第7章機械調速48學時

第7章機械運轉速度波動調節(jié)§7－1機械運轉速度波動調節(jié)的目的和方法§7－2飛輪的近似設計方法一、研究內容及目的1.研究在外力作用下機械的真實運動規(guī)律，目的是為運動分析作準備。前述運動分析曾假定是常數(shù)，但實際上是變化的設計新的機械，或者分析現(xiàn)有機械的工作性能時，往往想知道機械運轉的穩(wěn)定性、構件的慣性力以及在運動副中產(chǎn)生的反力的大小、Vmax

amax的大小，因此要對機械進行運動分析。而前面所介紹的運動分析時，都假定運動件作勻速運動(ω＝const)。但在大多數(shù)情況下，ω≠const，而是力、力矩、機構位置、構件質量、轉動慣量等參數(shù)的函數(shù)：ω＝F(P、M、φ、m、J)。只有確定了的原動件運動ω的變化規(guī)律之后，才能進行運動分析和力分析，從而為設計新機械提供依據(jù)。這就是研究機器運轉的目的。2.研究機械運轉速度的波動及其調節(jié)方法，目的是使機械的轉速在允許范圍內波動，而保證正常工作?！?－1機械運轉速度波動調節(jié)的目的和方法運動分析時，都假定原動件作勻速運動:ω＝const實際上是多個參數(shù)的函數(shù)：ω＝F(P、M、φ、m、J)力、力矩、機構位置、構件質量、轉動慣量速度波動產(chǎn)生的不良后果：①在運動副中引起附加動壓力，加劇磨損，使工作可靠性降低。②引起彈性振動，消耗能量，使機械效率降低。③影響機械的工藝過程，使產(chǎn)品質量下降。④載荷突然減小或增大時，發(fā)生飛車或停車事故。為了減小這些不良影響，就必須對速度波動范圍進行調節(jié)。機械的運轉過程穩(wěn)定運轉階段的狀況有：①勻速穩(wěn)定運轉：ω＝常數(shù)穩(wěn)定運轉②周期變速穩(wěn)定運轉：ω(t)=ω(t+Tp)啟動三個階段：啟動、穩(wěn)定運轉、停車。③非周期變速穩(wěn)定運轉

tω停止ωm

tω穩(wěn)定運轉啟動停止啟動ωm

tω

穩(wěn)定運轉

停止勻速穩(wěn)定運轉時，速度不需要調節(jié)。后兩種情況由于速度的波動，會產(chǎn)生以下不良后果：發(fā)動機用油油箱供油油箱供油發(fā)動機用油三、速度波動調節(jié)的方法1.對周期性速度波動，可在轉動軸上安裝一個質量較大的回轉體（俗稱飛輪）達到調速的目的。2.對非周期性速度波動，需采用專門的調速器才能調節(jié)。離心式調速器的工作原理油箱供油進油減少轉速降低開口增大回油增加一、機械運轉的平均速度和不均勻系數(shù)平均角速度：T已知主軸角速度：ω=ω(t)ω(t)不容易求得。因此，工程上常采用算術平均值：ωm＝(ωmax+ωmin)/2ωφ對于周期性速度波動的機械，加裝飛輪可以對速度波動的范圍進行調節(jié)。下面介紹有關原理?！?－2飛輪的近似設計方法ωmaxωmin定義：δ＝(ωmax－ωmin)/ωm為機器運轉速度不均勻系數(shù)，它表示了機器速度波動的程度。可知，當ωm一定時，δ愈小，則差值ωmax－ωmin也愈小，說明機器的運轉愈平穩(wěn)。對于不同的機器，因工作性質不同而取不同的值[δ]。設計時要求：δ≤[δ]造紙織布1/40～1/50紡紗機1/60`～1/100發(fā)電機1/100～1/300機械名稱[δ]機械名稱[δ]機械名稱[δ]碎石機1/5～1/20汽車拖拉機1/20～1/60沖床、剪床1/7～1/10切削機床1/30～1/40軋壓機1/10～1/20水泵、風機1/30～1/50表7-1機械運轉速度不均勻系數(shù)δ的取值范圍驅動發(fā)電機的活塞式內燃機，主軸速度波動范圍太大，勢必影響輸出電壓的穩(wěn)定性，故這類機械的δ應取小些；反之，如沖床、破碎機等機械，速度波動大也不影響其工作性能，故可取大些二、飛輪設計的基本原理飛輪設計的基本問題：已知作用在主軸上的驅動力矩和阻力矩的變化規(guī)律，在[δ]的范圍內，確定安裝在主軸上的飛輪的轉動慣量

JF。φMdMrabcdea'φEωφ飛輪調速原理J≈JF在位置b處，動能和角速度為：

Emin、ωmin在主軸上加裝飛輪之后，總的轉動慣量可近似認為：加裝飛輪的目的就是為了增加機器的轉動慣量進而起到調節(jié)速度波動的目的。為什么加裝飛輪之后就能減小速度的波動呢？機器總的動能近似為：E=Jω2/2而在位置c處為：Emax、ωmax在b-c區(qū)間處盈虧功和動能增量達到最大值：Amax＝△E＝Emax-Emin＝J(ω2max-ω2min)/2＝Jω2mδ得：J=Amax/ω2mδ稱Amax為最大盈虧功

ωmax

Emaxωmin

EminJ=Amax/ω2mδ分析：1）當Amax與ω2m一定時，J-δ是一條等邊雙曲線。

δJ當δ很小時，δ↓→J↑↑

?δ?J2）當J與ωm一定時，Amax-δ成正比。即Amax越大，機械運轉速度越不均勻。4）J與ωm的平方成反比，即平均轉速越高，所需飛輪的轉動慣量越小。過分追求機械運轉速度的平穩(wěn)性，將使飛輪過于笨重。3)由于J≠∞，而Amax和ωm又為有限值，故δ不可能為“0”，即使安裝飛輪，機械總是有波動。φMdMrφEabcdea'三、Amax的確定方法在交點位置的動能增量△E正好是從起始點a到該交點區(qū)間內各代表盈虧功的陰影面積代數(shù)和。Amax＝Emax－Emin＝

△EmaxEmax、Emin出現(xiàn)的位置：在曲線Md與Mr的交點處。E(φ)曲線上從一個極值點躍變到另一個極值點的高度，正好等于兩點之間的陰影面積(盈虧功)。作圖法求Amax：任意繪制一水平線，并分割成對應的區(qū)間，從左至右依次向下畫箭頭表示虧功