2.1機械原理-機械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)ppt課件

1、第七章第七章 機械的運轉(zhuǎn)及其速度波動機械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) 機械的運動方程式機械的運動方程式 機械運動方程式的求解機械運動方程式的求解 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)下機械的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)下機械的周期性速度波動及其調(diào)節(jié) 機械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)機械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié) 了解機器運動和外力的定量關(guān)系了解機器運動和外力的定量關(guān)系 了解機器運動速度波動的原因、特點、危害了解機器運動速度波動的原因、特點、危害 掌握機器運動速度波動的調(diào)節(jié)方法掌握機器運動速度波動的調(diào)節(jié)方法本章教學(xué)目的本章教學(xué)目的本章教學(xué)內(nèi)容本章教學(xué)內(nèi)容本章重點：本章重點：等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動慣量、等效力、等效等效

2、質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動慣量、等效力、等效力矩的概念及其計算方法；力矩的概念及其計算方法；機械運動產(chǎn)生速度波動的原因及其調(diào)節(jié)方機械運動產(chǎn)生速度波動的原因及其調(diào)節(jié)方法。法。難點：難點： 計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量時最大盈虧功的計算。計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量時最大盈虧功的計算。 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、由于機械的運動規(guī)律是由各構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量和作用、由于機械的運動規(guī)律是由各構(gòu)件的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量和作用力等因素決定的，隨時間變化而變化，要對機械進行精確的運力等因素決定的，隨時間變化而變化，要對機械進行精確的運動分析和力分析，就要研究在外力作用下，機械的真實運動規(guī)動分析和力分析，就要研究在外力作用

3、下，機械的真實運動規(guī)律。律。2、由于機械在運動過程中會出現(xiàn)速度波動，導(dǎo)致運動副產(chǎn)生、由于機械在運動過程中會出現(xiàn)速度波動，導(dǎo)致運動副產(chǎn)生附加動壓力，并引起振動，從而降低機械使用壽命、效率和工附加動壓力，并引起振動，從而降低機械使用壽命、效率和工作質(zhì)量，因此需研究機械運轉(zhuǎn)過程中，速度的波動及其調(diào)節(jié)方作質(zhì)量，因此需研究機械運轉(zhuǎn)過程中，速度的波動及其調(diào)節(jié)方法。法。運動分析時，都假定原動件作勻速運動，實際上是多個參運動分析時，都假定原動件作勻速運動，實際上是多個參數(shù)的函數(shù)。數(shù)的函數(shù)。二機械運轉(zhuǎn)的三個階段二機械運轉(zhuǎn)的三個階段1. 起動階段起動階段原動件的速度由零逐漸上升到開始穩(wěn)原動件的速度由零逐漸上升到開

4、始穩(wěn)定的過程。定的過程。起 動穩(wěn) 定 運 轉(zhuǎn)停 車圖 11-1根據(jù)動能定理根據(jù)動能定理WdWc=E驅(qū)動功驅(qū)動功阻抗功阻抗功輸出功輸出功Wr和損和損失功失功Wf之和之和動能動能v功功(率率)特征：外力對系統(tǒng)做正功特征：外力對系統(tǒng)做正功 Wd-Wc0v動能特征：系統(tǒng)的動能增加動能特征：系統(tǒng)的動能增加 E=Wd-Wc0v速度特征：系統(tǒng)的速度增加速度特征：系統(tǒng)的速度增加 =0m功能關(guān)系：功能關(guān)系： Wd=Wc+E起 動穩(wěn) 定 運 轉(zhuǎn)停 車圖 11-12. 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段 原動件速度保持常數(shù)或在正常工原動件速度保持常數(shù)或在正常工作速度的平均值上下作周期性的速度波動。作速度的平均值上下作周期性的

