第12章机械的运转及速度波动.ppt

机械原理系列教材第12章 机械的运转及速度波动的调节l121 概述l122 等效力矩和等效转动惯量l124 机械系统的速度波动及其调节l126 飞轮的转动惯量及主要尺寸l123 机械系统的运动方程式l125 机械转动的平均角速度和不均匀系数机械原理系列教材121 概述 机构运动分析时，一般假定原动件作匀速运动机构运动分析时，一般假定原动件作匀速运动:constconst，实际上是多实际上是多个参数的函数：个参数的函数：F(P、M、m、J)一、研究内容及目的一、研究内容及目的1.研究在外力作用下机械的真实运动规律，目的是为运动分析作准备。研究在外力作用下机械的真实运动规律，目的是为运动分析作准备。2.研究机械运转速度的波动及其调节方法，目的是使机械的转速在允许范围内波动，研究机械运转速度的波动及其调节方法，目的是使机械的转速在允许范围内波动，而保证正常工作。而保证正常工作。二、机械的运转过程二、机械的运转过程1.1.启动阶段启动阶段稳定运转稳定运转启动启动t停止停止驱动力的功大于阻力的功，主动件的速度从零值上升到正常工作速度，机器动能增加机械原理系列教材2.稳定运转阶段稳定运转阶段（1）匀速稳定运转：）匀速稳定运转：常数常数（2 2）周期）周期变速稳定运转：变速稳定运转：(t)=(t)=(t+T(t+T)（3）非）非周期周期变速稳定运转变速稳定运转 机器启动后，原动件以正常工作速度运转，此阶段，原动件角速度会机器启动后，原动件以正常工作速度运转，此阶段，原动件角速度会出现下列情况之一：出现下列情况之一：3.停车阶段停车阶段 切断动力源，撤去驱动力，机器进入停车阶段，原动件从正常速度切断动力源，撤去驱动力，机器进入停车阶段，原动件从正常速度降低到零。降低到零。机械原理系列教材122 等效力矩和等效转动惯量一、等效的概念一、等效的概念JvMv等效构件等效构件+等效质量等效质量(等效转动惯量等效转动惯量)+)+等效力等效力(等效力矩等效力矩)等效力学模型二、等效力矩二、等效力矩等效力矩可以根据等效前后功率相等的原则求取。等效力矩可以根据等效前后功率相等的原则求取。三、等效转动惯量三、等效转动惯量等效转动惯量可以根据等效前后动能相等的原则求取。等效转动惯量可以根据等效前后动能相等的原则求取。机械原理系列教材123 机械系统的运动方程 等效构件在等效力矩作用下绕定轴转动，其等效转动惯量为等效构件在等效力矩作用下绕定轴转动，其等效转动惯量为J Jv v，角速度，角速度w w，根据根据动能定理的微分形式可得机械系统运动的微分方程式动能定理的微分形式可得机械系统运动的微分方程式即其中所以得机械原理系列教材124 机械系统速度的波动及调节一、周期性速度波动及其调节一、周期性速度波动及其调节 调节方法:机器中某一回转轴上加一适当的质量飞轮二、非周期性速度波动及其调节二、非周期性速度波动及其调节 用调速器调速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原理：主要是飞轮的储能作用。由于飞轮有很大的转动惯量，当机械出现盈功时，飞轮将多余能量储存起来；当机械出现亏功时，机械运转速度减慢，飞轮将储存的能量释放，弥补能量不足。使记协转速维持在一定范围内。机械原理系列教材125 机械运转的平均角速度和不均匀系数一、平均角速度一、平均角速度(1)二、速度不均匀系数二、速度不均匀系数(2)于是可得由(1)和(2)解得机械原理系列教材126 飞轮的转动惯量及主要尺寸一、飞轮转动惯量的确定 要求安装飞轮的机械系统，其飞轮的转动惯量较其它构件的转动惯量大得多，可只考虑飞轮的转动惯量。通过计算得：由上式可知：由上式可知：（1）设计飞轮时，不宜选过小的许用不均匀系数，否则将使机器笨重，成本增加。（2）为减小飞轮的转动惯量，一般应将飞轮安装在转速较高的轴上。Wmax：最大盈亏功，等于等效驱动力矩的功与等效阻力矩的功之差的最大值。（3）由于JF不可能为无穷大，Wmax与n又都为有限值，因此，不可能为零，即安装飞轮后机械的转速仍有周期波动，只是波动的幅度减小了。机械原理系列教材例：例：由电动机驱动的某机械系统，电动机的转速为由电动机驱动的某机械系统，电动机的转速为1440r/min1440r/min，转化到电机轴上的等，转化到电机轴上的等效力矩效力矩M Mvrvr变化情况如图所示，且等效驱动力矩为常数，若不计机械中其它构件的转动变化情况如图所示，且等效驱动力矩为常数，若不计机械中其它构件的转动惯量惯量,只考虑飞轮只考虑飞轮转动惯量转动惯量,运转不均匀系数运转不均匀系数=0.05,=0.05,试计算飞轮的转动惯量试计算飞轮的转动惯量J JF F。Mv(N.m)MvroMvrW1(+)W2(-)W3(+)1800200500abca解解（1）根据一个周期的时间间隔,等效驱动力矩Mvd等于等效阻力矩Mvr的功，求出等效驱动力矩矩Mvd；（2）画能量指示图，确定最大盈亏功Wmax由左图知，W1、W3为盈功，W2为亏功。W1=(500-200)/2=150 Nm机械原理系列教材W2=-(1800-500)(3/4-/2)+1/2(1800-500)(1800-500)/(1800-200)/4=-457 NmW3=-W1-W2=-150-(-457)=307 Nmabcaoo画出能量指示图如右图示。Wmax=|W2|=475 Nm3.确定飞轮的转动惯量JF=1.263 kgm2可知，b点最高，c点最低，故bc间的面积为最大盈亏功，即