第15章機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)

1、第第15章章機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)教學(xué)目標(biāo)：教學(xué)目標(biāo)：1 1、掌握機(jī)械產(chǎn)生周期性速度波動(dòng)的原因及調(diào)節(jié)掌握機(jī)械產(chǎn)生周期性速度波動(dòng)的原因及調(diào)節(jié) ；2 2、理解飛輪調(diào)速基本原理及理解飛輪調(diào)速基本原理及飛輪設(shè)計(jì)近似方法。飛輪設(shè)計(jì)近似方法。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：周期性速度波動(dòng)的原因及調(diào)節(jié)周期性速度波動(dòng)的原因及調(diào)節(jié) ；飛輪調(diào)速；飛輪調(diào)速的基本原理。的基本原理。講授方法：講授方法：多媒體課件教學(xué)多媒體課件教學(xué)1515-1 -1 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)調(diào)節(jié)的目的和方法速度波動(dòng)調(diào)節(jié)的目的和方法機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所受的外力包括：機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所受的外力包括：驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力和和阻力阻力輸入功輸入

2、功輸出功輸出功= =主軸保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)主軸保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)輸入功輸入功輸出功輸出功 盈功，動(dòng)能增加盈功，動(dòng)能增加輸入功輸入功輸出功輸出功 虧功，動(dòng)能減小虧功，動(dòng)能減小機(jī)械動(dòng)能的增減形成機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)。機(jī)械動(dòng)能的增減形成機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)。速度波動(dòng)對(duì)機(jī)械的影響：速度波動(dòng)對(duì)機(jī)械的影響：1 1、使運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生附加的作用力，降低機(jī)械效率和、使運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生附加的作用力，降低機(jī)械效率和工作可靠性；工作可靠性；2 2、引起機(jī)械的振動(dòng)，影響零件的強(qiáng)度和壽命；、引起機(jī)械的振動(dòng)，影響零件的強(qiáng)度和壽命；3 3、降低機(jī)械的精度和工藝性能，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。、降低機(jī)械的精度和工藝性能，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度

3、波動(dòng)分類度波動(dòng)分類周期性速度波動(dòng)周期性速度波動(dòng)非周期性速度波動(dòng)非周期性速度波動(dòng)一、周期性速度波動(dòng)一、周期性速度波動(dòng)如圖，當(dāng)外力作周期性變化時(shí)，機(jī)械主軸的角如圖，當(dāng)外力作周期性變化時(shí)，機(jī)械主軸的角速度也作周期性的變化，機(jī)械這種速度也作周期性的變化，機(jī)械這種有規(guī)律的、周期有規(guī)律的、周期性的速度變化稱為性的速度變化稱為周期性速度波動(dòng)周期性速度波動(dòng)。周期性速度波動(dòng)的重要特征：周期性速度波動(dòng)的重要特征：在一個(gè)周期中，輸入功與輸出功是相等的，即在在一個(gè)周期中，輸入功與輸出功是相等的，即在一個(gè)周期中動(dòng)能沒有增減。一個(gè)周期中動(dòng)能沒有增減。注意：注意：在在周期中的某段時(shí)間周期中的某段時(shí)間內(nèi)，輸入功與輸出功不內(nèi)，

4、輸入功與輸出功不相等，即有動(dòng)能增減，所以出現(xiàn)相等，即有動(dòng)能增減，所以出現(xiàn)速度波動(dòng)速度波動(dòng)。調(diào)節(jié)周期性速度波動(dòng)的常用方法：調(diào)節(jié)周期性速度波動(dòng)的常用方法：在機(jī)械中加上一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大的回轉(zhuǎn)件在機(jī)械中加上一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大的回轉(zhuǎn)件飛輪飛輪。飛輪動(dòng)能的變化飛輪動(dòng)能的變化)(21202JE（1 1）動(dòng)能變化數(shù)值相同時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越動(dòng)能變化數(shù)值相同時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大，角速度的波動(dòng)越小。大，角速度的波動(dòng)越小。圖中所示，安裝飛輪后圖中所示，安裝飛輪后的速度波動(dòng)（實(shí)線）比的速度波動(dòng)（實(shí)線）比沒有安裝飛輪時(shí)的速度沒有安裝飛輪時(shí)的速度波動(dòng)（虛線）小。波動(dòng)（虛線）小。（2 2）飛輪能利用儲(chǔ)蓄的動(dòng)能克服短時(shí)過載，

