机械原理PPT教学课件-第6章_机械的运转及其速度波动的调节.ppt

一、产生周期性波动的原因 作用在机械上的驱动力矩Med (φ)和阻力矩Mer (φ)往往是原动机转角的周期性函数。 分别绘出在一个运动循环内的变化曲线。 动能增量： Med Mer 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 分析以上积分所代表的的物理含义 根据能量守恒，外力所作功等于动能增量。 Med φ a Mer φ a 力矩所作功及动能变化: ↓ ↓ MedMer 亏功“－” a-b ↑ ↑ MedMer 盈功“＋” b-c ↓ ↓ MedMer 亏功“－” c-d ↑ ↑ MedMer 盈功“＋” d-e ↓ ↓ MedMer 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。 Wd=Wr 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 Med Mer a b c d e a φ 二、周期性速度波动的调节 平均角速度： ?T 已知主轴角速度：ω=ω(?) 不容易求得，工程上常采用算术平均值： ωm＝(ωmax +ωmin)/2 对应额定转速： n ＝ 30ωm /π 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 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。 ωmax ωmin １）ωm ２）δ 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。 结论：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。 由ωm＝(ωmax +ωmin)/2 以及上式可得： 机器２速度波动对平均速度的影响程度为1%，而机器１的影响程度达到10% ωmax＝ωm(1+δ/2) ωmin＝ωm(1-δ/2) ω2max－ω2min ＝ 2δω2m 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 1/100～1/300 机械名称 [δ] 机械名称 [δ] 机械名称 [δ] 碎石机 1/5～1/20 汽车拖拉机 1/20～1/60 冲床、剪床 1/7～1/10 切削机床 1/30～1/40 轧压机 1/10～1/20 水泵、风机 1/30～1/50 机械运转速度不均匀系数δ的取值范围 驱动发电机的活塞式内燃机，主轴速度波动范围太大，势必影响输出电压的稳定性，故这类机械的δ应取小些；反之，如冲床、破碎机等机械，速度波动大也不影响其工作性能，故可取大些 §１１－５　飞轮的设计 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 1、飞轮的调速原理 在位置b处，动能和角速度为： Emin 、ωmin 在主轴上加装飞轮之后，总的转动惯量为： 加装飞轮的目的就是为了增加机器的转动惯量进而起到调节速度波动的目的。为什么加装飞轮之后就能减小速度的波动呢？ 机器总的动能为： E=Jω2/2 而在位置c处为： Emax 、 ωmax 在b-c区间处动能增量达到最大值： △Emax＝Emax - Emin ＝J(ω2max-ω2min )/2 ＝(Je+JF )ω2mδ 得： Je+JF= △ Wmax /ω2m δ 称△ Wmax为最大盈亏功 ωmax Emax ωmin Emin J=Je+JF 此时盈亏功也将达到最大值： △ Wmax＝ △ Emax 或 δ= △ Wmax /(Je+JF )ω2m δ= △ Wmax /(Je+JF )ω2m= △ Wmax /Jω2m 飞轮调速原理： 对于一台具体的机械而言，△Wmax、ωm、Je 都是定值， 当JF↑ ?运转平稳。 ? δ↓ 飞轮调速的实质：起能量储存器的作用。转速增高时，将多于能量转化为飞轮的动能储存起来，限制增速的幅度；转速降低时，将能量释放出来，阻止速度降低。 锻压机械：在一个运动循环内，工作时间短，但载荷峰值大，利用飞轮在非工作时间内储存的能量来克服尖峰载荷，选用小功率原动机以降低成本。 应用：玩具小车、锻压机械、缝纫机 * * §6-1 概述 §6-2