緣輪緣JA2gQJJAAF22(/2)4AQDHg)4(212221DDgQA)2/()2/(822HDHDgQAD1D2DHbAgDQJAF42因為因為HD，故忽略故忽略H2FAgJDQ422Nm第36頁/共45頁式中式中QAD2稱為飛輪矩，當(dāng)選定飛輪的平均直徑稱為飛輪矩，當(dāng)選定飛輪的平均直徑D D之后，就可求

14、得飛輪的重量之后，就可求得飛輪的重量QA。 D60 v /n其中其中 v 按下表中的安全值選取，以免輪緣因離心力過大而破裂：按下表中的安全值選取，以免輪緣因離心力過大而破裂：鑄鐵制飛輪鑄鐵制飛輪鋼制飛輪鋼制飛輪輪緣輪輻整鑄輪緣輪輻整鑄輪緣輪輻分鑄輪緣輪輻分鑄30305050 m/s m/s145455555 m/s m/s輪緣輪輻整鑄輪緣輪輻整鑄整鑄盤形飛輪整鑄盤形飛輪140406060 m/s m/s軋鋼制盤形飛輪軋鋼制盤形飛輪170709090 m/s m/s100100120120 m/s m/s設(shè)輪緣的寬度為設(shè)輪緣的寬度為b b，比重為，比重為(N/m(N/m3 3), ), 則：則：

15、 QAV=DHb于是于是 HbQA/D對較大的飛輪，取對較大的飛輪，取H1.5bH1.5b；對較小的飛輪，取；對較小的飛輪，取H2bH2b。 當(dāng)選定當(dāng)選定H H或或b b之后，另一參數(shù)即可求得。之后，另一參數(shù)即可求得。D D由圓周速度：由圓周速度：v=Dn/60 確定確定,QAD24gJFv第37頁/共45頁b)b)盤形飛輪盤形飛輪 當(dāng)選定飛輪材料和直徑當(dāng)選定飛輪材料和直徑D D之后，可確定飛輪寬度之后，可確定飛輪寬度B B。2)2(21DgQJAFFAgJDQ82gDQA82VQA式中：24DQBA或BD42BD第38頁/共45頁 400M（Nm） 02 Mr例：例：等效阻力矩等效阻力矩Mr

16、變化曲線如圖示，變化曲線如圖示， 等效驅(qū)動力矩等效驅(qū)動力矩Md為常數(shù)，為常數(shù)， m=100 rad/s ， =0.05 ， 不計機(jī)器的等效轉(zhuǎn)動慣量不計機(jī)器的等效轉(zhuǎn)動慣量J 。求：求：1）Md=?； 2） Wmax= ?； 3）在圖上標(biāo)出）在圖上標(biāo)出 max和和 min的位置；的位置； 4）JF = ? 。解：解：1） Md 2 =（2 400）/2Md = 200 NmMd200abca /23 /2ab（50 ）c（-50 ）a 2）畫能量指示圖）畫能量指示圖3） max和和 min的位置如圖示的位置如圖示222/628. 005. 0100100smKg )42max mFWJ Wmax=

17、 -100 Nm第39頁/共45頁一、非周期性速度波動一、非周期性速度波動7 - 5 非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)非周期性速度波動及其調(diào)節(jié) 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中，Med- Mer 呈無規(guī)律的變化，若呈無規(guī)律的變化，若長時間長時間處于處于盈功盈功或或虧功虧功狀態(tài)狀態(tài)或某瞬間突然或某瞬間突然遭遇遭遇很大載荷很大載荷變化，使機(jī)械主軸的角速度不斷增大或不斷減變化，使機(jī)械主軸的角速度不斷增大或不斷減小，最終導(dǎo)致速度過高小，最終導(dǎo)致速度過高（飛車飛車）而損壞或被迫而損壞或被迫停車停車。二、非周期性速度波動的調(diào)節(jié)二、非周期性速度波動的調(diào)節(jié)使驅(qū)動力與生產(chǎn)阻力建立使驅(qū)動力與生產(chǎn)阻力建立新的平衡關(guān)系新的平衡關(guān)系，從

18、而獲得從而獲得新的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)新的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。各行業(yè)有自己專門的各行業(yè)有自己專門的調(diào)速器調(diào)速器。渦輪發(fā)電機(jī)采用的離心式調(diào)速器離心式調(diào)速器第40頁/共45頁發(fā)動機(jī)用油發(fā)動機(jī)用油離心式調(diào)速器的工作原理：離心式調(diào)速器的工作原理：油箱供油油箱供油油箱供油油箱供油發(fā)動機(jī)用油發(fā)動機(jī)用油油箱供油油箱供油油箱供油油箱供油進(jìn)油減少進(jìn)油減少速度降低速度降低開口增大回開口增大回油增加油增加第41頁/共45頁本本 章章 總總 結(jié)結(jié)一、重點(diǎn)一、重點(diǎn)1機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)等效動力學(xué)模型的概念等效動力學(xué)模型的概念；2等效轉(zhuǎn)動慣量、等效質(zhì)量、等效力矩、等效力的概念及等效轉(zhuǎn)動慣量、等效質(zhì)量、等效力矩、等效力的概念及計算方法；計算方法；3機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動及其調(diào)節(jié)方法，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動及其調(diào)節(jié)方法，飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算。二、難點(diǎn)二、難點(diǎn)1等效轉(zhuǎn)動慣量（等效質(zhì)量）、等效力矩（等效力）的計算等效轉(zhuǎn)動慣量（等效質(zhì)量）、等效力矩（等效力）的計算為了計算等效轉(zhuǎn)動慣量（等效質(zhì)量）、等效力矩（等效力），可以從等效構(gòu)為了計算等效轉(zhuǎn)動慣量（等效質(zhì)量）、等效力矩（等效力），可以從等效構(gòu)件的動能與原機(jī)械系統(tǒng)的動能相等，以及等效力矩（等效力）的瞬時功率與件的動能與原機(jī)械系統(tǒng)的動能相等，以及等效力矩（等效力）的瞬時功率與原機(jī)械系統(tǒng)的所有外力的瞬時功率之和相等入手求解。原機(jī)械系統(tǒng)的所有外力的瞬時功率之和相等入手求解。