第7章機(jī)械調(diào)速48學(xué)時(shí)

第7章機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)§7－1機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法§7－2飛輪的近似設(shè)計(jì)方法一、研究內(nèi)容及目的1.研究在外力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動規(guī)律，目的是為運(yùn)動分析作準(zhǔn)備。前述運(yùn)動分析曾假定是常數(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)動副中產(chǎn)生的反力的大小、Vmax

amax的大小，因此要對機(jī)械進(jìn)行運(yùn)動分析。而前面所介紹的運(yùn)動分析時(shí)，都假定運(yùn)動件作勻速運(yùn)動(ω＝const)。但在大多數(shù)情況下，ω≠const，而是力、力矩、機(jī)構(gòu)位置、構(gòu)件質(zhì)量、轉(zhuǎn)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(yùn)動ω的變化規(guī)律之后，才能進(jìn)行運(yùn)動分析和力分析，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)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動及其調(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，而保證正常工作?！?－1機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法運(yùn)動分析時(shí)，都假定原動件作勻速運(yùn)動:ω＝const實(shí)際上是多個(gè)參數(shù)的函數(shù)：ω＝F(P、M、φ、m、J)力、力矩、機(jī)構(gòu)位置、構(gòu)件質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量速度波動產(chǎn)生的不良后果：①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。②引起彈性振動，消耗能量，使機(jī)械效率降低。③影響機(jī)械的工藝過程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。④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，就必須對速度波動范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過程穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段的狀況有：①勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：ω＝常數(shù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)②周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：ω(t)=ω(t+Tp)啟動三個(gè)階段：啟動、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)、停車。③非周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)

tω停止ωm

tω穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動停止啟動ωm

tω

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，會產(chǎn)生以下不良后果：發(fā)動機(jī)用油油箱供油油箱供油發(fā)動機(jī)用油三、速度波動調(diào)節(jié)的方法1.對周期性速度波動，可在轉(zhuǎn)動軸上安裝一個(gè)質(zhì)量較大的回轉(zhuǎn)體（俗稱飛輪）達(dá)到調(diào)速的目的。2.對非周期性速度波動，需采用專門的調(diào)速器才能調(diào)節(jié)。離心式調(diào)速器的工作原理油箱供油進(jìn)油減少轉(zhuǎn)速降低開口增大回油增加一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)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(shù)平均值：ωm＝(ωmax+ωmin)/2ωφ對于周期性速度波動的機(jī)械，加裝飛輪可以對速度波動的范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。下面介紹有關(guān)原理?！?－2飛輪的近似設(shè)計(jì)方法ωmaxωmin定義：δ＝(ωmax－ωmin)/ωm為機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)，它表示了機(jī)器速度波動的程度?？芍?，當(dāng)ωm一定時(shí)，δ愈小，則差值ωmax－ωmin也愈小，說明機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)愈平穩(wěn)。對于不同的機(jī)器，因工作性質(zhì)不同而取不同的值[δ]。設(shè)計(jì)時(shí)要求：δ≤[δ]造紙織布1/40～1/50紡紗機(jī)1/60`～1/100發(fā)電機(jī)1/100～1/300機(jī)械名稱[δ]機(jī)械名稱[δ]機(jī)械名稱[δ]碎石機(jī)1/5～1/20汽車拖拉機(jī)1/20～1/60沖床、剪床1/7～1/10切削機(jī)床1/30～1/40軋壓機(jī)1/10～1/20水泵、風(fēng)機(jī)1/30～1/50表7-1機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)δ的取值范圍驅(qū)動發(fā)電機(jī)的活塞式內(nèi)燃機(jī)，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(jī)械的δ應(yīng)取小些；反之，如沖床、破碎機(jī)等機(jī)械，速度波動大也不影響其工作性能，故可取大些二、飛輪設(shè)計(jì)的基本原理飛輪設(shè)計(jì)的基本問題：已知作用在主軸上的驅(qū)動力矩和阻力矩的變化規(guī)律，在[δ]的范圍內(nèi)，確定安裝在主軸上的飛輪的轉(zhuǎn)動慣量

JF。φMdMrabcdea'φEωφ飛輪調(diào)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(zhuǎn)動慣量可近似認(rèn)為：加裝飛輪的目的就是為了增加機(jī)器的轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)而起到調(diào)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(jī)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(dá)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(dāng)Amax與ω2m一定時(shí)，J-δ是一條等邊雙曲線。

δJ當(dāng)δ很小時(shí)，δ↓→J↑↑

?δ?J2）當(dāng)J與ωm一定時(shí)，Amax-δ成正比。即Amax越大，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度越不均勻。4）J與ωm的平方成反比，即平均轉(zhuǎn)速越高，所需飛輪的轉(zhuǎn)動慣量越小。過分追求機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)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(jī)械總是有波動。φMdMrφEabcdea'三、Amax的確定方法在交點(diǎn)位置的動能增量△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。Amax＝Emax－Emin＝

△EmaxEmax、Emin出現(xiàn)的位置：在曲線Md與Mr的交點(diǎn)處。E(φ)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Amax：任意繪制一水平線，并分割成對應(yīng)的區(qū)間，從左至右依次向下畫箭頭表示虧功