機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速波動(dòng)調(diào)節(jié)PPT課件

1、一、研究?jī)?nèi)容及目的1. 研究在外力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，目的是為運(yùn)動(dòng)分析作準(zhǔn)備。 前述運(yùn)動(dòng)分析曾假定是常數(shù)，但實(shí)際上是變化的 設(shè)計(jì)新的機(jī)械，或者分析現(xiàn)有機(jī)械的工作性能時(shí)，往往想知道機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、構(gòu)件的慣性力以及在運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生的反力的大小、Vmax amax的大小，因此要對(duì)機(jī)械進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。而前面所介紹的運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，都假定運(yùn)動(dòng)件作勻速運(yùn)動(dòng)(const)。但在大多數(shù)情況下，const，而是力、力矩、機(jī)構(gòu)位置、構(gòu)件質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等參數(shù)的函數(shù)：F(P、M、m、J)。只有確定了的原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的變化規(guī)律之后，才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和力分析，從而為設(shè)計(jì)新機(jī)械提供依據(jù)。這就是研究機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。2. 研究機(jī)械

2、運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法，目的是使機(jī)械的轉(zhuǎn)速在允許范圍內(nèi)波動(dòng)，而保證正常工作。71 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)調(diào)節(jié)的目的和方法運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，都假定原動(dòng)件作勻速運(yùn)動(dòng):constconst實(shí)際上是多個(gè)參數(shù)的函數(shù)：f(Ff(F、M M、m m、J)J)力、力矩、機(jī)構(gòu)位置、構(gòu)件質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量第1頁/共25頁機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過程三個(gè)階段：?jiǎn)?dòng)、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)、停車。穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段的狀況有： 勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：常數(shù)周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：(t)=(t+Tp)非周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn) 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)t停止m m t穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)停止啟動(dòng)m m t 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn) 停止勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度不需要調(diào)節(jié)。后兩種情況由于速度的波動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生以下不良后果：71 機(jī)械運(yùn)

3、轉(zhuǎn)速度波動(dòng)調(diào)節(jié)的目的和方法第2頁/共25頁速度波動(dòng)產(chǎn)生的不良后果：在運(yùn)動(dòng)副中引起附加動(dòng)壓力，加劇磨損，使工作可靠性降低。引起彈性振動(dòng)，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。 載荷突然減小或增大時(shí)，發(fā)生飛車或停車事故。為了減小這些不良影響，就必須對(duì)速度波動(dòng)范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。71 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)調(diào)節(jié)的目的和方法第3頁/共25頁二、產(chǎn)生周期性波動(dòng)的原因作用在機(jī)械上的驅(qū)動(dòng)力矩M,()和阻力矩M()往往是原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角的周期性函數(shù)。分別繪出在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)的變化曲線。dMWa)()(dMWa )()()()(WWE 動(dòng)能增量：MMabcdea adMM)()(在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，驅(qū)動(dòng)力矩

4、和阻力矩所作的功分別為：分析以上積分所代表的的物理含義2221)()(21aaJJ根據(jù)能量守恒，外力所作功等于動(dòng)能增量。MaMa71 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)調(diào)節(jié)的目的和方法第4頁/共25頁MdMrabcdea力矩所作功及動(dòng)能變化: :MM 盈功“”b-cb-cMM 盈功“”d-ed-eM 則： J J飛輪調(diào)速的實(shí)質(zhì)： 起能量?jī)?chǔ)存器的作用。轉(zhuǎn)速增高時(shí)，將多于能量轉(zhuǎn)化為飛輪的動(dòng)能儲(chǔ)存起來，限制增速的幅度；轉(zhuǎn)速降低時(shí)，將能量釋放出來，阻止速度降低。應(yīng)用： 玩具慣性小車；幫助機(jī)械越過死點(diǎn)，如縫紉機(jī)；鍛壓機(jī)械在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)，工作時(shí)間短，但載荷峰值大，利用飛輪在非工作時(shí)間內(nèi)儲(chǔ)存的能量來克服尖峰載荷，選用小功率

5、原動(dòng)機(jī)以降低成本。72 飛輪的近似設(shè)計(jì)方法第12頁/共25頁第13頁/共25頁第14頁/共25頁第15頁/共25頁第16頁/共25頁MMEabcdea三、A Amax的確定方法在交點(diǎn)位置的動(dòng)能增量E E正好是從起始點(diǎn)a到該交點(diǎn)區(qū)間內(nèi)各代表盈虧功的陰影面積代數(shù)和。A AmaxE EmaxE Emin E EmaxE Emaxmax、E Eminmin出現(xiàn)的位置：在曲線M M與 MM的交點(diǎn)處。E(E() )曲線上從一個(gè)極值點(diǎn)躍變到另一個(gè)極值點(diǎn)的高度，正好等于兩點(diǎn)之間的陰影面積(盈虧功)。作圖法求A Amax：任意繪制一水平線，并分割成對(duì)應(yīng)的區(qū)間，從左至右依次向下畫箭頭表示虧功，向上畫箭頭表示盈功，