5、故在飛輪能利用儲(chǔ)蓄的動(dòng)能克服短時(shí)過載，故在確定原動(dòng)機(jī)額定功率時(shí)只需要考慮它的平均功率，確定原動(dòng)機(jī)額定功率時(shí)只需要考慮它的平均功率，而不必考慮高峰負(fù)荷所需的瞬時(shí)最大功率。而不必考慮高峰負(fù)荷所需的瞬時(shí)最大功率。安裝飛輪不僅可以避免機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)安裝飛輪不僅可以避免機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生過大的波動(dòng)，而且可以選擇功率較小生過大的波動(dòng)，而且可以選擇功率較小的原動(dòng)機(jī)。的原動(dòng)機(jī)。二、非周期性速度波動(dòng)二、非周期性速度波動(dòng)隨機(jī)的、不規(guī)則的、沒有一定周期的速度波動(dòng)隨機(jī)的、不規(guī)則的、沒有一定周期的速度波動(dòng)稱為稱為非周期性速度波動(dòng)非周期性速度波動(dòng)。非周期性速度波動(dòng)不能依靠飛輪進(jìn)行調(diào)節(jié)，非周期性速度波動(dòng)不能依靠飛輪進(jìn)行調(diào)節(jié)，

6、只能采用特殊的裝置只能采用特殊的裝置調(diào)速器調(diào)速器使輸入功與輸出功使輸入功與輸出功趨于平衡。以避免因動(dòng)能增加使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度過趨于平衡。以避免因動(dòng)能增加使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度過高超越極限轉(zhuǎn)速而導(dǎo)致機(jī)械損壞，或者因動(dòng)能減高超越極限轉(zhuǎn)速而導(dǎo)致機(jī)械損壞，或者因動(dòng)能減小使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不斷下降直至停車。小使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不斷下降直至停車。機(jī)械式離心調(diào)速器機(jī)械式離心調(diào)速器工作機(jī)工作機(jī)原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)原動(dòng)機(jī)的輸入功原動(dòng)機(jī)的輸入功與供油量的大小與供油量的大小成正比。成正比。7-2 7-2 飛輪設(shè)計(jì)的近似方法飛輪設(shè)計(jì)的近似方法一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的平均速度和不均勻系數(shù)一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的平均速度和不均勻系數(shù)設(shè)主軸角速度隨時(shí)間設(shè)主軸角速度隨時(shí)間

7、變化的規(guī)律為：變化的規(guī)律為：)(tf則一個(gè)周期內(nèi)的實(shí)際則一個(gè)周期內(nèi)的實(shí)際平均角速度為：平均角速度為：TmdtT01該實(shí)際平均值稱為機(jī)器的該實(shí)際平均值稱為機(jī)器的“額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速”在工程實(shí)際應(yīng)用中，的變化規(guī)律很復(fù)雜，為在工程實(shí)際應(yīng)用中，的變化規(guī)律很復(fù)雜，為了簡(jiǎn)化工程計(jì)算，通常以算術(shù)平均值代替實(shí)際平均了簡(jiǎn)化工程計(jì)算，通常以算術(shù)平均值代替實(shí)際平均值，即：值，即：2minmaxmmax最大角速度最大角速度min最小角速度最小角速度則速度波動(dòng)的幅度為：則速度波動(dòng)的幅度為：minmax用用速度不均勻系數(shù)速度不均勻系數(shù)來表示機(jī)械速度波動(dòng)的程來表示機(jī)械速度波動(dòng)的程度，其定義為：角速度波動(dòng)的幅度（）與度，其定義

8、為：角速度波動(dòng)的幅度（）與平均角速度之比，即：平均角速度之比，即：minmaxmmminmax已知和，可得已知和，可得m)21 ()21 (minmaxmm越小，主軸越接近勻速轉(zhuǎn)動(dòng)越小，主軸越接近勻速轉(zhuǎn)動(dòng)不同類型的機(jī)械不同類型的機(jī)械, ,對(duì)速度不均勻系數(shù)的要求是不對(duì)速度不均勻系數(shù)的要求是不同的，一般是根據(jù)它們的工作要求確定。幾種常見同的，一般是根據(jù)它們的工作要求確定。幾種常見機(jī)械的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)可按機(jī)械的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)可按表表15-115-1選取。選取。二、飛輪設(shè)計(jì)的基本原理二、飛輪設(shè)計(jì)的基本原理飛輪設(shè)計(jì)的基本問題是：飛輪設(shè)計(jì)的基本問題是：已知作用在主軸上的驅(qū)動(dòng)已知作用在主軸上

