机械运转速度波动调节学习教案

会计学1机械机械(jxi)运转速度波动调节运转速度波动调节第一页，共24页。机械机械(jxi)的运转过程的运转过程三个阶段：启动、稳定运转、停车。三个阶段：启动、稳定运转、停车。稳定运转阶段的状况稳定运转阶段的状况(zhungkung)有：有： 匀速稳定运转：匀速稳定运转：常数常数周期变速稳定运转：周期变速稳定运转：(t)=(t+Tp)非周期变速稳定运转非周期变速稳定运转 稳定运转稳定运转启启动动t停止停止m m t稳定运转稳定运转启启动动停止停止启动启动m m t 稳定运转稳定运转 停止停止匀速稳定运转时，速度不需要匀速稳定运转时，速度不需要(xyo)调节。调节。后两种情况由于速度的波动，会产生以下不良后果：71 机械运转速度波动调节的目的和方法机械运转速度波动调节的目的和方法第1页/共24页第二页，共24页。速度速度(sd)(sd)波动产生的不良后果：波动产生的不良后果：在运动副中引起附加动压力，加剧磨损，使工作可靠性降低。在运动副中引起附加动压力，加剧磨损，使工作可靠性降低。引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低。引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低。影响机械的工艺过程，使产品质量下降影响机械的工艺过程，使产品质量下降(xijing)(xijing)。 载荷突然减小或增大时，发生飞车或停车事故。载荷突然减小或增大时，发生飞车或停车事故。为了减小这些不良影响，就必须为了减小这些不良影响，就必须(bx)(bx)对速度波动范围进行调节。对速度波动范围进行调节。71 机械运转速度波动调节的目的和方法机械运转速度波动调节的目的和方法第2页/共24页第三页，共24页。二、产生二、产生(chnshng)周期性波动的原因周期性波动的原因作用作用(zuyng)在机械上的驱动力矩在机械上的驱动力矩M,()和阻力和阻力矩矩M()往往是原动机转角的周期性函数。往往是原动机转角的周期性函数。分别绘出在一个运动循环内的变化曲线。分别绘出在一个运动循环内的变化曲线。dMWa)()(dMWa )()()()(WWE 动能动能(dngnng)增量：增量：MMabcdea adMM)()(在一个运动循环内，驱动力矩和阻力矩所作在一个运动循环内，驱动力矩和阻力矩所作的功分别为：的功分别为：分析以上积分所代表的的物理含义2221)()(21aaJJ根据能量守恒，外力所作功等于动能增量。MaMa71 机械运转速度波动调节的目的和方法机械运转速度波动调节的目的和方法第3页/共24页第四页，共24页。MdMrabcdea力矩所作功及动能力矩所作功及动能(dngnng)(dngnng)变化变化: :MM 盈功盈功“”b-cb-cMM 盈功盈功“”d-ed-eM 则：则： J J J J飞轮调速的实质：飞轮调速的实质： 起能量储存器的作用。转速起能量储存器的作用。转速(zhun s)(zhun s)增高时，将多于能量转化为飞轮的动能储存起来，限制增速的幅度；转速增高时，将多于能量转化为飞轮的动能储存起来，限制增速的幅度；转速(zhun s)(zhun s)降低时，将能量释放出来，阻止速度降低。降低时，将能量释放出来，阻止速度降低。应用：应用： 玩具惯性小车；帮助机械越过死点，如缝纫机；锻压机械在一个运动循环内，工作时间短，但载荷玩具惯性小车；帮助机械越过死点，如缝纫机；锻压机械在一个运动循环内，工作时间短，但载荷(zi h)(zi h)峰值大，利用飞轮在非工作时间内储存的能量来克服尖峰载荷峰值大，利用飞轮在非工作时间内储存的能量来克服尖峰载荷(zi h)(zi h)，选用小功率原动机以降低成本。，选用小功率原动机以降低成本。72 飞轮的近似设计方法飞轮的近似设计方法第11页/共24页第十二页，共24页。第12页/共24页第十三页，共24页。第13页/共24页第十四页，共24页。第14页/共24页第十五页，共24页。第15页/共24页第十六页，共24页。MMEabcdea三、三、AmaxAmax的确定的确定(qudng)(qudng)方法方法在交点位置的动能增量在交点位置的动能增量E E正好正好(zhngho)(zhngho)是从起始点是从起始点a a到到该交点区间内各代表盈亏功的阴影面积代数和。该交点区间内各代表盈亏功的阴影面积代数和。A AmaxE EmaxE Emin E EmaxEmaxEmax、EminEmin出现的位置出现的位置(wi zhi)(wi zhi)：在曲线在曲线M M与与 M M的交点处。的交点处。E(E() )曲线上从一个极值点跃变到另一个极值点的高曲线上从一个极值点跃变到另一个极值点的高度，正好等于两点之间的阴影面积度，正好等于两点之间的阴影面积(盈亏功)。作图法求作图法求A Amax：任意绘制一水平线，并分割成对应的区间，从左至右依次：任意绘制一水平线，并分割成对应的区间，从左至右依次向下画箭头表示亏功，向上画箭头表示盈功，箭头长度与阴影面积相等，向下画箭头表示亏功，向上画箭头表示盈功，箭头长度与阴影面积相等，由于循环始末的动能相等，故能量指示图为一个封闭的台阶形折线。则最由于循环始末的动能相等，故能量指示图为一个封闭的台阶形折线。则最大动能增量及最大盈亏功等于指示图中最低点到最高点之间的高度值。大动能增量及最大盈亏功等于指示图中最低点到最高点之间的高度值。 