第10章 机器的运转及其速度波动的调节.ppt

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1、第10章 机器的运转及其速度波动的调节 10-1 研究机器运转及其速度波动调节的目的 一、研究目的 1 1、在外力作用下机器的运动规律、在外力作用下机器的运动规律 2 2、研究机器速度波动的原因及调节方法、研究机器速度波动的原因及调节方法 二、机器速度波动的类型 1、周期性速度波动、周期性速度波动 危害：危害：引起动压力，效率引起动压力，效率和可靠性和可靠性 。可能在机器中引起振动，影响寿命、强度。可能在机器中引起振动，影响寿命、强度。影响工艺，产品质量影响工艺，产品质量 。2、非周期性速度波动、非周期性速度波动 危害：机器因速度过高而毁坏，或被迫停车。危害：机器因速度过高而毁坏，或被迫停车。

2、下一页通过飞轮调节速度波动与发动机轴相连与发动机轴相连非周期性速度波动调节非周期性速度波动调节方法，调速器方法，调速器请看动画请看动画下一页10-2 机械的运动方程式机械的运动方程式 根据动能定理根据动能定理,此动能增量此动能增量应该等于在该瞬间作用于该应该等于在该瞬间作用于该机械系统的各外力所作的元机械系统的各外力所作的元功之代数和功之代数和d d W W 作用有驱动力矩作用有驱动力矩M M1 1与工作阻力与工作阻力F F3 3，在，在d d t t瞬间其对机构所作的功为：瞬间其对机构所作的功为：下一页机械系统的等效动力学模型机械系统的等效动力学模型 单自由度的机械系统：单自由度的机械系统：

3、整个机器的运动等效到某一构件的运动（整个机器的运动等效到某一构件的运动（转动，移动转动，移动）问题。）问题。引出引出等效力等效力、等效力矩等效力矩、等效质量等效质量、等效转动惯量等效转动惯量概念概念 等效条件：机器的运动不变等效条件：机器的运动不变 选择方法：便于进行机器运动分析的构件为等效构件。选择方法：便于进行机器运动分析的构件为等效构件。等效力或等效力矩所产生的功率等效力或等效力矩所产生的功率 等效质量或等效转动惯量所产生等效质量或等效转动惯量所产生的动能的动能 等效构件计算等效构件计算下一页例例1 1：以构件：以构件1 1为等效构件求为等效构件求J Je e下一页例例2 2：以构件：以

4、构件3 3为等效构件求等效质量为等效构件求等效质量m me e例例3 3：以构件：以构件1 1为等效构件求等效力矩为等效构件求等效力矩M Me e例例4 4：以构件：以构件3 3为等效构件求等效力为等效构件求等效力F Fe e下一页以等效构件来建立机械的运动方程 1 1）以转动构件）以转动构件1 1为等效构件为等效构件建立机械的运动方程建立机械的运动方程2 2）以移动构件）以移动构件3 3为等效构件建立机械的运动方程为等效构件建立机械的运动方程下一页1 1）以转动构件）以转动构件1 1为等效构件，且为等效构件，且Je，Me为常数为常数2 2）以移动构件）以移动构件3 3为等效构件，为等效构件，

5、且且me，Fe为常数为常数10-3 机械的运动方程式机械的运动方程式的求解下一页1.1.产生速度波动的原因产生速度波动的原因10-4 在稳定状态下机械的周期性速度波动及其调节在稳定状态下机械的周期性速度波动及其调节 在一个周期内在一个周期内b处机器能量最小对应处机器能量最小对应EminC处处机器能量最大对应机器能量最大对应Emax下一页b处机器能量最小对应处机器能量最小对应EminC处处机器能量最大对应机器能量最大对应Emax下一页的计算 一个运动循环中等效构件的转角一个运动循环中等效构件的转角 角速度的相角速度的相对差值：对差值：2、周期性速度波动的重要指标周期性速度波动的重要指标 衡量机器

6、运转不均匀程度的重要指标。衡量机器运转不均匀程度的重要指标。下一页如知：如知：和和m m便可求的便可求的 为了调节机器的周期性速度波动为了调节机器的周期性速度波动,可以在选定的可以在选定的等效构件等效构件上安装飞轮。设上安装飞轮。设等效等效构件构件的等效转动惯量为的等效转动惯量为J J e e,飞轮的转动惯量为飞轮的转动惯量为 J J F F,则在则在等效构件等效构件上：上：WW max max-最大盈亏功最大盈亏功如果如果J J e e J JF F,则则 J J e e可以忽略不计可以忽略不计 3 3、利用飞轮调节周期性速度波动、利用飞轮调节周期性速度波动 下一页例题10.1 在柴油发电机

