机械设计基础第5版杨可桢(9)

1、潘存云教授，天津理工大学特约作者，第7章：机械运行速度波动的调节，71章：调节机械运行速度波动的目的和方法，72章：飞轮的近似设计方法，73章：飞轮主要尺寸的确定，潘存云教授，天津理工大学特约作者，1。研究内容和目的。研究机械在外力作用下的真实运动规律，为运动分析做准备。前面提到的运动分析应该是恒定的，但实际上它是可变的。在设计新机械或分析现有机械的工作性能时，我们经常想知道机械运行的稳定性、部件的惯性力、运动副产生的反作用力大小以及Vmax力矩的大小，因此需要对机械进行运动分析。在上述运动分析中，假设运动部件以恒定速度运动。但在大多数情况下，常数是力、力矩、机构位置、构件质量、惯性矩和其他参

2、数的函数。只有在确定了原运动的变化规律后，才能进行运动分析和受力分析，从而为新机械的设计提供依据。这就是研究机器运行的目的。2.研究机械运行速度的波动及其调整方法，目的是使机械转速在允许范围内波动，保证正常运行。71调整机器运行速度波动的目的和方法在运动分析中，假设原始运动部件以：const的匀速运动，这实际上是几个参数的函数：F(P，m，m，j)，力，扭矩，机构位置，部件质量和转动惯量。天津理工大学特约作者潘存云教授，机械的运行过程和稳定运行阶段的状态如下：无周期变速稳定运行、恒速稳定运行，速度不需要调整。在后两种情况下，由于速度的波动，会出现以下不良后果：天津理工大学特约作者潘存云教授，速

3、度波动的不良后果：运动副中会产生附加动压，加剧磨损，降低工作可靠性。导致弹性振动，消耗能量并降低机械效率。影响机械加工，使产品质量下降。当负载突然减少或增加时，就会发生超速或停车事故。为了减少这些不利影响，有必要调整速度波动范围。潘存云教授，天津理工大学特约作者，2。周期性波动的原因是作用在机械上的驱动力矩Md()和阻力矩Mr()通常是原动机转角的周期性函数。分别画出一个运动周期的变化曲线。动能增量：Md、Mr、在一个运动循环中，驱动力矩和阻力力矩所做的功分别为：分析了上述积分所表示的物理意义。根据能量守恒定律，外力做功等于动能增量。天津理工大学特约作者潘存云教授，扭矩做功和动能变化为：在一个

4、循环中，它表明在一个运动循环之后，机器返回到其初始状态，并且其运行速度周期性地波动。Ad=Ar，即：=0，动能曲线E()和速度曲线E()如下所示：E=0，天津理工大学特约作者：潘存云教授，2。对于不定期的速度波动，应采用专用调速器进行调节。离心调速器的工作原理，潘存云教授，天津理工大学特约作者，1。平均速度和机械运转不均匀系数，平均角速度，额定速度，已知主轴角速度：=(t)，这是不容易获得的。算术平均值在工程中经常使用：m(最大最小值)/2，相应的转速为N 60 m/2 rpm。最大最小值代表机器，但当差值相同时，对平均速度的影响也不同。对于具有周期性速度波动的机器，可以通过增加飞轮来调整速度

5、波动的范围。以下描述了相关原则。72飞轮的近似设计方法，潘存云教授，天津理工大学特约作者，如：maxmin，m110和m2100，那么：1 (maxmin)/M1=0.1，2 (Maxmin)/M2=0.01，定义为：(Maxmin)/M是机器运行速度的不均匀系数，它表示机器速度，maxm(1 /2)，我们可以看到，当m不变时，Maxmin之差越小，机器运行越稳定。从m(max min)/2和上述公式可以得出：机器1的速度波动对平均速度的影响程度为1%，而机器2的影响程度达到10%。天津理工大学特约作者潘存云教授根据不同的工作性质对不同的机器取不同的值。设计要求：造纸机1/401/50，纺纱机

