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、在外力作用下机器的运动规律,2、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,危害：,引起动压力，效率和可靠性 。,可能在机器中引起振动，影响寿命、强度。,影响工艺，产品质量 。,2、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。,下一页,通过飞轮调节速度波动,与发动机轴相连,非周期性速度波动调节方法，调速器,请看动画,下一页,10-2 机械的运动方程式,根据动能定理, 此动能增量应该等于在该瞬间作用于该机械系统的各外力所作的元功之代数和d W,作
2、用有驱动力矩M1与工作阻力F3 ，在d t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,单自由度的机械系统：,整个机器的运动等效到某一构件的运动（转动，移动）问题。,引出等效力、等效力矩、等效质量、等效转动惯量概念,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。,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 的动能,等效构件计算,下一页,例1：以构件1为等效构件求Je,下一页,例2：以构件3为等效构件求等效质量me,例3：以构件1为等效构件求等效力矩Me,例4：以构件3为等效构件求等效力Fe,下一页,以等效构件来建立机械的运动方程,1）以
3、转动构件1为等效构件建立机械的运动方程,2）以移动构件3为等效构件建立机械的运动方程,下一页,1）以转动构件1为等效构件，且Je ，Me为常数,2）以移动构件3为等效构件，且me ，Fe为常数,10-3 机械的运动方程式的求解,下一页,1. 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,在一个周期内,b处机器能量最小对应Emin C处机器能量最大对应Emax,下一页,b处机器能量最小对应Emin C处机器能量最大对应Emax,下一页,的计算,一个运动循环中等效构件的转角,角速度的相对差值：,2、周期性速度波动的重要指标,衡量机器运转不均匀程度的重要指标。,下一页,如知
4、： 和m便可求的,为了调节机器的周期性速度波动, 可以在选定的等效构件上安装飞轮。设等效构件的等效转动惯量为J e ,飞轮的转动惯量为 J F , 则在等效构件上：,W max-最大盈亏功,如果J e JF , 则 J e可以忽略不计,3、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=-50N·m、W2=+550N·m 、W3=-100N·m 、W4=+125N·m 、W5=-500N·
5、;m 、W6=+25N·m 、W7=-50N·m ；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 max =(550100125)N·m = 575 N·m,下一页,39、图134所示曲柄导杆机构各构件的长度：lAB=200mm,lBC=385mm,各构件质量m1=5kg(质心在A点)，m2=6kg(质心在S2,S2距B点lBS=200mm)，JS3=0.2kgm2(质心在c点)；作用在构件2上的阻力矩M2=300kg.m。 求：1)M2换算到曲柄1上的等效阻力矩Mer及B点的等效圆周阻力Fe
6、r；2)若JS1=0.1kg.m2，JS2=0.005kg.m2,求机构换算到1轴上的等效转动惯量Je。,解步骤：作机构的速度分析,下一页,41、图136所示曲柄滑块机构中各构件长度：lAB=150mm,lBC=450mm各构件的质量m1=5kg(质心S1在A点)，m2=4kg(质心S2距B点为LBS2= lBC)，m3=6kg(质心S3在C处)，各构件在质心处的转动惯量：JS1=0.05kg.m2，JS2=0.1kg.m2,驱动力Pd=1000N。 求：1)Pd换算到曲柄1上B点的等效圆周力Fe；2)机构换算到B点的等效质量m。,解步骤：作机构的速度分析,下一页,43、图138所示提升机构中
7、，Z1=Z2=20,Z2=Z3=40,各构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，以构件1为等效构件，求此时系统的等效转动惯量Je及等效力矩Me。,解：,；,；,下一页,完,10.5 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 = 0.01kg·m2，J2 = J3 = 0.04kg·m2 ，作用在轮1上的驱动力矩M d60N·m ，作用在轮3上的阻力矩M r120 N·m
8、。 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 。,10.8 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=nmax,3）求装在曲轴上的飞轮上的转动惯量JF,油箱供油,三、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。,2.对非周期性速度波动，需采用专门的调速器才能调节。,离心式调速器的工作原理,返回,
