兰州理工大学机电工程学院机械设计基础课件 机械调速.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 设计新的机械，或者分析现有机械的工作性能时，往往想知道机械运转的稳定性、构件的惯性力以及在运动副中产生的反力的大小、Vmax amax的大小，因此要对机械进行运动分析。而前面所介绍的运动分析时，都假定运动件作匀速运动(ω＝const)。但在大多数情况下，ω≠const，而是力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量等参数的函数：ω＝F(P、M、φ、m、J)。只有确定了的原动件运动ω的变化规律之后，才能进行运动分析和力分析，从而为设计新机械提供依据。这就是研究机器运转的目的。 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。 后两种情况由于速度的波动，会产生以下不良后果： 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。 分别绘出在一个运动循环内的变化曲线。 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： 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。 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 动能的变化曲线E(φ)、和速度曲线ω(φ)分别如图所示： φ E ω φ △E=0 ωa ωa’ 区 间 外力矩所作功 主轴的ω 动能E 发动机用油 油箱供油 油箱供油 发动机用油 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 油箱供油 进油减少 转速降低 开口增大 回油增加 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 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。 §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