《机械原理》第十二章 机器的运转及其速度波动的调节

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1、12-1 研究机器运转及其速度波动调节的目的研究机器运转及其速度波动调节的目的12-2 机器等效力学模型机器等效力学模型12-3 机器运动方程式的建立及解法机器运动方程式的建立及解法12-4 机器周期性速度波动的调节方法和设计指标机器周期性速度波动的调节方法和设计指标12-5 飞轮的设计飞轮的设计12-6 机器非周期性速度波动的调节方法机器非周期性速度波动的调节方法第十二章第十二章 机器的运转及其速度波动的调机器的运转及其速度波动的调节节12-1 研究机器运转及其速度波动调节的目的研究机器运转及其速度波动调节的目的1.1.本章研究的内容及目的本章研究的内容及目的 机械系统的运动规律，是由各构件

2、的机械系统的运动规律，是由各构件的质量、转动惯量质量、转动惯量和和作用于各构件上的力作用于各构件上的力等多方面因素决定的。等多方面因素决定的。研究内容研究内容在外力作用下机械的真实运动规律及机械速在外力作用下机械的真实运动规律及机械速度波动的调节。度波动的调节。 研究目的研究目的使机械的转速在允许范围内波动，保证机械使机械的转速在允许范围内波动，保证机械正常工作。正常工作。机械主轴速度产生波动的原因机械主轴速度产生波动的原因 机械的输入功与有用功机械的输入功与有用功和有害功之和不能时时保证相等。和有害功之和不能时时保证相等。机械速度波动类型机械速度波动类型周期性速度波动周期性速度波动非周期性速

3、度波动非周期性速度波动一般机械的原动件运转的速度并非绝对均匀，会产生忽快、一般机械的原动件运转的速度并非绝对均匀，会产生忽快、忽慢的速度波动，这种速度波动会引起机械振动，从而降低忽慢的速度波动，这种速度波动会引起机械振动，从而降低机械的寿命、效率和工作质量。机械的寿命、效率和工作质量。 主要影响因素：主要影响因素：机械上的外力、各构件的质量、尺寸及转动机械上的外力、各构件的质量、尺寸及转动惯量惯量2. 机械运转的三个阶段机械运转的三个阶段 设：设：Wd 驱动功、驱动功、 Wr 有用功、有用功、 Wf 有用功有用功 EE (=E2- -E1) 动能增量动能增量 由动能定理，有由动能定理，有 Wd

4、 - - (Wr + Wf ) = E2- -E1w wt起动起动w wmT TT T稳定运转稳定运转停车停车(2) 稳定运转稳定运转 Wd = Wr + + Wf ， E = 0(1) 起动阶段起动阶段 Wd Wr + + Wf ，E = E2- -E1 0(3) 停车阶段停车阶段 Wd Wr + + Wf ，E = E2- -E1 0 ，用，用“+”号表示。号表示。亏功：亏功：E 0 ，用，用“-”号表示。号表示。在盈功区，在盈功区，等效构件的等效构件的 在亏功区，在亏功区，等效构件的等效构件的 在在Me和和Je的公共周期内，的公共周期内，Wd=Wr，02/2/)(22aeaaaeered

5、JJdMMEaaww经过经过Me和和Je的一个公共周期，机械的动能恢复到原来的值的一个公共周期，机械的动能恢复到原来的值等效构件的角速度恢复到原来的数值。等效构件的角速度恢复到原来的数值。等效构件的角速度在稳定运转过程中呈现周期性波动。等效构件的角速度在稳定运转过程中呈现周期性波动。2)(minmaxw ww ww w m二、设计指标二、设计指标（1）平均角速度）平均角速度w wm和速度不和速度不均匀系数均匀系数 机械运转的速度波动对机械的工作是不利的，它不仅将影响机械机械运转的速度波动对机械的工作是不利的，它不仅将影响机械的工作质量，也会影响到机械的效率和寿命，必须加以控制和调的工作质量，也

6、会影响到机械的效率和寿命，必须加以控制和调节，将其限制在许可的范围之内。节，将其限制在许可的范围之内。速度不均匀系数速度不均匀系数 ：角速度变：角速度变化量和其平均角速度的比值。化量和其平均角速度的比值。工程上用它来表示机械运转的工程上用它来表示机械运转的速度波动程度。速度波动程度。mw ww ww w / )(minmax w wm 一定时，一定时， 越小越小， w wmax 与与w w min 的差值越小，机器的运转的差值越小，机器的运转越平稳。越平稳。2)(minmaxw ww ww w mv mw ww ww w / )(minmax v设计机械时，应满足：设计机械时，应满足： 常用机

7、械运转不均匀系数的许用值常用机械运转不均匀系数的许用值一、周期性速度波动的调节方法：一、周期性速度波动的调节方法：安装飞轮：安装飞轮： 机械出现盈功时，飞轮以动能的形式存储能量；机械出现盈功时，飞轮以动能的形式存储能量； 机械出现亏功时，飞轮释放机械出现亏功时，飞轮释放其存储的能量其存储的能量。12-5 飞轮设计飞轮设计W max = E max即：即： W max =J Je w w2 2m 调节方法：调节方法：在在W max一定的情况下，为了使系统速度不均匀系数一定的情况下，为了使系统速度不均匀系数 ，可通过给系统增加一个转动惯量较大的回转体，可通过给系统增加一个转动惯量较大的回转体飞轮飞

8、轮(其转动惯量计为其转动惯量计为J JF )。www22min2max2/)()()(meeeredJJdMMcb)/(2maxmeJWw2max)/(mFeJJWw1）飞轮调速的基本原理）飞轮调速的基本原理2）飞轮转动惯量的计算）飞轮转动惯量的计算 飞轮转动惯量为飞轮转动惯量为J JF ，于是有，于是有 W max = (J Je + J JF ) w w2 2m 一般情况，一般情况， J Je J JF 。讨论：讨论：因为要求因为要求 ，而，而J Jf Mer ,系统的转速将持续上升，严重时会系统的转速将持续上升，严重时会出现飞车现象；出现飞车现象；v如果长时间如果长时间MerMed ，会

9、造成系统转速持续下降直至最，会造成系统转速持续下降直至最后停止运转后停止运转 。 1.当机械的原动机所发出的驱动力矩是速度的函数时，机械当机械的原动机所发出的驱动力矩是速度的函数时，机械具有自动调节非周期性波动的能力。具有自动调节非周期性波动的能力。v采用电动机作为原动机的机械属于此类。采用电动机作为原动机的机械属于此类。2.对于没有自调性的机械系统，需安装一种专门的调节装置对于没有自调性的机械系统，需安装一种专门的调节装置-调速器来调节机械出现的非周期性速度波动。调速器来调节机械出现的非周期性速度波动。 v如采用蒸汽机、内燃机或汽轮机为原动机的机械系统如采用蒸汽机、内燃机或汽轮机为原动机的机械系统分为两种情况：分为两种情况：调速器调速器离心式调速器离心式调速器