《機(jī)械原理》機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動(dòng)的調(diào)節(jié).ppt

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1、第七章 機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動(dòng)的調(diào)節(jié),,◆ 機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方程式 ◆ 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程式的求解 ◆ 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下機(jī)械的周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié) ◆ 機(jī)械的非周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié),◆ 了解機(jī)器運(yùn)動(dòng)和外力的定量關(guān)系 ◆ 了解機(jī)器運(yùn)動(dòng)速度波動(dòng)的原因、特點(diǎn)、危害 ◆ 掌握機(jī)器運(yùn)動(dòng)速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)方法,本章教學(xué)目的,本章教學(xué)內(nèi)容,本章重點(diǎn)： 等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、等效力、等效力矩的概念及其計(jì)算方法； 機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生速度波動(dòng)的原因及其調(diào)節(jié)方法。 難點(diǎn)： 計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)最大盈虧功的計(jì)算。,7-1 概述,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，隨時(shí)間變化而變化，要

2、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，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)過程中，速度的波動(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)參數(shù)的函數(shù)。,二．機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段,1. 起動(dòng)階段——原動(dòng)件的速度由零逐漸上升到開始穩(wěn)定的過程。,根據(jù)動(dòng)能定理 Wd－Wc=E,驅(qū)動(dòng)功,阻抗功輸出功Wr和損失功Wf之和,動(dòng)能,功(率)特征：外力對(duì)系統(tǒng)做正功 Wd-Wc>0,動(dòng)能特征：系統(tǒng)的動(dòng)能增加 E=Wd-Wc>0,速度特征：系統(tǒng)的速度增加 ?=0?

3、?m,2. 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上下作周期性的速度波動(dòng)。,此階段分三種情況： ① ? =常數(shù)——等速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn),② ? ?常數(shù)，但在正常工作速度的平均值?m上下作周期性速度 波動(dòng)——周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn),功(率)特征：Wd-Wc?T=0,動(dòng)能特征：E= Wd-Wc?T=0,速度特征：?t=?T+t,③非周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn),①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。,②引起彈性振動(dòng)，消耗能量，使機(jī)械效率降低。,③影響機(jī)械的工藝過程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。,④載荷突然減小或增大時(shí)，發(fā)生飛車或停車事故,3. 停車階段——驅(qū)動(dòng)力為零，機(jī)械系統(tǒng)由正常工作速度逐漸減

4、速，直到停止。,功(率)特征：Wd-Wc= -Wc,動(dòng)能特征：E= Wd-Wc= -Wc<0,速度特征：?i+10 ，用“+”號(hào)表示。 虧功：?E <0 ，用“-”號(hào)表示。 在盈功區(qū)，等效構(gòu)件的??? 在虧功區(qū)，等效構(gòu)件的?? ?,在一個(gè)公共周期內(nèi)： Wd = Wr,Me和Je的公共周期——TM?TJ；在其始末Me和Je分別相同,說明經(jīng)過一個(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)。,,,,,,,,,,,,,二. 周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié),速度波動(dòng)程度的衡量指標(biāo),(1). 平均角速度 ?m,(2). 角速度的變化量?max- ?min,可反映機(jī)械速度波動(dòng)的絕對(duì)量，但不能反映機(jī)械

5、運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻程度。,例如：當(dāng)?max- ?min=5rad/s時(shí)，對(duì)于?m =10 rad/s 和?m =100rad/s的機(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)?：角速度變化量和其平均角速度的比值。工程上用來表示機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度波動(dòng)程度。,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[?] 。,常用機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)的許用值[?],上述各速度量間的關(guān)系：,可知，當(dāng)ωm一定時(shí)，δ愈小，則差值ωmax－ωmin也愈小，說明機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)愈平穩(wěn)。,周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié),,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)械中安裝具有較大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF 的飛

6、輪來進(jìn)行調(diào)節(jié)。,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)存起來，使主軸角速度上升幅度減??； 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，使主軸角速度下降的幅度減小。,飛輪設(shè)計(jì)的基本原理,最大盈虧功?Wmax —— Emax和Emin的位置之間所有外力作的功的代數(shù)和。,在Emax處：?max 對(duì)應(yīng)的?角記作?? max,在Emin處：?min 對(duì)應(yīng)的?角記作?? min,?Wmax的求法——能量指示圖法,能量指示圖：以a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Med和Mer之間所包圍的面積Aab、Abc、Acd、Ade和Aea?的大小和正負(fù)的圖形。,a

7、,Amax 代表最大盈虧功?Wmax的大小,飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF的計(jì)算 ：,,結(jié)論： 當(dāng)?Wmax與?m一定時(shí)，如[?]取值很小，則飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就需很大。所以，過分追求機(jī)械運(yùn)動(dòng)速度 均勻性，將會(huì)使飛輪過于笨重。 JF 不可能為無窮大，所以[?]不可能為零。即周期性速度只能減小，不可能消除。 當(dāng)?Wmax 與[?]一定時(shí)，JF與?m 的平方成反比。所以，最好將飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。,飛輪尺寸的確定,因?yàn)镠<

8、飛輪,鋼制飛輪,輪緣輪輻整鑄,輪緣輪輻分鑄,30～50 m/s,145～55 m/s,輪緣輪輻整鑄,整鑄盤形飛輪,140～60 m/s,軋鋼制盤形飛輪,170～90 m/s,100～120 m/s,設(shè)輪緣的寬度為b，比重為γ(N/m3), 則：,QA＝Vγ=πDHbγ,于是 Hb＝QA/πDγ,對(duì)較大的飛輪，取H≈1.5b；對(duì)較小的飛輪，取H≈2b。,當(dāng)選定H或b之后，另一參數(shù)即可求得。,D由圓周速度：v=πDn/60 確定,,QAD2＝4gJF,<[v],b)盤形飛輪,當(dāng)選定飛輪材料和直徑D之后，可確定飛輪寬度B。,例：等效阻力矩Mr變化曲線如圖示， 等效驅(qū)動(dòng)力矩Md為常數(shù)， ?m

9、=100 rad/s ， [?]=0.05 ， 不計(jì)機(jī)器的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J 。 求：1）Md=?； 2） ?Wmax= ?； 3）在圖上標(biāo)出??max和??min的位置； 4）JF = ? 。,解：1） Md ?2? =（2? ?400）/2,Md = 200 Nm,,??max,??min,2）畫能量指示圖,3） ??max和??min的位置如圖示,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),機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中，Med- Mer 呈無規(guī)律的變化，若長(zhǎng)時(shí)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(jī)械主軸的角速度不斷增大或不斷減 小，最終導(dǎo)致速度過高（飛車）而損壞

10、或被迫停車。,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)阻力建立新的平衡關(guān)系，從而獲得新的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。 各行業(yè)有自己專門的調(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)速器的工作原理：,,,,,,,油箱供油,,本 章 總 結(jié),一、重點(diǎn) 1．機(jī)械系統(tǒng)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，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算。,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 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。 2．最大盈虧功?Wmax的計(jì)算 最大盈虧功?Wmax是指機(jī)械系統(tǒng)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中動(dòng)能變化的最大差值，即一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中最大角速度與最小角速度之間盈功與虧功的代數(shù)和，所以其大小不一定等于系統(tǒng)盈功或虧功的最大值，應(yīng)根據(jù)能量指示圖來確定。,作業(yè),7-1、7-2、7-3 、7-4、7-6 、7-9、7-10,謝謝大家！,