强调不一定是相邻点强调不一定是相邻点! ! A Amax E Emaxmax E Eminmin可用折线代替曲线求得E72 飞轮的近似设计方法飞轮的近似设计方法第16页/共24页第十七页，共24页。举例：已知驱动力矩为常数举例：已知驱动力矩为常数(chngsh)(chngsh)，阻力矩如图所示，主轴的平均角速度，阻力矩如图所示，主轴的平均角速度为：为：m=25 1/s,m=25 1/s,不均匀系数不均匀系数0.050.05，求主轴飞轮的转动惯量，求主轴飞轮的转动惯量J J。解：解：1)1)求求M M , ,在一个在一个(y )(y )循环内循环内，M M和和M M 所作的功相等，于是：所作的功相等，于是： 2021dMM5)10221(2102121作代表作代表(dibio) M(dibio) M的直线如图。的直线如图。2)2)求求A Amax max ，各阴影三角形的面积分别为：各阴影三角形的面积分别为：0 0/4/4/4/43/43/43/43/49/89/89/89/811/811/811/811/813/813/813/813/815/815/815/815/82210/1610/16-10/8-10/815/1615/16-5/8-5/810/1610/16-5/8-5/85/165/16区间区间面积面积 10 10MMM M 能量指示图22kN-m3/23/20 072 飞轮的近似设计方法飞轮的近似设计方法第17页/共24页第十八页，共24页。由能量由能量(nngling)(nngling)指示图，得：指示图，得：A Amaxmax10/810/83.93 KN-m3.93 KN-mJ J A Amaxmax / /2 2m m 3.9310/(0.05252) 126 kgm2A Amaxmax7 72 2 飞轮的近似设计飞轮的近似设计(shj)(shj)方法方法第18页/共24页第十九页，共24页。轮形飞轮：由轮毂、轮辐轮形飞轮：由轮毂、轮辐(lnf)(lnf)和轮缘三部分组成。和轮缘三部分组成。主要尺寸：宽度主要尺寸：宽度B B、轮缘厚度、轮缘厚度H H、平均值径、平均值径DmDm轮毂轮毂(lng)轮幅轮幅轮缘轮缘(ln yun)JA73 飞轮主要尺寸的确定飞轮主要尺寸的确定其轮毂和轮缘的转动惯量较小，可忽略不计。其转动惯量为：其轮毂和轮缘的转动惯量较小，可忽略不计。其转动惯量为： HBDm4222mmmDDmJ第19页/共24页第二十页，共24页。mV =DmHB （为材料为材料(cilio)密度）密度）按照机器的结构和空间位置按照机器的结构和空间位置(wi zhi)选定选定Dm之后，可得飞轮质量：之后，可得飞轮质量：选定飞轮的材料和比值选定飞轮的材料和比值(bzh)H/B之后，可得飞轮截面尺寸。之后，可得飞轮截面尺寸。盘形飞轮：盘形飞轮：822122mDDmJ选定圆盘直径选定圆盘直径D，可得飞轮的质量：，可得飞轮的质量：选定飞轮的材料之后，可得飞轮的宽度选定飞轮的材料之后，可得飞轮的宽度B。为保证安全，飞轮的外圆线速度不能超过许用值：为保证安全，飞轮的外圆线速度不能超过许用值：铸铁飞轮：铸铁飞轮： vmax 36 m/s铸钢飞轮：铸钢飞轮： vmax 50 m/s应当说明，飞轮不一定是外加的专门附件。实际机械中，往往用增大带轮或齿轮的尺寸和质量的方法，使它们兼起飞轮的作用，还应指出，本章介绍的飞轮设计方法，没有考虑除飞轮之外其它构件的动能变化，因而是近似设计。由于机械运转速度不均匀系数容许有一个变化范围，所以这种近似设计可以满足一般的使用要求。BD42BDVm73 飞轮主要尺寸的确定飞轮主要尺寸的确定第20页/共24页第二十一页，共24页。例10-5 在电机驱动(q dn)剪床的机组中，阻力矩M变化曲线如图，驱动(q dn)力矩M=常数，n=1500r/min，=0.05，Jv、JC忽略不计，求安装在电机轴上的飞轮转动惯量JF。M2243解：1、求M 由变速稳定(wndng)运转条件，得：220 MdMNmM5 .462解得：20016005 .4622、求 E1f2f3f3 .4121f3 .12562f8443f3、作功能增量(zn lin)指示图1f2f3f4、确定 WmaxmaxWNmfW3 .12562max5、求JF22max900nWJF202. 1kgm第21页/共24页第二十二页，共24页。例、图a)所示机构中，i12=2，作用在齿轮2上的阻力矩M2()变化规律如图b)所示，作用在齿轮1上的驱动(q dn)力矩M1为常数，n2=100rpm，齿轮2的转动惯量J2=20kgm2，齿轮1的转动惯量忽略不计，试求：1、若=0.03，应安装在O2轴上的飞轮转动惯量JF2；2、若将飞轮装在O1轴上，则其转动惯量JF1应为多少？1O2O1211M2M 2)a2)(2NmM 2003002/2/320)b第22页/共24页第二十三页，共24页。2)(2NmM 2003002/2/320解：1、求M22202 MdM2/10022002/322 MNmM20022M1f2f3f502/1001f502/1002f1002/2003f1f2f3f1003maxfW 2222max254.75900kgmJnWJF2、求 Wmax3、求JF24、求JF12222112121FFJJ22122189.18)(kgmJJFF第23页/共24页第二十四页，共24页。