2022年速度波动的调节总复习题及解答 .pdf
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1、陆宁编写机械设计基础总复习题及解答1第七章转子速度波动的调节一. 考点提要1. 主轴的角速度在经过一个运动周期之后又变回到初始状态,其平均角速度是一个常数,这种角速度的波动称为周期性速度波动。. 速度周期性波动的原因是,在整个周期中,驱动力作功与阻力作功总量相等,没有动能的持续增减,因此平均角速度不变。但是在某个阶段,驱动力作功与阻力作功是不相等的,有动能的增加或减少,因此出现了角速度的变化。. 平均角速度是最大角速度和最小角速度的算术平均值:2minmaxm(). 速度不均匀系数是衡量速度波动程度的量,其值为:mminmax().周期性速度波动的调节方法是在机械上安装一个转动惯量比较大的回转
2、构件飞轮。当驱动功大于阻力作功的期间,多余的动能储存在飞轮中,使转速随动能的增加而增加,驱动功比阻力功大的部分称盈功。当驱动功小于阻力作功的期间,储存在飞轮中的动能维持构件继续转动, 使转速随动能的降低而降低。驱动功小于阻力功的不足部分称亏功。最大动能和最小动能的差值称最大盈亏功maxA,数值上等于动能的最大变化量E。)(212min2maxmaxHAE把()()代入得:90022max2maxnAAJm()式中:min/;/rnsradm是是平均角速度6. 等效力和等效力矩在机械系统运动工作中,某个构件的瞬时功率为:isiiiiivFMPcos式中的iM代表标号为第i 的任意一个构件所受力矩
3、;i代表第 i 个任意构件的角速度;iF代表第 i 个构件的受力;siv代表第 i 个构件质心的线速度;i为第 i 个构件受力方向与质心速度方向的夹角。则整个系统的瞬时功率为:名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 15 页 - - - - - - - - - 陆宁编写机械设计基础总复习题及解答2niisiiniiivFMP11cos用作用在某个构件上的等效力矩代替所有的力和力矩,其瞬时功率应相等,所以有:niisiiniiievFMM11cos(74) 用作用在
4、某个构件上的等效力代替所有的力和力矩,同理有:niisiiniiievvFvMF11cos(75) 6.等效质量和等效转动惯量在机械系统中任意一个构件的动能为:222121siiisiivmJE式中的siJ代表标号为第i 的任意一个构件对其质心的转动惯量;i代表第 i 个任意构件的角速度;im代表第 i 个构件的质量;siv代表第 i 个构件质心的线速度;Ei代表第i 个构件的动能。则系统的总动能为所有n 个构件动能之和,为:nisiiniisivmJE12122121等效转动构件的动能为:221eJE式中的eJ为等效构件应有的转动惯量;为其角速度;等效平动构件的动能为:221vmEe式中的e
5、m为等效构件应有的质量;v为其线速度;由于等效构件的动能应等于系统总动能,所以得等效转动惯量为:2121)()(sinisiinisievmJJ(7.6) 同理,得等效质量为2121)()(vvmvJmsinisiinisie( 77)二. 典型解题范例名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 15 页 - - - - - - - - - 陆宁编写机械设计基础总复习题及解答3例 1 某机组作用在主轴上的阻力矩rM变化曲线如图96所示。已知主轴上的驱动力矩dM为常数,
6、主轴平均角速度小25/mrads。 机械运转不均匀系数0.02。 (1)求驱动力矩dM ;(2) 求最大盈亏功maxA;(3) 求安装在主轴上的飞轮的转动惯量J; (4)若将飞轮安装在转速为主轴3 倍的辅助轴上,求飞轮转转动惯量J 。 图.1 阻力矩rM变化曲线解: (1)求dM给定dM为常数故dM为水平直线。 ,在一个运动循环中驱动力矩所做的功为2dM,它应等于一个运动循环阻力矩所作的功,即 2(10024002)2004dMN mN m由此可作出dM水平直线。 (2)求maxA将dM与rM曲线的交点分别标注o、a、b、c、d,将各区间dM与rM曲线所围面积分为盈功和亏功,并标注“”号或一”
7、号,然后根据各区间盈亏功的数值大 小 按比 例 作能 量指 示图 ( 图 9 7b) 如下 :首 先 自o 向上 作oa 区 间 得盈 功,1002oaAN m;其次,向下作ab 区间得亏功3004abAN m。依此类推,直到画完最后个封闭向量do。由图可知, ad 区间出现最大盈亏功,其绝对值为 max(300100300)314.16424abbccdAAAAN mN m名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页,共 15 页 - - - - - - - - - 陆宁
8、编写机械设计基础总复习题及解答4 (3) 求安装在主轴上的飞轮转动惯量J 22max22314.1625.13250.02mAJkg mkg m例2 在图7.2 所示曲柄滑块机构中,设已知各构件的尺寸、质量m、质心位置S、转动惯量SJ,构件 1的角速度1。又设该机构上作用有常量外力(矩 )1M、3R、2F。试:(1)写出在图示位置时,以构件1为等效构件的等效力矩和等效转动惯量的计算式。(2)等效力矩和等效转动惯量是常量还是变量?若是变量则需指出是机构什么参数的函数,为什么? 图 7.2 例题2 图 解: 02223311122233111coscos180cosssssF vR vMMF vR