5、速度波動。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)定運轉(zhuǎn)等速穩(wěn)定運轉(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上下作周期性速度上下作周期性速度動搖動搖周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)m m t 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)啟動啟動停頓停頓v功功(率率)特征：特征：Wd-WcT=0v動 能 特 征 ：動 能 特 征 ： E = W d -WcT=0v速度特征：速度特征：t=T+t功能關(guān)系：功能關(guān)系： Wd=Wc非周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)非周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn) m m t 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)啟動啟動 停頓勻速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，速度不需要調(diào)節(jié)。勻速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，速度不需要調(diào)節(jié)。后兩種情況由于速度的

6、波動，會產(chǎn)生以下不良后果：后兩種情況由于速度的波動，會產(chǎn)生以下不良后果：在運動副中引起附加動壓力，加劇磨損，使工作可靠性降低。在運動副中引起附加動壓力，加劇磨損，使工作可靠性降低。引起彈性振動，消耗能量，使機械效率降低。引起彈性振動，消耗能量，使機械效率降低。影響機械的工藝過程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。影響機械的工藝過程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。載荷突然減小或增大時，發(fā)生飛車或停車事故載荷突然減小或增大時，發(fā)生飛車或停車事故起 動穩(wěn) 定 運 轉(zhuǎn)停 車圖 11-13. 停車階段停車階段驅(qū)動力為零，機驅(qū)動力為零，機械系統(tǒng)由正常工械系統(tǒng)由正常工作速度逐漸減速，作速度逐漸減速，直到停止。直到停止。v功功(率率)特征：

7、特征：Wd-Wc= -Wcv動能特征：動能特征：E= Wd-Wc= -Wc0v速度特征：速度特征：i+10 ，用，用“+”號表示。號表示。v虧功：虧功：E 0 ，用，用“-”號表示。號表示。v在盈功區(qū)，等效構(gòu)件的在盈功區(qū)，等效構(gòu)件的v在虧功區(qū)，等效構(gòu)件的在虧功區(qū)，等效構(gòu)件的 在一個公共周期內(nèi)：在一個公共周期內(nèi)： Wd = Wr02/2/)(22 aeaaeaaaeredJJdMME Me和和Je的公共周期的公共周期TMTJ；在其始末在其始末Me和和Je分別相同分別相同說明經(jīng)過一個運動循環(huán)之后，機械又回復(fù)到初始狀態(tài)說明經(jīng)過一個運動循環(huán)之后，機械又回復(fù)到初始狀態(tài),其運轉(zhuǎn)其運轉(zhuǎn)速度呈現(xiàn)周期性波動。速

8、度呈現(xiàn)周期性波動。 E 二二. 周期性速度波動的調(diào)節(jié)周期性速度波動的調(diào)節(jié) 速度波動程度的衡量指標(biāo)速度波動程度的衡量指標(biāo)OOTTminminmaxmax(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可反映機械速度波動的絕對量，但不能反映機械運轉(zhuǎn)的不均勻程度?？煞从硻C械速度波動的絕對量，但不能反映機械運轉(zhuǎn)的不均勻程度。2)(minmax m例如：當(dāng)例如：當(dāng)max- min=5rad/s時，對于時，對于m =10 rad/s 和和m =100rad/s的機械，低速機械的速度波動要明顯一些。的機械，低速機械的速度波動要明顯一些。(3). 速度不均勻系數(shù)速度不均

9、勻系數(shù)：角速度變化量和其平均角速度的比：角速度變化量和其平均角速度的比值。工程上用來表示機械運轉(zhuǎn)的速度波動程度。值。工程上用來表示機械運轉(zhuǎn)的速度波動程度。m minmax 對于不同的機器，因工作性質(zhì)不同，對于不同的機器，因工作性質(zhì)不同， 的要求也不同，故規(guī)定的要求也不同，故規(guī)定有許用值有許用值 。常用機械運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)的許用值常用機械運轉(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)mm一定時，一定時，愈小，則差值愈小，則差值maxmaxminmin也愈小，

