機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第5版楊可楨(9)

1、天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 第第7章章 機(jī)械運轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)機(jī)械運轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)71 機(jī)械運轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法機(jī)械運轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法72 飛輪的近似設(shè)計方法飛輪的近似設(shè)計方法73 飛輪主要尺寸的確定飛輪主要尺寸的確定天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 一、研究內(nèi)容及目的一、研究內(nèi)容及目的1. 研究在外力作用下機(jī)械的真實運動規(guī)律，目的是研究在外力作用下機(jī)械的真實運動規(guī)律，目的是為運動分析作準(zhǔn)備。為運動分析作準(zhǔn)備。 前述運動分析曾假定是常數(shù)，但實際上是變化的設(shè)計新的機(jī)械，或者分析現(xiàn)有機(jī)械的工作性能時，往往想知道機(jī)械運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性、構(gòu)件的慣性力以及在運動副中產(chǎn)生的反力的大

2、小、Vmax amax的大小，因此要對機(jī)械進(jìn)行運動分析。而前面所介紹的運動分析時，都假定運動件作勻速運動(const)。但在大多數(shù)情況下，const，而是力、力矩、機(jī)構(gòu)位置、構(gòu)件質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)的函數(shù)：F(P、M、m、J)。只有確定了的原動件運動的變化規(guī)律之后，才能進(jìn)行運動分析和力分析，從而為設(shè)計新機(jī)械提供依據(jù)。這就是研究機(jī)器運轉(zhuǎn)的目的。2. 研究機(jī)械運轉(zhuǎn)速度的波動及其調(diào)節(jié)方法，目的是使研究機(jī)械運轉(zhuǎn)速度的波動及其調(diào)節(jié)方法，目的是使機(jī)械的轉(zhuǎn)速在允許范圍內(nèi)波動，而保證正常工作。機(jī)械的轉(zhuǎn)速在允許范圍內(nèi)波動，而保證正常工作。71 機(jī)械運轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法機(jī)械運轉(zhuǎn)速度波動調(diào)節(jié)的目的和方法運動

3、分析時，都假定原動件作勻速運動運動分析時，都假定原動件作勻速運動: :constconst實際上是多個參數(shù)的函數(shù)：實際上是多個參數(shù)的函數(shù)：F(PF(P、M M、m m、J)J)力、力矩、機(jī)構(gòu)位置、構(gòu)件質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 機(jī)械的運轉(zhuǎn)過程機(jī)械的運轉(zhuǎn)過程穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段的狀況有：穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段的狀況有：勻速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)：勻速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)：常數(shù)常數(shù)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)周期周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)：變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)：(t)=(t+T(t)=(t+Tp p) )啟動啟動三個階段：啟動、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)、停車。三個階段：啟動、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)、停車。非非周期周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn) t停止停止m m t穩(wěn)定運轉(zhuǎn)穩(wěn)定運

4、轉(zhuǎn)啟動啟動停止停止啟動啟動m m t 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)穩(wěn)定運轉(zhuǎn) 停止停止勻速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，速度勻速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，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，會產(chǎn)生以下不良后果：天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 速度波動產(chǎn)生的不良后果速度波動產(chǎn)生的不良后果：在運動副中引起附加動壓力，加劇磨損，使工作可在運動副中引起附加動壓力，加劇磨損，使工作可 靠性降低?？啃越档?。引起彈性振動，消耗能量，使機(jī)械效率降低。引起彈性振動，消耗能量，使機(jī)械效率降低。影響機(jī)械的工藝過程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。影響機(jī)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

5、故。為了減小這些不良影響，就必須對速度波動范圍進(jìn)行為了減小這些不良影響，就必須對速度波動范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 二、產(chǎn)生周期性波動的原因二、產(chǎn)生周期性波動的原因作用在機(jī)械上的驅(qū)動力矩作用在機(jī)械上的驅(qū)動力矩Md ()和阻力矩和阻力矩Mr ()往往是往往是原動機(jī)轉(zhuǎn)角的周期性函數(shù)。原動機(jī)轉(zhuǎn)角的周期性函數(shù)。分別繪出在一個運動循環(huán)內(nèi)的變化曲線。dMWadd)()(dMWarr)()()()(rdWWE動能增量：動能增量：MdMra bcde aadMMrd)()(在一個運動循環(huán)內(nèi)，驅(qū)動力矩在一個運動循環(huán)內(nèi)，驅(qū)動力矩和阻力矩所作的功分別為：和阻力矩所作的功分別為：分析以上

6、積分所代表的的物理含義2221)()(21aaJJ根據(jù)能量守恒，外力所作功等于動能增量。MdaMra天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 MdMra bcde a力矩所作功及動能變化力矩所作功及動能變化: :MdMr盈功盈功“”b-cb-cMdMr盈功盈功“”d-ed-eM Md dMm 則：則： J JE = J2m/2 = J2m/2飛輪調(diào)速的實質(zhì)：飛輪調(diào)速的實質(zhì)：起能量儲存器的作用。轉(zhuǎn)速增高時，起能量儲存器的作用。轉(zhuǎn)速增高時，將多于能量轉(zhuǎn)化為飛輪的動能儲存起來，限制增速的幅將多于能量轉(zhuǎn)化為飛輪的動能儲存起來，限制增速的幅度；轉(zhuǎn)速降低時，將能量釋放出來，阻止速度降低。度；轉(zhuǎn)速降低時，將能量