7、机组中，设以柴油机曲轴为等效构件，其等效驱动力矩Md曲线和等效阻力矩M r 曲线如图10.7a所示。已知两曲线所围各面积代表的盈、亏功为：W1=-50Nm、W2=+550Nm、W3=-100Nm、W4=+125Nm、W5=-500Nm、W6=+25Nm、W7=-50Nm；曲轴的转速为600rmin；许用不均匀系数=1/300。若飞轮装在曲轴上，试确定飞轮的转动惯量JF。W W max max=(=(550550100100125)Nm=575 Nm 125)Nm=575 Nm 下一页39、图、图134所示曲柄导杆机构各构件的长度：所示曲柄导杆机构各构件的长度：lAB=200mm,lBC=385

8、mm,各构件质量各构件质量m1=5kg(质心在质心在A点点)，m2=6kg(质心在质心在S2,S2距距B点点lBS=200mm)，JS3=0.2kgm3(质心在质心在c点点)；作用在构件；作用在构件2上的阻力矩上的阻力矩M2=300kg.m。求：求：1)M2换算到曲柄换算到曲柄1上的等效阻力矩上的等效阻力矩Mer及及B点的等效圆周阻点的等效圆周阻力力Fer；2)若若JS1=0.1kg.m2，JS2=0.005kg.m2,求机构换求机构换算到算到1轴上的等效转动惯量轴上的等效转动惯量Je。解步骤：作机构的速度分析解步骤：作机构的速度分析 下一页41、图、图136所示曲柄滑块机构中各构件长度：所示

9、曲柄滑块机构中各构件长度：lAB=150mm,lBC=450mm各构件的质量各构件的质量m1=5kg(质心质心S1在在A点点)，m2=4kg(质心质心S2距距B点为点为LBS2=lBC)，m3=6kg(质心质心S3在在C处处)，各构件在质心处的转动惯量：，各构件在质心处的转动惯量：JS1=0.05kg.m2，JS2=0.1kg.m2,驱动力驱动力Pd=1000N。求：求：1)Pd换算到曲柄换算到曲柄1上上B点的等效圆周力点的等效圆周力Fe；2)机构换算到机构换算到B点的等效质量点的等效质量m。解步骤：作机构的速度分析解步骤：作机构的速度分析 下一页43、图、图138所示提升机构中，所示提升机构

10、中，Z1=Z2=20,Z2=Z3=40,各构各构件绕质心的转动惯量件绕质心的转动惯量J1=J2=0.4kg.m2，J3=0.8kg.m2，D=0.2mm，Q=1600N，M1=500N.m，不计摩擦，以构，不计摩擦，以构件件1为等效构件，求此时系统的等效转动惯量为等效构件，求此时系统的等效转动惯量Je及等效力矩及等效力矩Me。解：解：；下一页完10.510.5 在图示定轴轮系中，已知各轮齿数分别为z1=z2=20，z2=z3=40，各轮对其轮心的转动惯量分别为J1=J2=0.01kgm2，J2=J3=0.04kgm2，作用在轮1上的驱动力矩M d60Nm，作用在轮3上的阻力矩M r120 Nm

11、。设该轮系原来静止,试求在M d和M r作用下，运转到t 15s时，轮1的角速度1和角加速度1。10.810.8 某四缸汽油机的曲柄输入力矩M d 随曲柄转角的变化曲线如图所示，其运动周期T=，曲柄的平均转速nm=620r/min。当用该机驱动一个阻抗力矩为常数的机械时，如果要求其速度不均匀系数=0.01，试求：(1)装在曲柄上的飞轮的转动惯量JF（其它构件的转动惯量略去不计）；(2)飞轮的最大角速度max与最小角速度min及其对应的曲柄转角位置max和min 解：1）确定阻抗力：在一个运动循环内驱动功=阻抗功2）求nmax及（max）在b点机构能量最大，=b时有n=nmax3）求装在曲轴上的飞轮上的转动惯量JF发动机用油发动机用油油箱供油油箱供油油箱供油油箱供油发动机用油发动机用油三、速度波动调节的方法三、速度波动调节的方法1.1.对周期性速度波动，可在转动轴上安装一个质量较大对周期性速度波动，可在转动轴上安装一个质量较大的回转体（俗称的回转体（俗称飞轮飞轮）达到调速的目的。）达到调速的目的。2.2.对非周期性速度波动，需采用专门的对非周期性速度波动，需采用专门的调速器调速器才能调节。才能调节。离心式调速器的工作原理离心式调速器的工作原理油箱供油油箱供油进油减少进油减少转速降低转速降低开口增大开口增大回油增加回油增加返回返回