10、也愈小，說明機器的運轉(zhuǎn)愈平穩(wěn)。說明機器的運轉(zhuǎn)愈平穩(wěn)。周期性速度波動的調(diào)節(jié)周期性速度波動的調(diào)節(jié)一定一定eMeJ機械運轉(zhuǎn)平穩(wěn)機械運轉(zhuǎn)平穩(wěn)eeMJv 為了減少機械運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周期性速度為了減少機械運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的周期性速度波動，常用的方法是在機械中安裝具有波動，常用的方法是在機械中安裝具有較大轉(zhuǎn)動慣量較大轉(zhuǎn)動慣量JF 的飛輪來進行調(diào)節(jié)。的飛輪來進行調(diào)節(jié)。v飛輪相當(dāng)于一個儲能器。飛輪相當(dāng)于一個儲能器。當(dāng)機械出現(xiàn)盈功時，它以動能的形式將多余的能量儲存當(dāng)機械出現(xiàn)盈功時，它以動能的形式將多余的能量儲存起來，使主軸角速度上升幅度減小；起來，使主軸角速度上升幅度減??；當(dāng)出現(xiàn)虧功時，它釋放其儲存的能量，以彌補能量的不

11、當(dāng)出現(xiàn)虧功時，它釋放其儲存的能量，以彌補能量的不足，使主軸角速度下降的幅度減小。足，使主軸角速度下降的幅度減小。飛輪設(shè)計的基本原理飛輪設(shè)計的基本原理MedMerabcdea E maxmin)()(max dMMWered2min2max2121 eeJJ v最大盈虧功最大盈虧功Wmax Emax和和Emin的位置之間所有外力作的功的代的位置之間所有外力作的功的代數(shù)和。數(shù)和。)(21minmaxminmax eJ 2meJ 2maxmeJW v在在Emax處：處：max 對應(yīng)的對應(yīng)的角記作角記作 max max v在在Emin處：處：min 對應(yīng)的對應(yīng)的角記作角記作 minmin maxmin

12、EEv Wmax的求法的求法能量指示圖法能量指示圖法能量指示圖：以能量指示圖：以a點為起點，按一定點為起點，按一定比例用向量線段依次表示相應(yīng)位置比例用向量線段依次表示相應(yīng)位置Med和和Mer之間所包圍的面積之間所包圍的面積Aab、Abc、Acd、Ade和和Aea的大小和的大小和正負(fù)的圖形。正負(fù)的圖形。MedMerabcdea E 00ababAcbcAdcdAedeAaaeA maxAAmax 代表最大盈虧功代表最大盈虧功Wmax的大小的大小飛輪轉(zhuǎn)動慣量飛輪轉(zhuǎn)動慣量JF的計算的計算 ：max2 FemWJJ FeJJ2max mFWJ max2()meFWJJmrn 代代替替用用min)/(9

13、0022max nWJF 結(jié)論：結(jié)論：當(dāng)當(dāng)Wmax與與m一定時，如一定時，如取值很小，則飛輪的轉(zhuǎn)動慣量就需取值很小，則飛輪的轉(zhuǎn)動慣量就需很大。所以，過分追求機械運動速度很大。所以，過分追求機械運動速度 均勻性，將會使飛輪過于笨均勻性，將會使飛輪過于笨重。重。JF 不可能為無窮大，所以不可能為無窮大，所以不可能為零。即周期性速度只能減小，不可能為零。即周期性速度只能減小，不可能消除。不可能消除。當(dāng)當(dāng)Wmax 與與一定時，一定時，JF與與m 的平方成反比。所以，最好將飛的平方成反比。所以，最好將飛輪安裝在機械的高速軸上。輪安裝在機械的高速軸上。 飛輪尺寸的確定飛輪尺寸的確定a)a)輪形飛輪輪形飛輪

