ch11机器的运转及其速度波动的调节.ppt
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1、第第11章章 机器的运转及其速度波动的调节机器的运转及其速度波动的调节11-1 概述概述11-2 机器运转的三个阶段及其作用力机器运转的三个阶段及其作用力11-3 机器的等效动力学模型机器的等效动力学模型11-4 机器的运动方程及其求解方法机器的运动方程及其求解方法11-5 机器速度波动的调节机器速度波动的调节11-6 飞轮设计飞轮设计基本要求基本要求l理解机械速度波动的原因及速度波动的调节方法;理解机械速度波动的原因及速度波动的调节方法;l了解机械运转了解机械运转3阶段中,机械系统的功、能量和原动件角速度阶段中,机械系统的功、能量和原动件角速度的特点;的特点;l掌握飞轮调速原理和特点,能够计
2、算飞轮转动惯量。掌握飞轮调速原理和特点,能够计算飞轮转动惯量。l了解建立单自由度机器系统等效动力学模型及其运动方程式了解建立单自由度机器系统等效动力学模型及其运动方程式的方法,对等效力(力矩)、等效质量(转动惯量)、等效构的方法,对等效力(力矩)、等效质量(转动惯量)、等效构件和等效动力学模型等基本概念和方法的运用能充分地了解。件和等效动力学模型等基本概念和方法的运用能充分地了解。l对机器运动方程式的两种表达形式(动能形式和力或力矩形对机器运动方程式的两种表达形式(动能形式和力或力矩形式)的建立和适用情况能有所了解。式)的建立和适用情况能有所了解。l懂得在建立机器运动方程式后,如何根据已知条件
3、求解在已懂得在建立机器运动方程式后,如何根据已知条件求解在已知力作用下机器的真实运动,重点是能理解力为机构位置函数知力作用下机器的真实运动,重点是能理解力为机构位置函数时其等效构件的真实运动。时其等效构件的真实运动。11-1 概述概述 原动件的运动规律与作用在机械的外力、原动件的位置原动件的运动规律与作用在机械的外力、原动件的位置和所有构件的质量、转动惯量等因素有关,因此,原动件的和所有构件的质量、转动惯量等因素有关,因此,原动件的速度和加速度是随时间而变化的。假设原动件等速运动所得速度和加速度是随时间而变化的。假设原动件等速运动所得分析结果必然存在误差。分析结果必然存在误差。如何确定机器的真
4、实运动规律?如何确定机器的真实运动规律?机械在运转过程中经常会出现速度波动,这种速度波机械在运转过程中经常会出现速度波动,这种速度波动会导致在运动副中产生附加的动压力,并引起机械的振动会导致在运动副中产生附加的动压力,并引起机械的振动,从而降低机械的寿命、效率和工作质量。动,从而降低机械的寿命、效率和工作质量。如何分析机械运转速度波动的程度?有哪些调节方如何分析机械运转速度波动的程度?有哪些调节方法可将机械运动速度波动的程度限制在许可的范围之内法可将机械运动速度波动的程度限制在许可的范围之内?一、一、机器运转的三个阶段机器运转的三个阶段 稳定运转稳定运转启动启动三个阶段:起动、稳定运转、停车。
5、三个阶段:起动、稳定运转、停车。t停止停止 11-2 机器运转的三个阶段及其作用力机器运转的三个阶段及其作用力1.起动阶段起动阶段机械的角速度机械的角速度由零渐增至由零渐增至m(正常工作速度正常工作速度),其功能关系为:),其功能关系为:Wd-(WrWf)=E1-E0 起动时可以不加负载,等达到稳定运转后再加,能缩短起动时间。起动时可以不加负载,等达到稳定运转后再加,能缩短起动时间。机器的输入功恒大于输出功和损耗功之和机器的输入功恒大于输出功和损耗功之和 匀速稳定运转:匀速稳定运转:常数常数周期变速稳定运转:周期变速稳定运转:(t)=(t+Tp)非周期变速稳定运转非周期变速稳定运转 稳定运转稳
6、定运转启动启动t停止停止 m m t稳定运转稳定运转启动启动停止停止启动启动m m t 稳定运转稳定运转 停止停止2.稳定运转阶段稳定运转阶段 m常数,常数,Wd-(WrWf)=E1-E0=0 m常数,而常数,而(瞬时角速度瞬时角速度)作周期)作周期性变化;性变化;在一个运动循环周期内,在一个运动循环周期内,Wd-(WrWf)=E1-E0=03.停车阶段停车阶段 由由m渐减为零;渐减为零;-(WrWf)=E1-E0=EMer或或MerMed,可能会导致,可能会导致“飞车飞车”破坏或破坏或导致停车现象。为了避免这两种情况的发生,必须对这种非周期导致停车现象。为了避免这两种情况的发生,必须对这种非
7、周期性的波动进行调节。性的波动进行调节。机械的非周期性速度波动调节的本质是要机械重新恢复建立机械的非周期性速度波动调节的本质是要机械重新恢复建立稳定运转状态。为此,就需要设法使等效驱动力矩与等效工作阻稳定运转状态。为此,就需要设法使等效驱动力矩与等效工作阻力矩恢复平衡关系。力矩恢复平衡关系。机械的非周期性速度波动的调节有两种情况:机械的非周期性速度波动的调节有两种情况:其本身具有自调性。其本身具有自调性。(2)对于以内燃机等为原动机的机械,)对于以内燃机等为原动机的机械,需安装调速器来调节。需安装调速器来调节。调速器的种类很多安执行机构分类,主要有机械式的、气动调速器的种类很多安执行机构分类,
8、主要有机械式的、气动式的、机械气动式的、液压式的、电液式的和电子式的。式的、机械气动式的、液压式的、电液式的和电子式的。(1)对于以电动机为原动机的机械,)对于以电动机为原动机的机械,发动机用油发动机用油油箱供油油箱供油油箱供油油箱供油发动机用油发动机用油离心式调速器的工作原理离心式调速器的工作原理油箱供油油箱供油进油减少进油减少转速降低转速降低开口增大开口增大回油增加回油增加1、机械运转的平均速度和不均匀系数、机械运转的平均速度和不均匀系数平均角速度:平均角速度:T T额定转速额定转速已知主轴角速度:已知主轴角速度:=(t)不容易求得,工程上常采用算术平均值:不容易求得,工程上常采用算术平均
9、值:m(max+min)/2 对应的转速:对应的转速:n 60m/2 rpm对于周期性速度波动的机械,加装飞轮可以对速度波动的范围进行调节。下面介绍有关原理。maxmaxminmin11-4 飞轮的设计飞轮的设计定义:定义:(maxmin)/m 为机器运转为机器运转速度不均匀系速度不均匀系数数,它表示了机器速度波动的程度。,它表示了机器速度波动的程度。maxm(1+/2)可知,当可知,当m一定时,一定时,愈小,则差值愈小,则差值maxmin也愈也愈小,说明机器的运转愈平稳。小,说明机器的运转愈平稳。minm(1-/2)2max2min 22m 由由m(max+min)/2 以及上式可得:以及上
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