9、的驅(qū)動(dòng)力矩和阻力矩的變化規(guī)律，要求在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不力矩和阻力矩的變化規(guī)律，要求在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)的容許范圍內(nèi)，確定安裝在主軸上的飛均勻系數(shù)的容許范圍內(nèi)，確定安裝在主軸上的飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。現(xiàn)設(shè)現(xiàn)設(shè)機(jī)械的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量機(jī)械的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣為，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為，在一個(gè)周期內(nèi)動(dòng)能的最大變化量量為，在一個(gè)周期內(nèi)動(dòng)能的最大變化量是由最大盈虧功轉(zhuǎn)化而來的，即是由最大盈虧功轉(zhuǎn)化而來的，即eJJminmaxEEmaxA)(212min2maxminmaxmaxJJEEAe在一般機(jī)械中，其他構(gòu)件所具有的在一般機(jī)械中，其他構(gòu)件所具有的動(dòng)能遠(yuǎn)比飛輪的動(dòng)能小，因此近似計(jì)算中可以認(rèn)為動(dòng)能遠(yuǎn)

10、比飛輪的動(dòng)能小，因此近似計(jì)算中可以認(rèn)為飛輪的動(dòng)能就是整個(gè)機(jī)械的動(dòng)能，即有飛輪的動(dòng)能就是整個(gè)機(jī)械的動(dòng)能，即有JJe22min2maxminmaxmax)(21mJJEEA于是得到安裝在主軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為于是得到安裝在主軸上的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2maxmAJ 從上式可知：從上式可知：（1 1）當(dāng)與一定時(shí)，）當(dāng)與一定時(shí)，與的關(guān)系為一等邊雙曲線。與的關(guān)系為一等邊雙曲線。maxAmJ易知，運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)過小，易知，運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)過小，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就過大，則飛輪也飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就過大，則飛輪也就過大。就過大。J（2 2）當(dāng)和一定，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與其平均當(dāng)和一定，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與其平均轉(zhuǎn)速呈平方反比。

11、為了減小飛輪尺寸，所以飛轉(zhuǎn)速呈平方反比。為了減小飛輪尺寸，所以飛輪應(yīng)該裝在高速軸上。輪應(yīng)該裝在高速軸上。（3 3）當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與平均轉(zhuǎn)速一定時(shí)，當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與平均轉(zhuǎn)速一定時(shí)，和成正比，即最大盈虧功越大，機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)越和成正比，即最大盈虧功越大，機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)越不均勻。不均勻。maxAJmmmaxA三、最大盈虧功的確定三、最大盈虧功的確定maxA計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量必須首先確定最大盈虧功。計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量必須首先確定最大盈虧功。曲線與橫坐標(biāo)軸所包圍曲線與橫坐標(biāo)軸所包圍的面積分別表示驅(qū)動(dòng)力的面積分別表示驅(qū)動(dòng)力矩和阻力矩所做的功。矩和阻力矩所做的功。驅(qū)動(dòng)力矩驅(qū)動(dòng)力矩dMM阻力矩阻力矩rMM則在則在ab

12、ab區(qū)間，輸入?yún)^(qū)間，輸入與輸出功之差為：與輸出功之差為：bardabdMMA)(依次可以算出其他幾個(gè)區(qū)間的輸入與輸出功差。依次可以算出其他幾個(gè)區(qū)間的輸入與輸出功差。分別得到虧功，機(jī)器動(dòng)能減小，標(biāo)注負(fù)號(hào)；或得到盈分別得到虧功，機(jī)器動(dòng)能減小，標(biāo)注負(fù)號(hào)；或得到盈功，機(jī)器動(dòng)能增加，標(biāo)注正號(hào)。功，機(jī)器動(dòng)能增加，標(biāo)注正號(hào)。盈虧功等于機(jī)器動(dòng)能的增減量，設(shè)為主軸角位盈虧功等于機(jī)器動(dòng)能的增減量，設(shè)為主軸角位置時(shí)機(jī)器的動(dòng)能，則機(jī)器在其他幾個(gè)角位置時(shí)的置時(shí)機(jī)器的動(dòng)能，則機(jī)器在其他幾個(gè)角位置時(shí)的動(dòng)能可表示為：動(dòng)能可表示為：aEaeaeaabcbcababAEEEAEEAEE以上動(dòng)能的變化可用能量指示圖表示：以上動(dòng)能的

