第7章 机械的运转与调速.ppt

第七章机械的运转及其速度波动的调节 MotionofMechanicalSystemsanditsRegulation 7 1研究目的及方法 7 2机械的运动方程式 7 3机械运动方程的求解 7 4机械周期性速度波动及其调节 7 5机械非周期性速度波动及其调节 7 1研究的目的及方法 一 研究内容及目的 机械的运转过程 稳定运转阶段的状况有 稳定运转 周期性速度波动 非周期性速度波动 三个阶段 启动 稳定运转 停车 2 对非周期性速度波动 需采用专门的调速器才能调节 二 速度波动调节的方法 1 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 俗称飞轮 达到调速的目的 本章仅讨论飞轮调速问题 三 作用在机械上的驱动力和生产阻力 一 机器运动方程的一般表达式 动能定律 机械系统在时间 t内的的动能增量 E应等于作用于该系统所有各外力的元功 W 7 2机械的运动方程式 写成微分形式 dE dW 等效替换的条件 2 等效构件所具有的动能应等于原系统所有运动构件的动能之和 1 等效力或力矩所作的功与原系统所有外力和外力矩所作的功相等 Ne Ni Ee Ei 二 机械系统的等效动力学模型 一般结论 取转动构件作为等效构件 取移动构件作为等效构件 由两者动能相等 由两者功率相等 求得等效力矩 得等效转动惯量 由两者功率相等 由两者动能相等 求得等效力 得等效质量 三 运动方程的推演 称为能量微分形式的运动方程式 变换后得 称为能量积分形式的运动方程 称为力矩 或力 形式的运动方程 回转构件 移动构件 或 把表达式 对于以上三种运动方程 在实际应用中 要根据边界条件来选用 一 产生周期性波动的原因 7 4机械周期性速度波动及其调节 在一个循环内 Wd Wr E 0 二 周期性速度波动的调节 平均角速度 m max min 2 定义 max min m为机器运转速度不均匀系数 它表示了机器速度波动的程度 三 飞轮的简易设计 飞轮设计的基本问题 已知作用在主轴上的驱动力矩和阻力矩的变化规律 在 的范围内 确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量JF Md Mr a b c d e a 1 飞轮的调速原理 在主轴上加装飞轮之后 总的转动惯量为 机器总的动能为 E J 2 2 得 Je JF Wmax 2m 称Wmax为最大盈亏功 J Je JF 飞轮调速原理 对于一台具体的机械而言 Wmax m Je都是定值 当JF 运转平稳 飞轮调速的实质 起能量储存器的作用 转速增高时 将多于能量转化为飞轮的动能储存起来 限制增速的幅度 转速降低时 将能量释放出来 阻止速度降低 2 飞轮转动惯量JF的近似计算 所设计飞轮的JF应满足 即 一般情况下 Je JF 故Je可以忽略 于是有 JF Wmax 2m 用转速n表示 JF 900Wmax n2 2 1 2 Wmax越大 机械运转速度越不均匀 3 一般应将飞轮安装在高速轴上 即使安装飞轮 机械总是有波动 所以过分追求机械运转速度的平稳性 将使飞轮过于笨重 3 分析 JF Wmax 2m 四 Wmax的确定方法 作图法求Wmax 任意绘制一水平线 并分割成对应的区间 从左至右依次向下画箭头表示亏功 向上画箭头表示盈功 箭头长度与阴影面积相等 由于循环始末的动能相等 故能量指示图为一个封闭的台阶形折线 则最大动能增量及最大盈亏功等于指示图中最低点到最高点之间的高度值