機(jī)械原理機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速波動(dòng)的調(diào)節(jié)PPT教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1機(jī)械原理機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)械原理機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速波動(dòng)的調(diào)節(jié)7-1 概述概述一研究目的和內(nèi)容一研究目的和內(nèi)容 1、由于機(jī)械的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是由各構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和作用力等因素決定的，隨、由于機(jī)械的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是由各構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和作用力等因素決定的，隨時(shí)間變化而變化，要對(duì)機(jī)械進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)分析和力分析，就要時(shí)間變化而變化，要對(duì)機(jī)械進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)分析和力分析，就要研究在外力作用下研究在外力作用下，機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。，機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。2、由于機(jī)械在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)速度波動(dòng)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)副產(chǎn)生附加動(dòng)壓力，并引起、由于機(jī)械在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)速度波動(dòng)，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)副產(chǎn)生附加動(dòng)壓力，并引起振

2、動(dòng)，從而降低機(jī)械使用壽命、效率和工作質(zhì)量，因此需振動(dòng)，從而降低機(jī)械使用壽命、效率和工作質(zhì)量，因此需研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，速研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，速度的波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法。度的波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法。運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，都假定原動(dòng)件作勻速運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上是多個(gè)參運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，都假定原動(dòng)件作勻速運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上是多個(gè)參數(shù)的函數(shù)。數(shù)的函數(shù)。第1頁(yè)/共45頁(yè)二機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段二機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段1. 起動(dòng)階段起動(dòng)階段原動(dòng)件的速度由零逐漸上升到開(kāi)始穩(wěn)定的過(guò)程。原動(dòng)件的速度由零逐漸上升到開(kāi)始穩(wěn)定的過(guò)程。起動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)停車(chē)圖11-1根據(jù)動(dòng)能定理根據(jù)動(dòng)能定理WdWc=E驅(qū)動(dòng)功驅(qū)動(dòng)功阻抗功阻抗功輸出功輸出功Wr和損和損失功失功Wf之和之和動(dòng)

3、能動(dòng)能v功功(率率)特征：特征：外力對(duì)系統(tǒng)做正功外力對(duì)系統(tǒng)做正功 Wd-Wc0v動(dòng)能特征：動(dòng)能特征：系統(tǒng)的動(dòng)能增加系統(tǒng)的動(dòng)能增加 E=Wd-Wc0v速度特征：速度特征：系統(tǒng)的速度增加系統(tǒng)的速度增加 =0 m功能關(guān)系：功能關(guān)系： Wd=Wc+E第2頁(yè)/共45頁(yè)起動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)停車(chē)圖11-12. 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段 原動(dòng)件速度保持常數(shù)或在正常工作速度的平均值原動(dòng)件速度保持常數(shù)或在正常工作速度的平均值上下作周期性的速度波動(dòng)。上下作周期性的速度波動(dòng)。此階段分三種情況：此階段分三種情況： =常數(shù)常數(shù)等速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)等速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn) 常數(shù)，但在正常工作速度的平均值常數(shù)，但在正常工作速度的平均值 m上下作周期性速

4、度上下作周期性速度波動(dòng)波動(dòng)周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)m m t 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)啟動(dòng)停止停止第3頁(yè)/共45頁(yè)v功功(率率)特征：特征：Wd-Wc T=0v動(dòng)能特征：動(dòng)能特征：E= Wd-Wc T=0v速度特征：速度特征： t= T+t功能關(guān)系：功能關(guān)系： Wd=Wc非非周期周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn) m m t 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)啟啟動(dòng) 停止停止勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度不需要調(diào)節(jié)。不需要調(diào)節(jié)。后兩種情況由于速度的波動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生以下不良后果：后兩種情況由于速度的波動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生以下不良后果：在運(yùn)動(dòng)副中引起附加動(dòng)壓力，加劇磨損，使工作可靠性降低。在運(yùn)動(dòng)副中引起附加動(dòng)壓力，加劇磨

5、損，使工作可靠性降低。引起彈性振動(dòng)，消耗能量，使機(jī)械效率降低。引起彈性振動(dòng)，消耗能量，使機(jī)械效率降低。影響機(jī)械的工藝過(guò)程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。影響機(jī)械的工藝過(guò)程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。載荷突然減小或增大時(shí)，發(fā)生飛車(chē)或停車(chē)事故載荷突然減小或增大時(shí)，發(fā)生飛車(chē)或停車(chē)事故第4頁(yè)/共45頁(yè)起動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)停車(chē)圖11-13. 停車(chē)階段停車(chē)階段驅(qū)驅(qū)動(dòng)力為零，機(jī)械系統(tǒng)由正動(dòng)力為零，機(jī)械系統(tǒng)由正常工作速度逐漸減速，直常工作速度逐漸減速，直到停止。到停止。v功功(率率)特征：特征：Wd-Wc= -Wcv動(dòng)能特征：動(dòng)能特征：E= Wd-Wc= -Wc0v速度特征：速度特征： i+10 ，用，用“+”號(hào)表示。號(hào)表示。v虧功：虧功：

