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机械设计基础第七章ppt
* 第7章 机械运转速度波动调节 §7-1 机械运转速度波动调节的目的和方法 §7-2 飞轮的近似设计方法 §7-3 飞轮主要尺寸的确定 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。 前述运动分析曾假定是常数,但实际上是变化的 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,而保证正常工作。 §7-1 机械运转速度波动调节的目的和方法 运动分析时,都假定原动件作匀速运动:ω=const 实际上是多个参数的函数:ω=F(P、M、φ、m、J) 力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量 机械的运转过程 稳定运转阶段的状况有: ①匀速稳定运转:ω=常数 稳定运转 ②周期变速稳定运转:ω(t)=ω(t+Tp) 启动 三个阶段:启动、稳定运转、停车。 ③非周期变速稳定运转 t ω 停止 ωm t ω 稳定运转 启动 停止 启动 ωm t ω 稳定运转 停止 匀速稳定运转时,速度不需要调节。 速度波动产生的不良后果: ①在运动副中引起附加动压力,加剧磨损,使工作可 靠性降低。 ②引起弹性振动,消耗能量,使机械效率降低。 ③影响机械的工艺过程,使产品质量下降。 ④载荷突然减小或增大时,发生飞车或停车事故。 为了减小这些不良影响,就必须对速度波动范围进行调节。 二、产生周期性波动的原因 作用在机械上的驱动力矩Md (φ)和阻力矩Mr (φ)往往是原动机转角的周期性函数。 动能增量: Md Mr a b c d e a φ 在一个运动循环内,驱动力矩和阻力矩所作的功分别为: Md φ a Mr φ a Md Mr a b c d e a φ 力矩所作功及动能变化: ↓ ↓ MdMr 亏功“-” a-b ↑ ↑ MdMr 盈功“+” b-c ↓ ↓ MdMr 亏功“-” c-d ↑ ↑ MdMr 盈功“+” d-e ↓ ↓ MdMr 亏功“-” e-a’ 在一个循环内: 这说明经过一个运动循环之后,机械又回复到初始状态,其运转速度呈现周期性波动。 Ad=Ar 即: = 0 φ E ω φ △E=0 ωa ωa’ 区 间 外力矩所作功 主轴的ω 动能E 三、速度波动调节的方法 1.对周期性速度波动,可在转动轴上安装一个质量较大的回转体(俗称飞轮)达到调速的目的。 2.对非周期性速度波动,需采用专门的调速器才能调节。 离心式调速器的工作原理,见教材图7-2,P96 一、机械运转的平均速度和不均匀系数 平均角速度: T 额定转速 已知主轴角速度:ω=ω(t) 不容易求得,工程上常采用算术平均值: ωm=(ωmax +ωmin)/2 对应的转速: n = 60ωm /2π rpm ωmax-ωmin 表示了机器主轴速度波动范围的大小,称为绝对不均匀度。但在差值相同的情况下,对平均速度的影响是不一样的。 ω φ §7-2 飞轮的近似设计方法 ωmax ωmin 如:ωmax-ωmin=π, ωm1=10π,ωm2=100π 则:δ1=(ωmax-ωmin)/ ωm1 =0.1 δ2=(ωmax-ωmin)/ ωm2 =0.01 定义:δ=(ωmax-ωmin)/ ωm 为机器运转速度不均匀系数,它表示了机器速度波动的程度。 ωmax=ωm(1+δ/2) 可知,当ωm一定时,δ愈小,则差值ωmax-ωmin也愈小,说明机器的运转愈平稳。 ωmin=ωm(1-δ/2) ω2max-ω2min = 2δω2m 由ωm=(ωmax +ωmin)/2 以及上式可得: 对于不同的机器,因工作性质不同而取不同的值[δ]。 设计时要求:δ≤[δ] 造纸织布 1/40~1/50 纺纱机 1/60`~1/100 发电机 0.002~0.003 机械名称 [δ] 机械名称 [δ] 机械名称 [δ] 碎石机 1/5~1/10 汽车拖拉机 1/20~1/60 冲床、剪床 1/20~3/20 切削机床 1/30~1/40 轧压机 1/10~1/20 水泵、风机 0.03~0.05 表7-1 机械运转速度不均匀系数δ的取值范围 二、飞轮设计的基本原理 飞轮设计的基本问题:已知作用在主轴上的驱动力矩和阻力矩的变化规律,在[δ]的范围内,确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量 JF 。 φ Md Mr a b c d e a φ E ω φ 飞轮调速原理 J≈JF 在位置b处,动能和角速度为: Emin 、ωmin 在主轴上加装飞轮之后,总的转动惯量可近似认为: 机器总的动能近似为: E=Jω2/2 而在位置c处为: Emax 、 ωmax 在b-c区间处盈亏功和动能增量达到最大值: Amax =△E = E
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