7、釋放出來，阻止速度降低。鍛壓機(jī)械在一個運動循環(huán)內(nèi)，工作時間短，但載荷峰鍛壓機(jī)械在一個運動循環(huán)內(nèi)，工作時間短，但載荷峰值大，利用飛輪在非工作時間內(nèi)儲存的能量來克服尖值大，利用飛輪在非工作時間內(nèi)儲存的能量來克服尖峰載荷，選用小功率原動機(jī)以降低成本。峰載荷，選用小功率原動機(jī)以降低成本。應(yīng)用：應(yīng)用：玩具小車玩具小車幫助機(jī)械越過死點，如縫紉機(jī)。幫助機(jī)械越過死點，如縫紉機(jī)。 天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 MdMrEa bcde a三、三、A Amax的確定方法的確定方法在交點位置的動能增量在交點位置的動能增量E E正好是正好是從起始點從起始點a到該交點區(qū)間內(nèi)各代表到該交點區(qū)間內(nèi)各代表盈虧功的陰影面

8、積代數(shù)和。盈虧功的陰影面積代數(shù)和。A AmaxE EmaxE Emin E EmaxEmax、Emin出現(xiàn)的位置：出現(xiàn)的位置：在曲線在曲線Md與與 Mr的交點處。的交點處。E(E() )曲線上從一個極值點躍變到曲線上從一個極值點躍變到另一個極值點的高度，正好等于另一個極值點的高度，正好等于兩點之間的陰影面積兩點之間的陰影面積(盈虧功)。作圖法求作圖法求A Amax：任意繪制一水平線，并分割成對應(yīng)的區(qū)間，從任意繪制一水平線，并分割成對應(yīng)的區(qū)間，從左至右依次向下畫箭頭表示虧功，向上畫箭頭表示盈功，箭頭左至右依次向下畫箭頭表示虧功，向上畫箭頭表示盈功，箭頭長度與陰影面積相等，由于循環(huán)始末的動能相等，

9、故能量指示長度與陰影面積相等，由于循環(huán)始末的動能相等，故能量指示圖為一個封閉的臺階形折線。則最大動能增量及最大盈虧功等圖為一個封閉的臺階形折線。則最大動能增量及最大盈虧功等于指示圖中于指示圖中最低點最低點到到最高點最高點之間的高度值。之間的高度值。 強(qiáng)調(diào)不一定是相鄰點 A Amax E Emaxmax E Eminmin可用折線代替曲線求得E天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 舉例：舉例：已知驅(qū)動力矩為常數(shù)，阻力矩如圖所示，主軸已知驅(qū)動力矩為常數(shù)，阻力矩如圖所示，主軸的平均角速度為：的平均角速度為：m=25 1/s,不均勻系數(shù)不均勻系數(shù)0.05，求求主軸飛輪的轉(zhuǎn)動慣量主軸飛輪的轉(zhuǎn)動慣量J。解

10、：解：1)求求Md , 在一個循環(huán)內(nèi)，在一個循環(huán)內(nèi)，Md和和Mr所作的功相等，于是：所作的功相等，于是：2021dMMrd5)10221(2102121作代表作代表 Md的直線如圖。的直線如圖。2)求求Amax各陰影三角形的面積分別為：各陰影三角形的面積分別為：三個三角形面積之和0 0/4/4/4/43/43/43/43/49/89/89/89/811/811/81111/8/813/813/81313/8/815/815/81515/8/8221010/16/16 -20-20/16/16 1515/16/16 -10-10/16/16 1010/16/16-10-10/16/165/165

11、/16區(qū)間區(qū)間面積面積1010Mr作能量指示圖22kN-m3/23/20 0書上例題自學(xué)Md天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 由能量指示圖，得：由能量指示圖，得：Amax10/83.93 KN-mJ Amax /2m3.9310/(0.05252)Amax 126 kgm2天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 輪形飛輪：由輪形飛輪：由輪轂、輪輻輪轂、輪輻和和輪緣輪緣三部分組成。三部分組成。輪轂輪轂輪幅輪幅輪緣輪緣JA73 飛輪主要尺寸的確定飛輪主要尺寸的確定其輪轂和輪緣的轉(zhuǎn)動慣量較小，可忽略不計。其轉(zhuǎn)其輪轂和輪緣的轉(zhuǎn)動慣量較小，可忽略不計。其轉(zhuǎn)動慣量為：動慣量為： 主要尺寸：主要尺寸：寬度

12、寬度B B、輪緣厚度、輪緣厚度H H、平均值徑、平均值徑D Dm mHBDm22mDmJ42mmD天津工業(yè)大學(xué)專用 作者： 潘存云教授 mV =DmHB 為材料密度按照機(jī)器的結(jié)構(gòu)和空間位置選定按照機(jī)器的結(jié)構(gòu)和空間位置選定Dm之后，可得飛輪質(zhì)量：之后，可得飛輪質(zhì)量：選定飛輪的材料和比值選定飛輪的材料和比值H/B之后，可得飛輪截面尺寸。之后，可得飛輪截面尺寸。盤形飛輪：盤形飛輪：BD2221DmJ82mD選定圓盤直徑選定圓盤直徑D，可得飛輪的質(zhì)量：，可得飛輪的質(zhì)量：mVD2B =4選定飛輪的材料之后，可得飛輪的寬度選定飛輪的材料之后，可得飛輪的寬度B。為保證安全，飛輪的外圓線速度不能超過許用值：為保證安全，飛輪的外圓線速度不能超過許用值：鑄鐵飛輪：鑄鐵飛輪：