第15章机械的调速与平衡PPT课件

.
2
• 机械运转速度波动的原因
– 机械是在外力(驱动力和阻力)作用下运转的，驱动力所 作的功是机械的输入功，阻力所作的功是机械的输出 功。输入功与输出功之差形成机械动能的增减。
– 如果输入功在每段时间都等于输出功，则机械的主轴 保持匀速转动。
– 当输入功大于输出功时，出现盈功。当输入功小于输 出功时，出现亏功。
• （1）起动阶段 机械中原动件的速度由零逐渐增加到正常工作速度，机 械作加速运动。
• （2）稳定运转阶段 机械中原动件的平均速度保持稳定，为一常数。其 可分为i两种情况：等速稳定运转和变速稳定运转。
• （3）停车阶段 机械中原动件的速度从正常工作速度逐渐下降到零。
• 多数机械都有上述三个运转过程，但也有像卷扬机、挖泥机等机械没 有明显的稳定运转阶段。
表15-１ 机械运转不均匀系数的许用值
二、飞轮设计的基本原理
–飞轮设计的基本问题是：已知作用在主轴上的驱动力矩和阻 力矩的变化规律，要求在机械运转速度不均匀系数δ的容许 范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量。
.
13
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
.
6
图15-1 周期性速度波动
.
7
– 动能变化数值相同时，飞轮的转动惯量J越大，角速 度ω的波动越小。
– 由于飞轮能利用储蓄的动能克服短时过载，故在确定 原动机额定功率时只需考虑它的平均功率，而不必考虑 高峰负荷所需的瞬时最大功率。
– 因此，安装飞轮不仅可避免机械运转速度发生过大的 波动，而且可以选择功率较小的原功机。
.
9
– 非周期性速度波动不能 依靠飞轮来迸行调节。 只能采用特殊的装置— —调速器，使驱动力作 的功和阻力作的功趋于 平衡，以使机械重新恢 复稳定运转。
– 图15-2所示为机械式离心 调速器的工作原理图。
–现代机械上已改用电子器 件实现自动控制。
.
图15-2 离心调速器
10
§15-2 飞轮设计的近似方法
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
max min m
(7 3)
– 若巳知m和δ，则可得
max
m
1
2
(7 4)
min
m
1
2
(7 5)
由上式可知，越小，主轴越接近匀速转动，机械运转就愈
平稳。
.
12
– 各种不同机械许用的机械运转速度不均匀系数δ，是根 据它们的工作要求确定的。表15-1列出了一些常用机 械运转不均匀系数的许用值 。
图15-3 J 变化曲线
2) 当J与ωm一定时， Wmax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。
– 采取措施把机械运转速度波动控制在容许范围之内， 以减小其产生的不良影响，称为机械速度波动的调节。
.
4
• 机械速度波动调节的目的
– 使上述不良影响限制在容许范围之内。
一、周期性速度波动
当外力作周期性变 化时，机械主轴的 角速度也作周期性 的变化，如图15-1 虚线所示。机械的 这种有规律的、周 期性的速度变化称 为周期性速度波动。
第十五章 机械的调速与平衡
15.1 机械运转过程及速度波动的调节 15.2 飞轮设计的近似方法 15.3 机械的惯性及载荷平衡 15.4 刚体回转的平衡
.
1
15.1 机械运转过程及速度波动的调节
• 机械的运转过程
•
机械开始运动到终止运动所经过的时间过程称为机械的运转过程。
该过程可分为三个阶段，即起动阶段、稳定运转阶段及停车阶段。
.
8ห้องสมุดไป่ตู้
二、非周期性速度波动
在机械运转过程中，由于机械驱动力或阻力的不 规则变化等原因使机械动能的平衡关系遭到破坏，因 而使机械的运转速度发生不规则的随机变化，称为非 周期性速度波动。
如果输入功在很长一段时间内总是大于输出功，则 机械运转速度将不断升高，直至超越机械强度所容许 的极限转速而导致机械损坏；反之，如输入功总是小 于输出功，则机械运转速度将不断下降，直至停车。
.
3
– 盈功转化为动能，促使机械动能增加。亏功需动能补 偿，导致机械动能减小。
– 盈功和亏功将引起机械动能的增加和减少，从而引起 机械运转速度的波动。
• 机械运转速度波动的后果
– 机械速度波动会使运动副中产生附加的作用力，降低 机械效率和工作可靠性；会引起机械振动，影响零件 的强度和寿命；还会降低机械的精度和工艺性能，使 产品质量下降。
图15-1 周期性速度波动
.
5
– 周期性速度波动的重要特征是：在一个整周期中， 驱动力所作的输入功与阻力所作的输出功是相等的。 但是在周期中的某段时间内，输人功与输出功却是不 相等的，因而出现速度的波动。
– 调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上 一个转动惯量很大的回转件——飞轮。
– 盈功时飞轮转速略增并将多余的功以动能的形式储 存起来，使机械的速度上升较慢；亏功时飞轮转速略 减并将储存的能量释放出来以补充驱动力功的不足， 使机械的速度下降较慢；从而把速度波动控制在允许 的范围内。图15-1中实线为安装飞轮调节后的速度曲 线。
1 2
J
(
2 max
2 min
)
Jm2
– 由此得到安装在主轴上的飞轮转动惯量
J
Wmax m2
(7 6)
.
14
由
J
Wmax
m 2
可知:
1) 当Wmax与ωm一定时，J与成反
比。如图15-3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。
一、机械运转的平均速度和不均匀系数
–如图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
m
1 T
T
dt
0
(7 1)
– 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
m
. max
min 2
11 (7
– 机械运转速度波动的程度用机械运转速度不均匀系数δ
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
Wmax
Emax
Emin