6、 E 0 ，用，用“-”號(hào)表示。號(hào)表示。v在盈功區(qū)在盈功區(qū)，等效構(gòu)件的，等效構(gòu)件的 v在虧功區(qū)在虧功區(qū)，等效構(gòu)件的，等效構(gòu)件的 在一個(gè)公共周期內(nèi)：在一個(gè)公共周期內(nèi)： Wd = Wr02/2/)(22 aeaaeaaaeredJJdMME Me和和Je的公共周期的公共周期TM TJ；在其始末；在其始末Me和和Je分別相同分別相同說(shuō)明經(jīng)過(guò)一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)之后，機(jī)械又回復(fù)到初始狀態(tài)說(shuō)明經(jīng)過(guò)一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)之后，機(jī)械又回復(fù)到初始狀態(tài),其運(yùn)轉(zhuǎn)速度呈現(xiàn)周期性波動(dòng)其運(yùn)轉(zhuǎn)速度呈現(xiàn)周期性波動(dòng)。 E 第28頁(yè)/共45頁(yè)二二. 周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié) 1. 速度波動(dòng)程度的衡量指標(biāo)速度波動(dòng)程度的衡量指標(biāo)OO

7、TTminminmaxmax(1). 平均角速度平均角速度 m(2). 角速度的變化量角速度的變化量 max- min可反映可反映機(jī)械速度波動(dòng)的絕對(duì)量，但不能反映機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻程度。機(jī)械速度波動(dòng)的絕對(duì)量，但不能反映機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻程度。2)(minmax m例如：當(dāng)例如：當(dāng) max- min=5rad/s時(shí)，對(duì)于時(shí)，對(duì)于 m =10 rad/s 和和 m =100rad/s的的機(jī)械，低速機(jī)械的速度波動(dòng)要明顯一些。機(jī)械，低速機(jī)械的速度波動(dòng)要明顯一些。(3). 速度不均勻系數(shù)速度不均勻系數(shù) ：角速度變化量和其平均角速度的比值。角速度變化量和其平均角速度的比值。工程上用來(lái)表示機(jī)工程上用來(lái)表示機(jī)械運(yùn)

8、轉(zhuǎn)的速度波動(dòng)程度。械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度波動(dòng)程度。m minmax 第29頁(yè)/共45頁(yè)對(duì)于不同的機(jī)器，因工作性質(zhì)不同，對(duì)于不同的機(jī)器，因工作性質(zhì)不同， 的要求也不同，故規(guī)定有許用值的要求也不同，故規(guī)定有許用值 。常用機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)的許用值常用機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)的許用值 22min2maxminmax2)21()21(mmm 2)(minmax mm /)(minmax 上述各速度量間的關(guān)系：上述各速度量間的關(guān)系： 可知，當(dāng)可知，當(dāng)m一定時(shí)，一定時(shí)，愈小，則差值愈小，則差值maxmin也愈小，說(shuō)明機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)愈平也愈小，說(shuō)明機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)愈平穩(wěn)。穩(wěn)。第30頁(yè)/共45頁(yè)2. 周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)周期性速度波動(dòng)

9、的調(diào)節(jié)一一定定eMeJ機(jī)機(jī)械械運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)平平穩(wěn)穩(wěn)eeMJv 為了減少機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的周期性速度波動(dòng)，常用的為了減少機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的周期性速度波動(dòng)，常用的方法是在機(jī)械中方法是在機(jī)械中安裝具有較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量安裝具有較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF 的飛輪的飛輪來(lái)進(jìn)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。行調(diào)節(jié)。第31頁(yè)/共45頁(yè)v飛輪相當(dāng)于一個(gè)儲(chǔ)能器。飛輪相當(dāng)于一個(gè)儲(chǔ)能器。當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)盈功時(shí)，它以動(dòng)能的形式將多余的能量?jī)?chǔ)存當(dāng)機(jī)械出現(xiàn)盈功時(shí)，它以動(dòng)能的形式將多余的能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，使主軸角速度上升幅度減??；起來(lái)，使主軸角速度上升幅度減小；當(dāng)出現(xiàn)虧功時(shí)，它釋放其儲(chǔ)存的能量，以彌補(bǔ)能量的不當(dāng)出現(xiàn)虧功時(shí)，它釋放其儲(chǔ)存的能量，以彌補(bǔ)能量的不足，使主軸角速度下降

