飛輪組轉(zhuǎn)動慣量和能量的計算

1、新江大學碩士學位論文卿四章 電禍流鍛連S性能測試系統(tǒng)14動煤量的設計#新江大學碩士學位論文卿四章 電禍流鍛連S性能測試系統(tǒng)14動煤量的設計4.3飛輪系統(tǒng)的設計計算習設汽車的質(zhì)量為M(焙)，汽車的速度為V(m/s)9車輪的半徑為R,在車速為” 下的車輪的角速度為(o(rad/s),轉(zhuǎn)速為n(r/min)；再假設通過傳動軸連接飛輪的 轉(zhuǎn)動慣嚴用表示，角速度為，轉(zhuǎn)速為。設汽車的主減速器比為/“ 則力0 叫；co mt/30;% no/3O又：汽車的平移動能用.1/2加=1/2 (耐=1/2M (血慮/30)2(4.1)飛輪的旋轉(zhuǎn)動能：WQ l/2J(oi Wl 癩(4.2)聯(lián)立(4.1)、(4.2)

2、式可解的：J Mlfi/lJ(4.3)由此可見：所模擬汽車相對應的轉(zhuǎn)動慣量/與汽車本身的質(zhì)量M、汽車車 輪的半徑/?、和汽車的主減速器比匚相關聯(lián).設飛輪系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣址的最大課差為/.,若飛輪的轉(zhuǎn)動慣疑按首項為2J, 公比為2的等比數(shù)列排列時，則最大誤差不大于丿所用的飛輪數(shù)最少。即：J4. - 2Jm2M(4.4)（4.5）茁上”1)又 人-兒-0*+2/（4.6）其中：J為第i個飛輪的轉(zhuǎn)動慣鼠聯(lián)立式（4.5）、（4.6）有：Z&jRs-Us+U（4.7）當確定所模擬車輛相對應的轉(zhuǎn)動慣量/“、/_的范圍Z后，即可解得所需的最 小飛輪數(shù)。對于實際設計的系統(tǒng)，是按照20320如加2即丿=320如臚

3、丿_-20幅加2）,取飛輪的轉(zhuǎn)動慣址的謀差幾=4&g”2）,則把數(shù)據(jù)代入公式（4.7）有：2x4x（2” -1）-320-（20 + 2x4）得：2=37.5近似取n=6,飛輪的轉(zhuǎn)動慣童為以下序列（單位fe m2）：J0 20 /j 8 J2 16 J- 32 /4 64 J5 80 J6 100 其中：人為六個相同規(guī)格的固定圓盤的轉(zhuǎn)動慣址總和。由式（4.3）：JM何/J 可見，假設有質(zhì)最相同的兩輛汽車，其輪胎半徑和傳動比的比值不相等， 即/?/厶的值不同則轉(zhuǎn)動慣量J的值也不相等，當用飛輪組合來模擬這兩輛車時， 所選用的飛輪組合也一定不相同.（由于飛輪的組合是按照轉(zhuǎn)動慣最以近似等比 數(shù)列來分布

4、的，且轉(zhuǎn)動慣址的誤差范圍為4（kg加2）,所以無法確定所模擬的汽 車質(zhì)量的范圍。）但是，從實際上講，當汽車的質(zhì)最超過101左右時輪胎的型號和主減速器 比值都會改變，即輪胎H徑D增大，厶也變大：假若當汽車在10t以上時汽車的 輪胎突變?yōu)镈=1025,傳動比厶=5幅加2則汽車在10i及以下時，飛輪所能模 擬的汽車質(zhì)雖嚴大值是lOOOOkgo37浙江大學玖士學位論文第四章電満漁緩連堆性能測試縈統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣的設計在2t-10t范圍內(nèi)（按D=800mmJ4（kg m2）模擬的汽車質(zhì)最誤差范圍為400kg,（例如.當汽車質(zhì)量為20002400kg時選用的固定圓盤， 24003200kg時選用丿=7兇尸28&g

5、2）的飛輪組合，汽車質(zhì)量為3200-4000kg 時，選用J=J0+J2=36（tg m2J的飛輪組合.依次類推。）假設在汽車質(zhì)量大于lot時，（上面己假設輪胎直徑和主減速器的比值已改 變）則：=108/（1.025/2/5）2=10280kg（其中：J=Jo+yi*J5=lO8（lg m2） Mz （/?$=320/（1.025/2/5）2=30458kg（其中：J = Jo+Ji+J2+/3+74+J5+/6=320fc m2）由以上分析可知：1）飛輪所能模擬汽車質(zhì)量的范圍受己經(jīng)設計好的飛輪的總的轉(zhuǎn)動慣量的制 約、受汽車輪胎直徑的制約、汽車主減速器比的制約（輪胎宜徑D越大， 模擬的質(zhì)量范圍

