《机械设计基础》课件第13章.ppt

飞轮设计的基本问题是根据机器实际所需要的平均角速度ωm和许用不均匀系数［δ］来确定飞轮的转动惯量。一个工作周期内，机器动能的变化的最大量为Wmax=Emax－Emin(13-14)其中，Wmax为最大盈亏功，Emax为机器所具有的最大动能，Emin为机器所具有的最小动能。由于飞轮具有相当大的转动惯量，因此有飞轮的机器，飞轮所具有的动能相对于其他部分所具有的动能大得多，这样可以假设飞轮所具有的动能就是机器的动能，那么机器工作过程中的最大盈亏功就等于飞轮所具有的最大动能与最小动能之差，即(13-15)将式(13-12)、式(13-13)和式(13-15)联立，解得：其中，n为飞轮转速。由上式可知:(1)如果不均匀系数过小，将导致JF很大，这样可能导致飞轮尺寸庞大、笨重。因此不均匀系数应根据实际情况选取，不宜取得过小。另外，要完全消除机器周期性速度波动，JF必须无穷大，这说明不能通过添加飞轮的方法来完全消除机器周期性速度波动。(13-16)(13-17)(2)由于JF与n2成反比，因此，为了尽量减小飞轮的体积和质量，飞轮宜安装在高速轴上。飞轮的转动惯量确定以后，还须确定其主要尺寸，图13-9所示为常用飞轮结构。由于飞轮的大部分质量集中在轮缘上，且轮缘半径大，因此，在计算飞轮的主要尺寸时，不考虑其他部分的转动惯量，并假设飞轮的质量m全部集中在以轮缘的平均直径Dm为直径的圆周上，由转动惯量的定义可知：(13-18)式(13-18)中，称为飞轮矩或飞轮特性，单位为kg·m2。对不同构造的飞轮，其飞轮矩可从机械设计手册中查到。Dm的选取，应考虑飞轮安装的位置，同时为了防止轮缘的破裂，还应满足使周边速度小于工程上所规定的安全值。当根据结构条件选定飞轮平均直径Dm后，由下式求得飞轮质量m：设飞轮的材料密度为ρ(kg/m3),对图13-9所示矩形截面的轮缘有:m=πDmHBρ(13-20)式中，B、H、Dm的单位为m；质量的单位为kg。选定比值H/B或B/Dm后(一般推荐H/B=1.5~2，B/Dm≤0.2)，即可求出轮缘厚度H和宽度B。(13-19)在实际使用中，往往将作回转运动的盘形或轮形零件兼作飞轮使用，如颚式破碎机中使用带轮作为飞轮使用。以上确定飞轮转动惯量的方法中，忽略了机器其他部分的动能，被称为简易法，另有精确法设计飞轮，即设计飞轮时不忽略机器其他部分的动能，此时机器的最大动能和最小动能并不出现在飞轮转速最大和最小的位置上，精确法这里不再详述，请参阅相关文献。13.2.3非周期性速度波动在机器的稳定运转时期，如果驱动力或阻力突然发生变化，机器主轴的速度会跟着突然增大或减小，结果会引起机器速度过高，导致“飞车”而毁坏，或迫使机器停车。如汽轮发电机组在供汽量不变而用电量突然增减时，就会出现这种情况。由于这种机器运转速度的波动是由无规律因素的影响而引起的，是非周期性的，故称为非周期性速度波动。对非周期性速度波动的调节，需使用调速器来实现。调速器种类很多，有纯机械式的，有机械式带电气或电子元件的，也有电子式的，图13-10所示是柴油机离心式调速器的工作原理图。当工作机1负荷突然减小，柴油机2的输出转速随之升高，通过齿轮3、4使调速器5的转轴转速提高，因离心力增大，重球G和G′回转半径加大，带动套筒5向上移动，通过摇杆滑块机构带动节流阀门6关小，以减小供油量，从而减少柴油机对外界的输出功，使工作机转速下降，以保持稳定。反之相反。习题13-1什么是回转件的静平衡与动平衡?其平衡方法的原理是什么？分别用于什么情况？13-2为什么要进行平衡试验？13-3机械运转中出现速度波动的原因有哪些？速度波动的类型有哪些？13-4周期性速度波动应如何调节？能否完全消除周期性速度波动？为什么？13-5非周期性速度波动应如何调节？为什么利用飞轮不能调节非周期性速度波动？13-6如题13-6图所示，转盘上有两个圆孔，其直径和位置为：d1=40mm，d2=50mm，r1=100mm，r2=140mm，α=120°，D=400mm，t=20mm。拟在转盘上再制一圆孔使之达到静平衡，要求该孔转动半径r=150mm。试求该孔的直径及方位角。题13-6图第13章机械的平衡与调速第13章机械的平衡与调速13.1回转件的平衡13.2机器速度波动的调节习题平衡与调速是两个不同的力学问题，在机械设计中，尤其是高速机械和精密的设计，必须加以考虑，本章主要介绍刚性回转件的平衡