机械运转速度波动的调节.ppt

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1、第7章机械运转速度波动的调节航机学院机设教研室2008.10.24如果机械驱动力所作的功=阻力所作的功A驱＝A阻→机械主轴匀速运转(风扇)一.目的:使运动副产生附加动压力→机械振动↑η↓质量↓→必须对机械速度波动进行调节→这类机械容许的范围内(一)调节机器速度波动的目的和方法(二)机器主轴的平均角速度和运转速度不均匀系数但许多机器，每一瞬间A驱≠A阻A驱＞A阻→盈功→机械动能↑A驱＜A阻→亏功→机械动能↓→机械速度的波动§7-1机器运转速度波动调节的目的和方法二.分类与方法:1.周期性的速度波动:图7-1ωmωmaxωminTωt整个周期中A驱＝A阻→某一瞬间A

2、驱≠A阻→引起速度波动。加上转动惯量很大的回转件－飞轮。盈功使飞轮动能↑亏功使飞轮动能↓当外力(驱动力和阻力)作周期性变化→机器主轴ω周期性变化→由图可知,ω在经过一个运动周期T之后又变到初始状态→动能无增减。现象:调节方法:2.非周期速度波动飞轮动能变化：由式可见,飞轮Ｊ越大→使速度波动(实线)↓→同时，飞轮能利用储备的能量克服短时过载→∴可选功率较小的原动机。△Ｅ＝1/2·Ｊ(ω２－ω02)Ｊ－飞轮的转动惯量ωmωmaxωminTωt图7-1调速器→主要调节驱动力。例:离心式调速器图7-2现象:方法:当外力突然发生不规则的较大变化→机器速度不规则的变化、或间

3、歇性的变化→非周期速度波动→不能利用飞轮来调节。2.非周期速度波动燃气、蒸汽机械式调速器节流阀（一）机器运转的平均角速度和不均匀系数§7-2飞轮设计的近似方法P.98如图7-1所示为机械主轴的角速度变化曲线，一个周期内其角速度的实际平均值m可用下式计算这个实际平均值称为机器的“额定转速”。在工程计算中常近似地以其算术平均值来代替，即机械运转速度波动的程度用机械运转速度不均匀系数δ来表示，其定义为角速度波动的幅值(ωmax－ωmin)与平均角速度m之比，即若巳知m和δ，则由式(7-2)和(7-3)可得由上式可知，越小，主轴越接近匀速转动，机械运转就愈平稳。

4、具体见表7-1§7-2飞轮设计的近似方法§7-2飞轮设计的近似方法P.97设计的基本问题:在机器运转不均匀系数δ的容许范围内→确定飞轮Ｊ。（二）飞轮设计的基本原理在一般机械中，其他构件所具有的动能与飞轮相比，其值甚小，因此在近似设计中，可以用飞轮的动能代替整个机械的动能。与飞轮的最大角速度ωmax、最小角速度ωmin对应的机械的动能分别为最大动能Emax、最小动能Emin。Emax与Emin之差表示一个周期内动能的最大变化量。它是由最大盈功或最大亏功转化而来的。机械在一个周期内动能的最大变化量称为最大盈亏功Amax，即§7-2飞轮设计的近似方法由此得到安装在主轴

5、上的飞轮转动惯量由上式可知：当Amax与ωm一定时，J与成反比。如图7-3所示，当取得很小时，飞轮的转动惯量就会很大。所以，过分追求机械运转的速度均匀性，将使飞轮过于笨重，增加成本。JJ-变化曲线§7-2飞轮设计的近似方法当J与ωm一定时，Amax与成正比，表明机械只要有盈亏功，不论飞轮有多大，都不等于零；最大盈亏功愈大，机械运转愈不均匀。J与ωm的平方成反比，即主轴的平均转速越高，所需安装在主轴上的飞轮转动惯量越小。§7-2飞轮设计的近似方法P.97所以为减小飞轮转动惯量，最好将飞轮安装在机械的高速轴上。飞轮也可以安装在与主轴保持固定速比的其他轴上

6、，但必须保证该轴上安装的飞轮与主轴上安装的飞轮具有相等的动能，即或§7-2飞轮设计的近似方法三、最大盈亏功Amax的确定确定飞轮转动惯量的关键是求最大盈亏功。为了确定最大盈亏功，需先确定机械最大动能和最小动能出现的位置，即ωmax和ωmin的位置。常利用能量指示图来解决。图7-4所示为一个周期循环中驱动力矩曲线M′—φ和阻力矩曲线M″—φ。各自与横坐标轴所包围的面积分别表示一个周期循环中驱动力矩和阻力矩所作的功，显然二者是相等的。两曲线交点a，b，c，d应是速度增加或减少的转折点，两曲线所包围的面积S1、S2、S3、S4、S5代表两点之间的盈功或亏功Aoa、Aa

7、b、Abc、Acd和Ado。Aoa为oa区间的盈亏功，以绝对值表示。由图可见，oa区间阻力矩大于驱动力矩，出现亏功，机器动能减小，故标注负号；而ab区间驱动力矩大于阻力矩，出现盈功，机器动能增加，故标注正号。同理，bc、do区间为负，cd区间为正。盈亏功等于机器动能的增减量。动能变化可用能量指示图来表示，如图7-4b所示，按一定比例从o点出发，用矢量线段依次表示相应的盈亏功Aoa、Aab、Abc、Acd和Ado，箭头朝上表示盈功，箭头朝下表示亏功。在oa区间，输入功与输出功之差(盈亏功)为§7-2飞轮设计的近似方法由于机器经历一个周期回到初始状态，其动能增减为零

8、，所以该向量图的首尾应当