6、越廣，主減速器比Ig越大，模擬的質(zhì)量范圍越?。?）飛輪所能模擬的汽車質(zhì)量的誤差范圍受已經(jīng)設計好的飛輪的轉(zhuǎn)動慣承的 誤差（該設計中轉(zhuǎn)動慣量的誤差為4幅2的制約、輪胎直徑D的制 約，主減速器比人的制約（飛輪的轉(zhuǎn)動慣量的謀差越大，所模擬的汽車的 誤差越大，直徑D越大，誤差越大；主減速器越大誤差越?。?3）在實際操作中，當選用飛輪的組合來模擬車的運動時.必須要事先知道 輪胎的直徑D和該車的主減速器比把這兩個數(shù)據(jù)代入公式（4.7）八 M（RJ求得轉(zhuǎn)動慣屋/的值后，再從飛輪組：山、J2、J3丿4、斥、丿6中選擇飛 輪進行組合。4.4實例應用以陜汽斯太爾車為例，其規(guī)格如下:產(chǎn)品型號產(chǎn)品商 標額定質(zhì)量裝備質(zhì)

7、童(噸)總質(zhì) 量(熄)輪胎 型號輪胎 直徑 (mm)最高 車速 (m/s)后橋主減 速比ZZ1322BM434陜汽、 斯太爾21030109703200012.00-201125大于925.73設該載貨汽車的質(zhì)量為M15000焙。又知輪胎盤徑D=1125mm,主減速器比 7 =5.73,則該車對應的轉(zhuǎn)動慣量為：八叫j=150005.73 丿=144.5 kg -m2于是對應的飛輪組合為：Jo +Jl +J2 +J3 + JS=148kg m2.4.5不平衡的消除呵4.5.1不平衡的機理飛輪的不平衡消除是影響該系統(tǒng)能否設計成功的一個上述重要因索，下面 簡單介紹不平衡的產(chǎn)生機理。當旋轉(zhuǎn)體繞某-軸旋

8、轉(zhuǎn)時，軸線外的所有組成部分均受離心力。若離心力 對旋轉(zhuǎn)軸對稱分布，則相反方向上作用的離心力互相抵消，使旋轉(zhuǎn)軸不受任何力; 若離心力不對稱，則旋轉(zhuǎn)軸受相當于兩個離心力之差的作用力.若將軸承部分用 39浙江大學欣士栄位論文第四章電鋼流緩速1性施測試系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣的設計彈簧自由懸掛，則軸承因受不對稱離心力的作用而產(chǎn)生振動。當載個旋轉(zhuǎn)體不受 離心力作用而繞幾何中心線或結(jié)構(gòu)所決定的旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，可以說該旋轉(zhuǎn)體足處 于“平衡”狀態(tài)，此時軸承不發(fā)生振動。與此相反，所謂旋轉(zhuǎn)體的“平衡狀態(tài)不 佳”，指的是離心力作用于旋轉(zhuǎn)軸的狀態(tài)，我們把產(chǎn)生該離心力的原因一旋轉(zhuǎn) 體組成部分質(zhì)量的不均勻分布叫做“不平衡”。即可以認為，不平衡就是指處于 平衡狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)體上，存在著多余（或不足）的質(zhì)量。4.5.2產(chǎn)生不平衡的可能原因1）一切金屬組織不可能非常均勻，為了有盡可能的大的安全系數(shù)，飛輪采 用鍛造的方式，所以飛輪不可避免的會出現(xiàn)質(zhì)fit分布不均.2）由于制造上的限制，旋轉(zhuǎn)體的組成部分不對稱。3）由機械加工表面的容許誤差產(chǎn)生質(zhì)量分布的不均勻或裝配課差。4）在使用軸承時，因軸承內(nèi)樹的偏心使旋轉(zhuǎn)軸線偏離。5）安裝飛輪時，由于壓進軸或進行熱處理而產(chǎn)生內(nèi)應力。4.53飛輪的平衡方案在設計的電渦流緩速器性能測試系統(tǒng)中，由于在一根軸上有幾個飛輪，所 以由飛輪組引起的不平衡屬F動不平衡的范疇，需要對飛輪