6、箭頭長(zhǎng)度與陰影面積相等，由于循環(huán)始末的動(dòng)能相等，故能量指示圖為一個(gè)封閉的臺(tái)階形折線。則最大動(dòng)能增量及最大盈虧功等于指示圖中最低點(diǎn)到最高點(diǎn)之間的高度值。 強(qiáng)調(diào)不一定是相鄰點(diǎn)! ! A Amax E Emaxmax E Eminmin可用折線代替曲線求得E72 飛輪的近似設(shè)計(jì)方法第17頁/共25頁舉例：已知驅(qū)動(dòng)力矩為常數(shù)，阻力矩如圖所示，主軸的平均角速度為：m m=25 1/s,=25 1/s,不均勻系數(shù)0.050.05，求主軸飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J J。解：1)1)求M, ,在一個(gè)循環(huán)內(nèi)，M和M 所作的功相等，于是： 2021dMM5)10221(2102121作代表 M的直線如圖。2)2)求A Am

7、ax max ，各陰影三角形的面積分別為：0 0/4/4/4/43/43/43/43/49/89/89/89/811/811/811/811/813/813/813/813/815/815/815/815/82210/1610/16-10/8-10/8 15/1615/16-5/8-5/810/1610/16-5/8-5/85/165/16區(qū)間面積 10 10MMM M能量指示圖22kN-m3/23/20 072 飛輪的近似設(shè)計(jì)方法第18頁/共25頁由能量指示圖，得：A Amaxmax10/810/83.93 KN-m3.93 KN-mJ J A Amaxmax / /2 2m m 3.931

8、0/(0.05252) 126 kgm2A Amaxmax72 飛輪的近似設(shè)計(jì)方法第19頁/共25頁輪形飛輪：由輪轂、輪輻和輪緣三部分組成。主要尺寸：寬度B、輪緣厚度H、平均值徑Dm輪轂輪幅輪緣JA73 飛輪主要尺寸的確定其輪轂和輪緣的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，可忽略不計(jì)。其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： HBDm4222mmmDDmJ第20頁/共25頁mV =DmHB （為材料密度）按照機(jī)器的結(jié)構(gòu)和空間位置選定Dm之后，可得飛輪質(zhì)量：選定飛輪的材料和比值H/B之后，可得飛輪截面尺寸。盤形飛輪：822122mDDmJ選定圓盤直徑D，可得飛輪的質(zhì)量：選定飛輪的材料之后，可得飛輪的寬度B。為保證安全，飛輪的外圓線速度不能超過許

9、用值：鑄鐵飛輪： vmax 36 m/s鑄鋼飛輪： vmax 50 m/s應(yīng)當(dāng)說明，飛輪不一定是外加的專門附件。實(shí)際機(jī)械中，往往用增大帶輪或齒輪的尺寸和質(zhì)量的方法，使它們兼起飛輪的作用，還應(yīng)指出，本章介紹的飛輪設(shè)計(jì)方法，沒有考慮除飛輪之外其它構(gòu)件的動(dòng)能變化，因而是近似設(shè)計(jì)。由于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)容許有一個(gè)變化范圍，所以這種近似設(shè)計(jì)可以滿足一般的使用要求。BD42BDVm73 飛輪主要尺寸的確定第21頁/共25頁例10-5 在電機(jī)驅(qū)動(dòng)剪床的機(jī)組中，阻力矩M變化曲線如圖，驅(qū)動(dòng)力矩M=常數(shù)，n=1500r/min， =0.05，Jv、JC忽略不計(jì)，求安裝在電機(jī)軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF。M2243解

10、：1、求M 由變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)條件，得：220 MdMNmM5 .462解得：20016005 .4622、求 E1f2f3f3 .4121f3 .12562f8443f3、作功能增量指示圖1f2f3f4、確定 WmaxmaxWNmfW3 .12562max5、求JF22max900nWJF202. 1kgm例題例題第22頁/共25頁例、圖a)所示機(jī)構(gòu)中，i12=2，作用在齒輪2上的阻力矩M2( )變化規(guī)律如圖b)所示，作用在齒輪1上的驅(qū)動(dòng)力矩M1為常數(shù)，n2=100rpm，齒輪2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2=20kgm2，齒輪1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量忽略不計(jì)，試求：1、若 =0.03，應(yīng)安裝在O2軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF2；2、若將飛輪裝在O1軸上，則其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF1應(yīng)為多少？1O2O1211M2M 2)a2)(2NmM 2003002/2/320)b例題例題第23頁/共25頁2)(2NmM 2003002/2/320解：1、求M22202 MdM2/10022002/322 MNm