6、1/601/100，发电机1/1001/300，破碎机1/51/20，汽车和拖拉机1/201/60，冲剪机1/71/10，切割机1/301表7-1机械运转速度不均匀系数的取值范围。对于活塞式内燃机驱动的发电机，主轴转速的波动范围太大，这将不可避免地影响输出电压的稳定性，因此这类机械应该较小；相反，对于冲床和破碎机等机器，速度波动不会影响它们的工作性能，因此可以做得更大。二、飞轮设计的基本原理和飞轮设计的基本问题：了解作用在主轴上的驱动力矩和阻力力矩的变化规律，并确定安装在主轴上的飞轮在一定范围内的转动惯量JF。天津理工大学特约作者：潘存云教授，飞轮调速原理，JJF，在B位置，动能和角速度为Em

7、in，min。在主轴上增加飞轮后，总惯性矩可以近似为：增加飞轮的目的是增加机器的惯性矩，然后调节速度波动。为什么增加飞轮后速度波动会减小？机器的总动能约为：E=J2/2，而在位置c: Emax，max，盈亏功和动能增量在区间b-c:Amax e emax-Emin，j (2max-2min)/2，j2m，J=Amax /2m时达到最大，这称为最大盈亏，当它很小时，J，2)当J和m不变时，Amax-成比例。也就是说，Amax越大，机器的运行速度越不均匀。4)J与M的平方成反比，即平均速度越高，飞轮的惯性越小。过分追求机械运转速度的稳定性会使飞轮过重。3)因为J、Amax和M是有限值，所以不可能是

8、“0”。即使安装了飞轮，机器也总是在波动。天津理工大学特约作者潘存云教授认为，飞轮也可以安装在其他轴上，但飞轮和飞轮的动能必须相等，即get: J=J2m /2m，如果m m: J J，E=J2m/2=J2m/2，飞轮调速的实质就是发挥储能作用。当转速增加时，更多的能量转化为飞轮的动能并储存起来，这限制了转速的增加。当转速降低时，能量被释放以防止转速降低。在一个运动周期内，锻压机械的工作时间较短，但峰值载荷较大。利用飞轮在非工作时间储存的能量来克服峰值负载，选择低功率的原动机来降低成本。用途：玩具小车，帮助机器过死点，如缝纫机。天津理工大学特约作者：潘存云教授、3。Amax的确定方法是，交点处

9、的动能增量E只是代表从起点A到交点的损益功的阴影面积的代数和。AmaxEmaxEmin Emax，Emax，Emin出现在曲线Md和Mr的交点处。e()曲线上从一个极值点到另一个极值点的过渡高度正好等于两点之间的阴影面积(损益功)。画图法求Amax:任意画一条水平线，并把它分成相应的区间，从左到右向下画箭头表示工作量不足，向上画箭头表示工作量过剩。箭头的长度等于阴影区域。因为循环开始和结束时的动能相等，所以能量指示图是一条封闭的阶梯状虚线。最大动能增量和最大盈亏功等于示功图中从最低点到最高点的高度值。强调它不一定是相邻的点，你可以用虚线代替曲线来得到e。天津理工大学特约作者潘存云教授，例如，众

10、所周知，驱动力矩是常数，阻力力矩如图所示，主轴的平均角速度是m=25 1/s，非均匀系数是0.05，所以得到主轴飞轮的转动惯量J。解决方法：1)找到Md，在一个循环中，Md和Mr所做的功相等，所以：画一条直线表示Md，如图所示。2)找到Amax，每个阴影三角形的面积是：三个三角形面积的和，0/4，/43/4，3/49/8，9/8 11/8，11/813/8，13/815/8，15/8 2，10/16。自学书中的例子，天津理工大学特约作者：潘存云教授，通过能量指示图，得到：amax10/83.93 kN-m，JAMAX/2m，3.9310/(0.05252)，126 kgm2，天津理工大学特约作者：潘存云教授，车轮飞轮：由轮毂、轮辐和轮辋组成。轮毂、车轮宽度、轮辋、JA、73飞轮主要尺寸的确定，轮毂和轮辋的转动惯量很小，可以忽略不计。转动惯量为：主要尺寸：宽度B，轮缘厚度H，平均直径Dm，天津理工大学特约作者：潘存云教授，mV，=DmHB为材料密度，根据机器的结构和空间位置选择Dm后，可得到飞轮质量：选择飞轮材料和H/B比后，可得到飞轮截面尺寸。圆盘飞轮：通过选择圆盘直径d可以获得飞轮质量，通过选择飞轮材料可以获得飞轮宽度b。为确保安全，飞轮的圆柱线速度不能超过允许值：铸铁飞轮：vma