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1、第七章第七章 机械运转机械运转速度波动的调节速度波动的调节速度波动调节的目的和方法速度波动调节的目的和方法飞轮设计的近似方法飞轮设计的近似方法飞轮主要尺寸的确定飞轮主要尺寸的确定71 速度波动调节的目的和方法速度波动调节的目的和方法 机械速度波动产生的原因机械速度波动产生的原因机械速度波动产生的原因机械速度波动产生的原因 机械在机械在机械在机械在外力外力外力外力(驱动力和阻力驱动力和阻力驱动力和阻力驱动力和阻力)作用下运转。在运转过程作用下运转。在运转过程作用下运转。在运转过程作用下运转。在运转过程中，中，中，中，WW驱驱驱驱WW阻阻阻阻(输入功输入功输入功输入功 阻力功阻力功阻力功阻力功)，
2、出现，出现，出现，出现盈功盈功盈功盈功，机械，机械，机械，机械动能动能动能动能增加增加增加增加；WW驱驱驱驱WW阻阻阻阻，出现，出现，出现，出现亏功亏功亏功亏功，机械，机械，机械，机械动能减小动能减小动能减小动能减小。机械动。机械动。机械动。机械动能的增减形成机械运转能的增减形成机械运转能的增减形成机械运转能的增减形成机械运转速度的波动速度的波动速度的波动速度的波动。机械速度波动产生的影响机械速度波动产生的影响机械速度波动产生的影响机械速度波动产生的影响 使运动副中产生附加的作用力；使运动副中产生附加的作用力；使运动副中产生附加的作用力；使运动副中产生附加的作用力；降低机械效率和工作可靠性；降
3、低机械效率和工作可靠性；降低机械效率和工作可靠性；降低机械效率和工作可靠性；引起机械振动，影响零件的强度和寿命；引起机械振动，影响零件的强度和寿命；引起机械振动，影响零件的强度和寿命；引起机械振动，影响零件的强度和寿命；降低机械精度和工艺性能，使产品质量下降等。降低机械精度和工艺性能，使产品质量下降等。降低机械精度和工艺性能，使产品质量下降等。降低机械精度和工艺性能，使产品质量下降等。调节速度波动的目的调节速度波动的目的调节速度波动的目的调节速度波动的目的：将波动限定在容许的范围内。：将波动限定在容许的范围内。：将波动限定在容许的范围内。：将波动限定在容许的范围内。机械速度波动的类型机械速度波
4、动的类型 名名 称称速度调节速度调节的方法的方法产生波动产生波动的原因的原因备备 注注周期性周期性周期性周期性速度波动速度波动速度波动速度波动加装飞轮加装飞轮加装飞轮加装飞轮外力周期性变外力周期性变外力周期性变外力周期性变化引起速度周化引起速度周化引起速度周化引起速度周期性变化期性变化期性变化期性变化飞轮还可飞轮还可飞轮还可飞轮还可作储作储作储作储能器能器能器能器(此时不此时不此时不此时不需考虑瞬时最需考虑瞬时最需考虑瞬时最需考虑瞬时最大功率大功率大功率大功率)非周期性非周期性非周期性非周期性速度波动速度波动速度波动速度波动安装调速器安装调速器安装调速器安装调速器驱动力在一段时驱动力在一段时驱
5、动力在一段时驱动力在一段时间内所作功总大间内所作功总大间内所作功总大间内所作功总大于或小于阻力功于或小于阻力功于或小于阻力功于或小于阻力功速度变化是随速度变化是随速度变化是随速度变化是随机的、不规则机的、不规则机的、不规则机的、不规则的的的的mmaxmint原动机原动机工作机工作机周期性速度波动周期性速度波动离心调速器离心调速器E=J(2-02)/2E一定时，一定时，J，7-2 飞飞轮设计的近似方法轮设计的近似方法 一、机械运转的平均速度和不均匀系数一、机械运转的平均速度和不均匀系数 已知：运动规律已知：运动规律已知：运动规律已知：运动规律 =f(t)在一个周期内平均角速度：在一个周期内平均角
6、速度：在一个周期内平均角速度：在一个周期内平均角速度：在工程计算中，用算术平均值代替实际平均值在工程计算中，用算术平均值代替实际平均值在工程计算中，用算术平均值代替实际平均值在工程计算中，用算术平均值代替实际平均值,即：即：即：即：额定转速额定转速额定转速额定转速m =dt0 01 1T TT Tm =max+min2 2机械速度波动的相对程度用不均匀系数机械速度波动的相对程度用不均匀系数机械速度波动的相对程度用不均匀系数机械速度波动的相对程度用不均匀系数 表示表示表示表示 =max-minmmax=m(1+/2)min=m(1-/2)越小越小越小越小,速速速速度越均匀度越均匀度越均匀度越均匀