9、 vM2222321223111ssSVVJJmJm因M、J分别和速度比、速度平方有关,而连杆机构中速度比与机构位置有关,速度比是变量,故等效力矩和等效转动惯量变变量,它们是曲柄位置的函数。 三习题(一) 问答题1 一个工作循环中,作用到主轴上的驱动力矩和输出摇杆上的生产阻力矩都是常数,这时是否需要安装飞轮?为什么?2. 对工作中开停机频繁的机器,如装有较大转动惯量的飞轮,会给机器带来什么影响?3.机器运转是否是越转速均匀越好?4. 在稳定运转时期,机器速度波动为什么要用速度不均匀系数表示,而不用速度的差值表示?5. 机器装了飞轮是否可以彻底消除速度波动?名师资料总结 - - -精品资料欢迎下
10、载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页,共 15 页 - - - - - - - - - 陆宁编写机械设计基础总复习题及解答56. 当机器内有多根转轴可安装飞轮时,应安装在高速轴上还是低速轴上?7。非周期性的速度波动是否可用飞轮调节?(二)填空题1若不考虑其他因素,单从减轻飞轮的重量上看,飞轮应安装在轴上。2大多数机器的原动件都存在运动速度的波动,其原因是驱动力所作的功与阻力所作的功保持相等。3若已知机械系统的盈亏功为( )max,等效构件的平均角速度为m,系统许用速度不均匀系数为 , 未加飞轮时,系统的
11、等效转动惯量的常量部分为Jc, 则飞轮的转动惯量J 。4. 机器做变速稳定运转的条件是(三)判断题1. 为了减小飞轮的转动惯量,应将飞轮安装在主轴上2. 周期性速度波动的构件,在一个周期内其动能的增量是零3. 在稳定运转状态下机构的周期性速度波动也可以用调速器调节.机器中每一个零件的转动惯量都取大些,对周期性速度波动也可以象飞轮一样起调节作用. 只要安装的飞轮的转动惯量足够大,就可以完全消除速度的波动. 速度不均匀系数选得越小越好,可以使速度波动减小 (四)选择题1在机械系统速度波动的一个周期中的某一时间间隔内,当系统出现时,系统的运动速度,此时飞轮将能量。A亏功,减小,释放;B亏功,加快,释
12、放;C盈功,减小,储存;D盈功,加快,释放。2为了减小机械运转中周期性速度波动的程度,应在机械中安装。A调速器B飞轮C变速装置3若不考虑其它因素,单从减轻飞轮的重量上看,飞轮应安装在。A高速轴上B低速轴上 C任意轴上4在机械系统中安装飞轮后可使其周期性速度波动。A消除B减少C增加5机器安装飞轮后,原动机的功率可以比未安装飞轮时。A.一样B大C小D a、c 的可能性都存在6机器运转出现周期性速度波动的原因是。A机器中存在往复运动构件,惯性力难以平衡。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - -
13、- - 第 5 页,共 15 页 - - - - - - - - - 陆宁编写机械设计基础总复习题及解答6B机器中各回转构件的质量分布不均匀。C在等效转动惯量为常数时,各瞬时驱动功率和阻抗功率不相等,但其平均值相等,且有公共周期。D机器中各运动副的位置布置不合理。7有三个机械系统,它们主轴的max和min分别是:A1035 rad/s, 975 rad/s B 512.5 rad/s,487.5 rad/s C 525 rad/s, 475 rad/s 其中,运转最不均匀的是,运转最均匀的是。(五)计算题1. 机械系统的等效阻力矩的变化如图7.3 中实线所示呈三角形分布。等效构件的平均角速度为
14、min/1000r,系统的许用运转速度波动系数05.0,不计其余构件的转动惯量。求所需飞轮的转动惯量。图 7.3 题 1 图2. 某发动机等效输出转矩dM如图7.4 中粗实线所示,主轴为等效构件,其平均转速为min/1000rnm,等效阻力矩为常数,飞轮装在主轴上, 要求速度不均匀系数为05.0求:1)等效阻力矩的大小2)最大盈亏功3)飞轮的转动惯量名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页,共 15 页 - - - - - - - - - 陆宁编写机械设计基础总复习题及
15、解答7图 7.4 题 7.2.15 图3. 如图 7.5 的实线所表示的是某转子的等效阻力矩变化曲线,转子的平均转速为120r/min ,速度不均匀系数02.0时应安装在该转子所在轴上的飞轮的转动惯量并求出驱动该转子电动机应有的功率。4 . 如图 7.6 所示的电机驱动剪床机组中,已知电动机的转速1500r/min及作用在主轴上的阻力矩rM,设驱动力矩为常数,机组各构件的等效转动惯量忽略不计,速度不均匀系数05. 0,求应安装在电机轴上的飞轮转动惯量JF及电动机的驱动功率。 图 7.6 题 4 图 5. 图 7.7 是一多缸发动机转化到曲柄上的等效驱动力矩Md和等效阻力矩Mr在一个运动循环中的
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