10、的幅度減小。足，使主軸角速度下降的幅度減小。第32頁(yè)/共45頁(yè)3. 飛輪設(shè)計(jì)的基本原理飛輪設(shè)計(jì)的基本原理MedMerabcdea E maxmin)()(max dMMWered2min2max2121 eeJJ v最大盈虧功最大盈虧功 Wmax Emax和和Emin的的位置之間所有外力作的功的代數(shù)和。位置之間所有外力作的功的代數(shù)和。)(21minmaxminmax eJ 2meJ 2maxmeJW v在在Emax處：處： max 對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的 角記作角記作 max max v在在Emin處：處： min 對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的 角記作角記作 minmin maxminEE第33頁(yè)/共45頁(yè)v Wmax

11、的求法的求法能量指示圖法能量指示圖法能量指示圖：能量指示圖：以以a點(diǎn)為起點(diǎn)，按一定比例用向量點(diǎn)為起點(diǎn)，按一定比例用向量線段依次表示相應(yīng)位置線段依次表示相應(yīng)位置Med和和Mer之間所包圍的之間所包圍的面積面積Aab、Abc、Acd、Ade和和Aea 的大小和正負(fù)的的大小和正負(fù)的圖形。圖形。MedMerabcdea E 00ababAcbcAdcdAedeAa aeA maxAAmax 代表最大盈虧功代表最大盈虧功 Wmax的大小的大小第34頁(yè)/共45頁(yè)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF的計(jì)算的計(jì)算 ：max2 FemWJJ FeJJ2max mFWJ max2()meFWJJmrn 代代替替用用min

12、)/(90022max nWJF 結(jié)論：結(jié)論：1) 當(dāng)當(dāng) Wmax與與 m一定時(shí)，如一定時(shí)，如 取值很小，則飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就取值很小，則飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就需很大。需很大。所以，過(guò)分追求機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度所以，過(guò)分追求機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度 均勻性，將會(huì)使飛輪均勻性，將會(huì)使飛輪過(guò)于笨重。過(guò)于笨重。2) JF 不可能為無(wú)窮大，不可能為無(wú)窮大，所以所以 不可能為零。不可能為零。即即周期性速度只能周期性速度只能減小，不可能消除。減小，不可能消除。3) 當(dāng)當(dāng) Wmax 與與 一定時(shí)，一定時(shí)，JF與與 m 的平方成反比。所以，最好的平方成反比。所以，最好將將飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。 第35頁(yè)/共

13、45頁(yè)4. 飛輪尺寸的確定飛輪尺寸的確定a)a)輪形飛輪輪形飛輪這種飛輪一般較大，由這種飛輪一般較大，由輪轂輪轂、輪輻輪輻和和輪緣輪緣三部分組成。其輪轂和輪輻的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量三部分組成。其輪轂和輪輻的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，可忽略不計(jì)。其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：較小，可忽略不計(jì)。其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 輪轂輪轂輪幅輪幅輪緣輪緣JA2gQJJAAF22(/2)4AQDHg)4(212221DDgQA)2/()2/(822HDHDgQAD1D2DHbAgDQJAF42因?yàn)橐驗(yàn)镠D，故忽略故忽略H2FAgJDQ422Nm第36頁(yè)/共45頁(yè)式中式中QAD2稱(chēng)為飛輪矩，當(dāng)選定飛輪的平均直徑稱(chēng)為飛輪矩，當(dāng)選定飛輪的平均直徑D D之后，就可求

14、得飛輪的重量之后，就可求得飛輪的重量QA。 D60 v /n其中其中 v 按下表中的安全值選取，以免輪緣因離心力過(guò)大而破裂：按下表中的安全值選取，以免輪緣因離心力過(guò)大而破裂：鑄鐵制飛輪鑄鐵制飛輪鋼制飛輪鋼制飛輪輪緣輪輻整鑄輪緣輪輻整鑄輪緣輪輻分鑄輪緣輪輻分鑄30305050 m/s m/s145455555 m/s m/s輪緣輪輻整鑄輪緣輪輻整鑄整鑄盤(pán)形飛輪整鑄盤(pán)形飛輪140406060 m/s m/s軋鋼制盤(pán)形飛輪軋鋼制盤(pán)形飛輪170709090 m/s m/s100100120120 m/s m/s設(shè)輪緣的寬度為設(shè)輪緣的寬度為b b，比重為，比重為(N/m(N/m3 3), ), 則：則：