7、各种不同机械许用各种不同机械许用各种不同机械许用各种不同机械许用 值见值见值见值见P99P99表表表表7-17-1二、飞轮设计的基本原理二、飞轮设计的基本原理 飞轮设计的任务是：飞轮设计的任务是：飞轮设计的任务是：飞轮设计的任务是：在许用在许用在许用在许用 下，确定出飞轮的转动惯量下，确定出飞轮的转动惯量下，确定出飞轮的转动惯量下，确定出飞轮的转动惯量J J。飞轮的近似设计：飞轮的近似设计：飞轮的近似设计：飞轮的近似设计：假设：假设：假设：假设：E E其它构件其它构件其它构件其它构件E E飞轮飞轮飞轮飞轮(忽略其它构件的动能忽略其它构件的动能忽略其它构件的动能忽略其它构件的动能)max对应对应
8、对应对应Emax ,min对应对应对应对应Emin 则一个周期内动能的最大变化量为则一个周期内动能的最大变化量为则一个周期内动能的最大变化量为则一个周期内动能的最大变化量为Emax Emin 最大盈亏功最大盈亏功Amax Amax=Emax Emin=J J(max2-min2)/2=J Jm2 若飞轮轴转速为若飞轮轴转速为若飞轮轴转速为若飞轮轴转速为n n(r r/minmin)，则，则，则，则m=nn/30,/30,则则则则J =Amaxm2 900 Amax 2n n2 J =Amaxm2 900 Amax 2n n2 讨讨讨讨 论论论论与与与与结结结结 论论论论讨论与结讨论与结讨论与结
9、讨论与结 论论论论当当当当Amax和和和和m一定时，一定时，一定时，一定时，J 1/1/(如右图如右图如右图如右图)，由图中得：，由图中得：，由图中得：，由图中得：当当当当 很小时，略减小很小时，略减小很小时，略减小很小时，略减小 ，J将急增，即成本增加。将急增，即成本增加。将急增，即成本增加。将急增，即成本增加。结论结论结论结论：不可过分减小：不可过分减小：不可过分减小：不可过分减小！当当当当J与与与与m一定时，一定时，一定时，一定时，Amax 结论结论结论结论:Amax 越大越大越大越大,越大越大越大越大(转速越不均匀转速越不均匀转速越不均匀转速越不均匀)！当当当当Amax与与与与 一定时
10、，一定时，一定时，一定时，J 1/1/m2 。结论结论结论结论:为减小飞轮转动惯量，宜将飞轮安装在为减小飞轮转动惯量，宜将飞轮安装在为减小飞轮转动惯量，宜将飞轮安装在为减小飞轮转动惯量，宜将飞轮安装在高速轴高速轴高速轴高速轴上。上。上。上。结论结论结论结论:通常还将飞轮安装在机械的主轴上。通常还将飞轮安装在机械的主轴上。通常还将飞轮安装在机械的主轴上。通常还将飞轮安装在机械的主轴上。JJm2/2=J Jm2/2其它轴其它轴其它轴其它轴JJ=J(J(m/m)2 J J-变化曲线变化曲线变化曲线变化曲线三、最大盈亏功的确定三、最大盈亏功的确定 用实验方法测得驱动力矩用实验方法测得驱动力矩用实验方法
11、测得驱动力矩用实验方法测得驱动力矩 和阻力矩和阻力矩和阻力矩和阻力矩，作驱动，作驱动，作驱动，作驱动力矩和阻力矩变化曲线图和能量指示图，在能量指示力矩和阻力矩变化曲线图和能量指示图，在能量指示力矩和阻力矩变化曲线图和能量指示图，在能量指示力矩和阻力矩变化曲线图和能量指示图，在能量指示图中确定出图中确定出图中确定出图中确定出Amax。在在在在oaoa区间上：区间上：区间上：区间上：Aoa=(=(MM-M”M”)d d=MM(yyy”y”)dxdx =M M S S1 1 0 0a a0 0a aS S1 1S S2 2S S3 3S S4 4S S5 5Amax在在T上：上：E=0(OO线线)A
12、max=S1+S5例例(P101)(P101)：求求求求MM：2 2MM=1002=1002 +400+400/42 /42 MM=200=200NmNm求求求求Amax ：Amax=S1+S5=S2+S4 S3=314.16NmNm求求求求JJ：JJ=J(J(m/m)2=2.792.79kgmkgm2 2S S2 2S S3 3S S5 5AmaxS S1 1S S4 4J =25.13=25.13kgmkgm2 2 Amaxm2 314.16252520.020.027 3 飞轮主要尺寸的确定飞轮主要尺寸的确定 任务：求出飞轮的转动惯量任务：求出飞轮的转动惯量任务：求出飞轮的转动惯量任务：