13、變化可用能量指示圖表示： （如（如b） 每一個(gè)向量分別表示對(duì)應(yīng)區(qū)間的盈虧功，盈功為每一個(gè)向量分別表示對(duì)應(yīng)區(qū)間的盈虧功，盈功為正，箭頭朝上，虧功為負(fù)，箭頭朝下。在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循正，箭頭朝上，虧功為負(fù)，箭頭朝下。在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)（周期）內(nèi)，機(jī)器回到初始狀態(tài)，其動(dòng)能的增減為環(huán)（周期）內(nèi)，機(jī)器回到初始狀態(tài)，其動(dòng)能的增減為零，則向量圖的首尾應(yīng)當(dāng)封閉。零，則向量圖的首尾應(yīng)當(dāng)封閉。例題講解：例題講解：可見可見d d點(diǎn)具有最大動(dòng)能，對(duì)應(yīng)于，點(diǎn)具有最大動(dòng)能，對(duì)應(yīng)于，a a點(diǎn)具有最小動(dòng)能，對(duì)應(yīng)于，因此點(diǎn)具有最小動(dòng)能，對(duì)應(yīng)于，因此a a、d d二位置動(dòng)能之差即是最大盈虧功。二位置動(dòng)能之差即是最大盈虧功。maxminmax

14、A例：已知例：已知機(jī)組主軸阻力矩變化曲線，主軸機(jī)組主軸阻力矩變化曲線，主軸上的驅(qū)動(dòng)力矩為常數(shù)，機(jī)上的驅(qū)動(dòng)力矩為常數(shù)，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù) 。MMsradm/252 . 0問題：?jiǎn)栴}：（1 1）求驅(qū)動(dòng)力矩；）求驅(qū)動(dòng)力矩；（2 2）求最大盈虧功；）求最大盈虧功；（3 3）求安裝在主軸上飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；）求安裝在主軸上飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；（4 4）若飛輪安裝在倍于主軸轉(zhuǎn)速的軸上時(shí)。）若飛輪安裝在倍于主軸轉(zhuǎn)速的軸上時(shí)。MmaxAJ J解：解：（1 1）M為常數(shù)為常數(shù) M為一水平直線為一水平直線一運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)驅(qū)動(dòng)力所做的功為，應(yīng)等于一運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)驅(qū)動(dòng)力所做的功為，應(yīng)等于一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)阻力矩

15、所做的功，則一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)阻力矩所做的功，則2 M2440021002MNM200（2 2）求最大盈虧功求最大盈虧功maxA由能量指示圖可知，由能量指示圖可知，adad區(qū)間出現(xiàn)最大盈虧功，區(qū)間出現(xiàn)最大盈虧功，其絕對(duì)值為：其絕對(duì)值為：mNAAAAcdbcab16.314max（3 3）求主軸上飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量求主軸上飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2222max13.2502. 02516.314mkgmkgAJm7-3 7-3 飛輪主要尺寸的確定飛輪主要尺寸的確定飛輪的主要尺寸包括直徑、寬度、輪緣厚度飛輪的主要尺寸包括直徑、寬度、輪緣厚度等有關(guān)尺寸。等有關(guān)尺寸。下面分兩種情況來說明在求出飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量下面分兩種情

16、況來說明在求出飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量后，飛輪主要尺寸的確定。后，飛輪主要尺寸的確定。1 1、如、如P100P100圖圖7-67-6帶有輪輻的飛輪帶有輪輻的飛輪該種飛輪的質(zhì)量該種飛輪的質(zhì)量m m可以認(rèn)為集中于輪緣，并可以認(rèn)為集中于輪緣，并設(shè)輪緣的平均直徑為設(shè)輪緣的平均直徑為DmDm。DmDm主要是按照機(jī)器的結(jié)構(gòu)和空間位置選定。主要是按照機(jī)器的結(jié)構(gòu)和空間位置選定。4222mmmDDmJHBDVmm選定飛輪的材料與比值選定飛輪的材料與比值H/BH/B之后，輪緣的截面之后，輪緣的截面尺寸便可以求出。尺寸便可以求出。在選擇平均直徑和外緣直徑時(shí)，應(yīng)考慮飛在選擇平均直徑和外緣直徑時(shí)，應(yīng)考慮飛輪外緣圓周速度不大于安全值。輪外緣圓周速度不大于安全值。smvsmv/50/36maxmax對(duì)鑄鋼飛輪：對(duì)鑄鐵飛輪：應(yīng)當(dāng)指