14、這種飛輪一般較大，由輪轂、輪輻和輪緣三部分組成。其輪這種飛輪一般較大，由輪轂、輪輻和輪緣三部分組成。其輪轂和輪輻的轉(zhuǎn)動慣量較小，可忽略不計。其轉(zhuǎn)動慣量為：轂和輪輻的轉(zhuǎn)動慣量較小，可忽略不計。其轉(zhuǎn)動慣量為： 輪轂輪轂輪幅輪幅輪緣輪緣JA2gQJJAAF22(/2)4AQDHg)4(212221DDgQA)2/()2/(822HDHDgQAD1D2DHbAgDQJAF42因為因為HD，故忽略，故忽略H2FAgJDQ422Nm式中式中QAD2QAD2稱為飛輪矩，當(dāng)選定飛輪的平均直徑稱為飛輪矩，當(dāng)選定飛輪的平均直徑D D之后，就可求之后，就可求得飛輪的重量得飛輪的重量QAQA。 D60v /n其中其中

15、vv按下表中的安全值選取，以免輪緣因離心力過大而破裂：按下表中的安全值選取，以免輪緣因離心力過大而破裂：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303050 m/s50 m/s14555 m/s輪緣輪輻整鑄輪緣輪輻整鑄整鑄盤形飛輪整鑄盤形飛輪14060 m/s軋鋼制盤形飛輪軋鋼制盤形飛輪17090 m/s100100120 m/s120 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/m3), (N/m3), 那么：那么： QAV=DHb于是于是 HbHbQA/DQA/D對較大的飛輪，取對較大的飛輪，取H1.5bH1.5b；對較小的飛輪

16、，取；對較小的飛輪，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 v=Dn/60 確定確定, ,QAD24gJFvb)b)盤形飛輪盤形飛輪 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 400MNm） 02 Mr例：等效阻力矩例：等效阻力矩Mr變化曲線如圖示，變化曲線如圖示， 等效驅(qū)動力矩等效驅(qū)動力矩Md為常數(shù)，為常數(shù)， m=100 rad/s ， =0.05 ，

17、 不計機器的等效轉(zhuǎn)動慣量不計機器的等效轉(zhuǎn)動慣量J 。求：求：1Md=?； 2） Wmax= ?； 3在圖上標(biāo)出在圖上標(biāo)出max和和min的的位置；位置； 4JF = ? 。解：解：1） Md 2 =（2 400）/2Md = 200 NmMd200abca /23 /2ab50）c（-50）a 2畫能量指示圖畫能量指示圖3） max和和min的位置如的位置如圖示圖示222/628. 005. 0100100smKg )42max mFWJ Wmax= -100 Nm一、非周期性速度波動一、非周期性速度波動7 - 5 非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)非周期性速度波動及其調(diào)節(jié) 機械運轉(zhuǎn)中，Med- Mer

18、 呈無規(guī)律的變化，若長時間處于盈功或虧功狀態(tài)或某瞬間突然遭遇很大載荷變化，使機械主軸的角速度不斷增大或不斷減小，最終導(dǎo)致速度過高飛車而損壞或被迫停車。二、非周期性速度波動的調(diào)節(jié)二、非周期性速度波動的調(diào)節(jié)使驅(qū)動力與生產(chǎn)阻力建立新的平衡關(guān)系，從而獲得新的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。使驅(qū)動力與生產(chǎn)阻力建立新的平衡關(guān)系，從而獲得新的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。各行業(yè)有自己專門的調(diào)速器。各行業(yè)有自己專門的調(diào)速器。渦輪發(fā)電機采用的離心式調(diào)速器發(fā)動機用油發(fā)動機用油離心式調(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)動機用油發(fā)動機用油油箱供油油箱供油油箱供油油箱供油進油減少進油減少速度降低速度降低開口增大開口增大回油增加回油增加本本 章章 總總 結(jié)結(jié)一、重點一、重點1機械系統(tǒng)等效動力學(xué)