13、求出飞轮的转动惯量J J后，确定其直径、宽后，确定其直径、宽后，确定其直径、宽后，确定其直径、宽度、轮缘厚度等。度、轮缘厚度等。度、轮缘厚度等。度、轮缘厚度等。J J=m(m(Dm/2)2=mmDm2/4 Dm轮缘的平均直径轮缘的平均直径 m m=V=Dm HB 在选定飞轮材料和在选定飞轮材料和在选定飞轮材料和在选定飞轮材料和H/B(宽厚比宽厚比宽厚比宽厚比)后，后，后，后，轮缘截面尺寸可求。轮缘截面尺寸可求。轮缘截面尺寸可求。轮缘截面尺寸可求。飞轮的外圆圆周速度应满足：飞轮的外圆圆周速度应满足：飞轮的外圆圆周速度应满足：飞轮的外圆圆周速度应满足：v vmaxmax 30m/s30m/s(铸铁
14、铸铁铸铁铸铁)v vmaxmax 50m/s50m/s(铸钢铸钢铸钢铸钢)在实际机械中，常用在实际机械中，常用在实际机械中，常用在实际机械中，常用增大皮带轮增大皮带轮增大皮带轮增大皮带轮(或齿轮或齿轮或齿轮或齿轮)尺寸尺寸尺寸尺寸和和和和质质质质量量量量的方法兼的方法兼的方法兼的方法兼起飞轮起飞轮起飞轮起飞轮的的的的作用作用作用作用。轮毂、轮幅质量、轮毂、轮幅质量、轮毂、轮幅质量、轮毂、轮幅质量、回转半径都较小回转半径都较小回转半径都较小回转半径都较小D Dmm作作 业业P103：题题7-2、7-4习题讲解习题讲解P103：题题7-1、7-3、7-5、7-8复习与练习复习与练习一、填空一、填空
15、一、填空一、填空1 1、驱动力所做的功小于阻力所做的功时、驱动力所做的功小于阻力所做的功时、驱动力所做的功小于阻力所做的功时、驱动力所做的功小于阻力所做的功时,出现出现出现出现 功功功功,反之出现反之出现反之出现反之出现 功，两者都会导致功，两者都会导致功，两者都会导致功，两者都会导致 ，从，从，从，从 而引起机械速度的波动。而引起机械速度的波动。而引起机械速度的波动。而引起机械速度的波动。2 2、机械速度波动产生的根本原因是、机械速度波动产生的根本原因是、机械速度波动产生的根本原因是、机械速度波动产生的根本原因是 ；3 3、机械速度波动可分为、机械速度波动可分为、机械速度波动可分为、机械速度
16、波动可分为 和和和和 ;它们的调节方法为它们的调节方法为它们的调节方法为它们的调节方法为 和和和和 。4 4、速度波动中速度波动中速度波动中速度波动中,加装的飞轮转动惯量越大加装的飞轮转动惯量越大加装的飞轮转动惯量越大加装的飞轮转动惯量越大,则则则则 不均匀系数就不均匀系数就不均匀系数就不均匀系数就 ;为减小飞轮转动惯量宜将飞为减小飞轮转动惯量宜将飞为减小飞轮转动惯量宜将飞为减小飞轮转动惯量宜将飞 轮安装在轮安装在轮安装在轮安装在 轴上轴上轴上轴上,而从刚性方面考虑而从刚性方面考虑而从刚性方面考虑而从刚性方面考虑,应将飞轮应将飞轮应将飞轮应将飞轮 装在装在装在装在 轴上。过分追求机械运转的均匀
17、性轴上。过分追求机械运转的均匀性轴上。过分追求机械运转的均匀性轴上。过分追求机械运转的均匀性,将将将将 使飞轮的质量使飞轮的质量使飞轮的质量使飞轮的质量 。1/22/2二、计算二、计算二、计算二、计算 在机器主轴上的阻力矩变化规律如图所示，设驱在机器主轴上的阻力矩变化规律如图所示，设驱在机器主轴上的阻力矩变化规律如图所示，设驱在机器主轴上的阻力矩变化规律如图所示，设驱动力矩为常数，电机转速为动力矩为常数，电机转速为动力矩为常数，电机转速为动力矩为常数，电机转速为15001500rpmrpm，安装在主轴上，安装在主轴上，安装在主轴上，安装在主轴上的飞轮转动惯量为的飞轮转动惯量为的飞轮转动惯量为的
18、飞轮转动惯量为2.36252.3625kgmkgm2 2,求飞轮的最大转速和求飞轮的最大转速和求飞轮的最大转速和求飞轮的最大转速和最小转速。最小转速。最小转速。最小转速。解：在一个周期中，有：解：在一个周期中，有：解：在一个周期中，有：解：在一个周期中，有：2 2 M=80M=80 x2 2+(240-80)+(240-80)x(/3+2/3+2/3)/2/3)/2解得驱动力矩：解得驱动力矩：解得驱动力矩：解得驱动力矩：MM=120=120NmNm 则：则：则：则：A Amaxmax=120 x(=120 x(/3+/3+/4+/4+/3)/2=55/3)/2=55 NmNm由公式由公式由公式由公式J=900J=900A Amaxmax/(/(2 2n n2 2)得得得得 0.01 0.01 所以所以所以所以:n nmaxmax=n n(1+(1+/2)=1507.5/2)=1507.5rpmrpm n nminmin=n n(1-(1-/2)=1492.5/2)=1492.5rpmrpm