15、 QAV=DHb于是于是 HbQA/D對(duì)較大的飛輪，取對(duì)較大的飛輪，取H1.5bH1.5b；對(duì)較小的飛輪，取；對(duì)較小的飛輪，取H2bH2b。 當(dāng)選定當(dāng)選定H H或或b b之后，另一參數(shù)即可求得。之后，另一參數(shù)即可求得。D D由圓周速度：由圓周速度：v=Dn/60 確定確定,QAD24gJFv第37頁(yè)/共45頁(yè)b)b)盤(pán)形飛輪盤(pán)形飛輪 當(dāng)選定飛輪材料和直徑當(dāng)選定飛輪材料和直徑D D之后，可確定飛輪寬度之后，可確定飛輪寬度B B。2)2(21DgQJAFFAgJDQ82gDQA82VQA式中：24DQBA或BD42BD第38頁(yè)/共45頁(yè) 400M（Nm） 02 Mr例：例：等效阻力矩等效阻力矩Mr

16、變化曲線如圖示，變化曲線如圖示， 等效驅(qū)動(dòng)力矩等效驅(qū)動(dòng)力矩Md為常數(shù)，為常數(shù)， m=100 rad/s ， =0.05 ， 不計(jì)機(jī)器的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不計(jì)機(jī)器的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 。求：求：1）Md=?； 2） Wmax= ?； 3）在圖上標(biāo)出）在圖上標(biāo)出 max和和 min的位置；的位置； 4）JF = ? 。解：解：1） Md 2 =（2 400）/2Md = 200 NmMd200abca /23 /2ab（50 ）c（-50 ）a 2）畫(huà)能量指示圖）畫(huà)能量指示圖3） max和和 min的位置如圖示的位置如圖示222/628. 005. 0100100smKg )42max mFWJ Wmax=

17、 -100 Nm第39頁(yè)/共45頁(yè)一、非周期性速度波動(dòng)一、非周期性速度波動(dòng)7 - 5 非周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)非周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié) 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中，Med- Mer 呈無(wú)規(guī)律的變化，若呈無(wú)規(guī)律的變化，若長(zhǎng)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)間處于處于盈功盈功或或虧功虧功狀態(tài)狀態(tài)或某瞬間突然或某瞬間突然遭遇遭遇很大載荷很大載荷變化，使機(jī)械主軸的角速度不斷增大或不斷減變化，使機(jī)械主軸的角速度不斷增大或不斷減小，最終導(dǎo)致速度過(guò)高小，最終導(dǎo)致速度過(guò)高（飛車(chē)飛車(chē)）而損壞或被迫而損壞或被迫停車(chē)停車(chē)。二、非周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)二、非周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)使驅(qū)動(dòng)力與生產(chǎn)阻力建立使驅(qū)動(dòng)力與生產(chǎn)阻力建立新的平衡關(guān)系新的平衡關(guān)系，從

18、而獲得從而獲得新的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)新的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。各行業(yè)有自己專(zhuān)門(mén)的各行業(yè)有自己專(zhuān)門(mén)的調(diào)速器調(diào)速器。渦輪發(fā)電機(jī)采用的離心式調(diào)速器離心式調(diào)速器第40頁(yè)/共45頁(yè)發(fā)動(dòng)機(jī)用油發(fā)動(dòng)機(jī)用油離心式調(diào)速器的工作原理：離心式調(diào)速器的工作原理：油箱供油油箱供油油箱供油油箱供油發(fā)動(dòng)機(jī)用油發(fā)動(dòng)機(jī)用油油箱供油油箱供油油箱供油油箱供油進(jìn)油減少進(jìn)油減少速度降低速度降低開(kāi)口增大回開(kāi)口增大回油增加油增加第41頁(yè)/共45頁(yè)本本 章章 總總 結(jié)結(jié)一、重點(diǎn)一、重點(diǎn)1機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)等效動(dòng)力學(xué)模型的概念等效動(dòng)力學(xué)模型的概念；2等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、等效質(zhì)量、等效力矩、等效力的概念及等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、等效質(zhì)量、等效力矩、等效力的概念及計(jì)算方法；計(jì)算方法；3機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算。二、難點(diǎn)二、難點(diǎn)1等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（等效質(zhì)量）、等效力矩（等效力）的計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（等效質(zhì)量）、等效力矩（等效力）的計(jì)算為了計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（等效質(zhì)量）、等效力矩（等效力），可以從等效構(gòu)為了計(jì)算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（等效質(zhì)量）、等效力矩（等效力），可以從等效構(gòu)件的動(dòng)能與原機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)能相等，以及等效力矩（等效力）的瞬時(shí)功率與件的動(dòng)能與原機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)能相等，以及等效力矩（等效力）的瞬時(shí)功率與原機(jī)械系統(tǒng)的所有外力的瞬時(shí)功率之和相等入手求解。原機(jī)械系統(tǒng)的所有外力的瞬時(shí)功率之和相等入手求解。