1、第7章 机械运转速度波动的调节,基本要求：了解机械速度波动调节的目的和方法、了解机械运转的三个阶段、了解飞轮调速的原理和特点。掌握飞轮转动惯量的简易计算方法。了解非周期性速度波动调节的基本概念。 重 点： 飞轮转动惯量的简易计算方法。 难 点： 计算飞轮转动惯量时最大盈亏功的计算。,7-1 机械运转速度波动调节 的目的和方法,机械是在外力（驱动力、阻力）作用下运转的。,输入功驱动力所作的功，输出功阻力所作的功。,若输入功输出功，则机械主轴保持匀速运转。,若输入功输出功，则出现盈功，机械动能增加，； 若输入功输出功，则出现亏功，机械动能减少， ；,机械动能的增减形成了机械运转速度的波动。,后果：
2、,1.运动副产生附加动压力，降低机械的工作效率、可靠性； 2. 引起振动，影响零件的强度和寿命； 3. 降低机械的的精度和工艺性，使产品质量下降。,因此，必须对机械速度波动进行调节，使其不良影响限制在允许的范围内。,一、周期性速度波动及其调节：,在一个整周期T中，输入功输出功,但在T中任一时刻，输入功输出功， 导致速度波动。,调节方法：加飞轮,调速原理：,盈功使飞轮动能增加，亏功使飞轮动能减少。,飞轮动能变化量,二、非周期性速度波动及其调节：,若在很长一段时间内： 输入功输出功，将不断，产生飞车， 直至机械损坏； 输入功输出功，将不断，产生减速， 直至机械停车；,这种速度波动无法用飞轮来调节，
3、而 采用特殊的调节装置调速器。,调速原理：,采用特殊装置使输入功与输出功趋于平衡，以达到新的稳定运转状态。,7-2 飞轮设计的近似方法,一、机械运转的平均速度和不均匀系数：,m一个运动周期内，角速度的实际平均值，即：,工程计算中采用：,机械速度波动的程度可用速度不均匀系数表示：,（ 取值见表7-1）,二、飞轮设计的基本原理：,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，要求在 的容许范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量。,近似认为：飞轮动能即为整个机械动能。,一个周期内，系统动能的最大变化量（最大盈亏功）为,则飞轮转动惯量为,1）当Amax、 m一定，如下图示，当 很
4、小时，稍稍减少，J 剧增。故 过小，会使飞轮笨重，增加成本。,2）当J、 m一定，Amax与成正比，即Amax 越大，速度波动越大；,3）J与 m2 成反比，即 m越大，J越小，因而一般将飞轮安装在主轴（高速轴）上。,4）J 不可能为，而Amax与m又有限，故不可能为零。,讨论：,机械中安装一个具有等效转动惯量J 的飞轮后，速度不均匀系数变为 ：,显然，装上飞轮后，速度不均匀系数将变小。理论上，总能有足够大的飞轮J 来使机械的速度波动降到允许范围内。,飞轮在机械中的作用，实质上相当于一个储能器。当外 力对系统作盈功时，它以动能形式把多余的能量储存起来， 使机械速度上升的幅度减小；当外力对系统作
5、亏功时，它又 释放储存的能量，使机械速度下降的幅度减小。,（J0系统原始转动惯量）,三、最大盈亏功Amax的确定：,若MM，出现盈功，机器的动能增加，图b上标注正号； 若MM，出现亏功，机器的动能减少，图b上标注负号。,将动能的变化用能量指示图表示。盈功箭头向上，亏功箭头向下。,能量指示图：,o,o,a,c,d,b,b点具有最小动能，对应于min； c点具有最大动能，对应于max。 能量指示图中最高点和最低点的距离就代表了最大盈亏功的大小AmaxAad。,7-3 飞轮主要尺寸的确定,因这种飞轮的轮毂和轮幅的质量、回转半径均较小，可忽略它们的转动惯量，认为飞轮的质量m集中在轮缘上。,m,设：飞轮材料的密度（kg/m3),m=V=DmHB ,矩形时 选H/B,HB,其中：Dm（选定）为轮缘的平均直径。,H、B,例题分析,解：1）,例1.某机组作用在主轴上的阻力矩变化曲线 如图所示。已知主轴上的驱动力矩 为常数，主轴的平均角速度，机械运转速度不均匀系数 ，求： 1）驱动力矩 ； 2）最大盈亏功 ； 3）安装在主轴上的飞轮转动惯量 ； 4）若将飞轮装在转速为主轴三倍的辅助轴上，求飞轮的转动惯量 。,2）,o,o,a,b,c,d,3）,4）,
