1、凸轮机构及其设计,本章重点 飞轮设计的近似方法,第七章 机械运转速度波动的调节,7-1 机械运转速度波动调节的目的与方法 7-2 飞轮设计的近似方法 7-3 飞轮主要尺寸的确定,如果机械驱动力所作的功=阻力所作的功 A驱A阻机械主轴匀速运转(风扇),一、目的,使运动副产生附加动压力机械振动、质量 必须对机械速度波动进行调节调节到这类机械容许的范围内。,但许多机器，每一瞬间A驱A阻，系统运动不可能匀速A驱A阻盈功机械动能A驱A阻亏功机械动能,机械速度的波动,由功能原理，任意时间间隔内,驱动力所作的功减去阻力所作的功等于这个间隔的动能的增量： A驱-A阻=E2-E1 = E,7-1 机械运转速度波
2、动调节的目的与方法,1 周期性的速度波动,整个周期中A驱A阻某一瞬间A驱A阻引起速度周期性波动。, 加上转动惯量很大的回转件飞轮。盈功使飞轮动能（储存能量）亏功使飞轮动能（释放能量）,现象:当外力(驱动力和阻力)作周期性变化机器主轴周期性变化由图可知, 在经过一个运动周期T之后又变到初始状态 动能无增减。,调节方法:,二、分类与方法,由式可见,飞轮越大使速度波动(实线) 同时，飞轮能利用储备的能量克服短时过载 可选功率较小的原动机。,现象:当外力突然发生不规则的较大变化机器速度不规则的变化、或间歇性的变化非周期速度波动不能利用飞轮来调节,2 非周期速度波动,特点: 工作阻力或驱动力发生突变发生
3、“停车”或“飞车” WdWr 盈功 动能 “飞车“ WdWr 亏功 动能 “闷车“,调节方法： 自调节原动机的驱动力矩是速度的函数，且具有下降的趋势时(电动机) 调速器调节驱动力,负荷减小,转速升高,重球飞上,N上升节流阀关小,7-2 飞轮设计的近似方法方法,一、机器运转的平均速度和不均匀系数,工程中：,绝对不均匀度：,max-min,表示主轴速度波动的大小。并不表示机器运转不均匀的程度。,衡量机器运转的不均匀程度-机器运转的不均匀系数,若知和m便可求得：,m，是设计飞轮的设计指标。,越小，机器运转愈平稳，不同机械因工作性质不同而许用的不同，见表（7-1）,maxmaxmaxmin(max2m
4、in2)/2m2,设计的基本问题:根据m和确定飞轮的转动惯量。,可近似认为飞轮的动能整个机器所具有的动能 飞轮动能的最大变化值max机器最大盈亏功max,二、飞轮设计的基本原理,在一般机器中，由于飞轮质量其它构件质量飞轮的动能其它构件动能。,飞轮应有的转动惯量： (7-6),max 最大盈亏功，用绝对值表示,、当m、一定时，max与成 正比max机器运转愈不均匀。,、当max、一定时,与m2成反比速度,所需 应将飞轮安装在高速轴上。,分析: 1、当m、max一定时，与的关系为一等边双曲线。机器运动匀速性。但不宜过分追求机器运转的均匀性(较小),而使过大飞轮笨重成本。,max可按机器在一个运动循
5、环中的驱动力和阻力的功率变化曲线来定。而、m则按机器具体工作要求来选定。,注：速度波动是不能完全消除的。,若给定 （驱动力矩） （阻力矩）的变化曲线，如何确定Amax,三、最大盈亏功Amax的确定,曲线与横坐标轴所包围的面积应表示驱动力矩所作的功,曲线与横坐标轴所包围的面积应表示阻动力矩所作的功,最大盈亏功Amax的确定,最大盈亏功Amax的确定,能量指示图,oa、ab、bc、cd、do 表示盈亏功 Aoa、Aab、 Abc、 Acd、 Ado a、d位置之差为最大盈亏功Amax,例71 某机组作用在主轴上的阻力矩变化曲线如图75a所示。已知主轴上的驱动力矩M为常数，主轴平均角速度 =25 r
6、ads，机械运转速度不均匀系数 =O02。(1)求驱动力矩M；(2)求最大盈亏功Amax；(3)求安装在主轴上的飞轮转动惯量J (4)若将飞轮安装在转速为主轴三倍的辅助轴上，求飞轮转动惯量J。,m,(1)求驱动力矩M,(2)求最大盈亏功Amax,画能量指示图,0 a b c d 0,+,-,+,-,+,(4)若将飞轮安装在转速为主轴三倍的辅助轴上，求飞轮转动惯量J。,(3)求安装在主轴上的飞轮转动惯量J,例：下图为某内燃机曲柄轴上的等效驱动力矩和等效阻力矩在一个工作循环中的变化曲线.对应 与 间所包含的面积如图所示。,设曲柄的nm = 120 r/min,机器的d = 0.06 试求： 1、安
7、装在曲柄上的 J,2、最大角速度和最小角速度出现的位置；,解:,a,b,-50,c,+550,-100,d,+125,-500,f,+25,g,h,Amax,-50,1. 画能量指示图,e,e点角速度最大 b点角速度最小,a,b,-50,c,2. 用能量指示图求 Amax,+550,-100,d,+125,e,-500,f,+25,g,h,Amax,由能量指示图:Amax =Aeb= Acb +Adc + Aed = 550 + (-100) + 125= 575 (Nm),3. JF = ,Amax d wm2,=,Amax,d( ,2pnm 60,=,900 Amax,dp2 nm2,=,
8、900575,0.06p21202,= 60.159453,60.5 (kgm2),( 1N = 1kgm/s2 ),-50,)2,例. 由电动机驱动的某机械系统,已知电动机的转速为 n=1440 r/min, 转化到电动机轴上的等效阻力矩 的变化情况如图所示。设等效力矩 为常数,各构件的转动惯量略去不计。机械系统运转的许用不均匀系数 d=0.05 。试确定安装在电动机轴上的飞轮的转动动惯量 J。,2p,p,0,f,M (N/m),解:,1. 所作的功:,1800,200,2.求,因 为常数, 且其所作的功, 2p = = 1000p,从而得: = 500 (N/m),500,3. Amax
9、的求取, 求 与 间包含的面积., 画能量指示图, 求 Amax,a,b,c,d,Aab= = 150p (N/m),Abc= = -457p (N/m),Acd= = 307p (N/m),a,150p,b,-457p,c,307p,d,由能量指示图可得：,Amax= Abc = 457p (N/m),4. 求 JF,J=,900Amax,p2n2d,=,900457p,p2 14402 0.05,= 1.263 (kg.m2),1800,简单图形可不画能量指示图， 面积最大的就是Amax,前面求J假设飞轮装在主轴上。,设飞轮装在某一构件x上：Jx与J的关系,飞轮应装在速度高的轴上。,为使Jx为常数，必须 常数,7-3飞轮主要尺寸的确定,求出飞轮J后，需确定它的直径、宽度等有关尺寸， 对于外经为D的实心圆盘：,选定 后，由,按照机器的结构和空间选定D后，可求出m，再由,材料选定后，即可定B,对轮辐式：,选定材料及H/B后，即可定截面尺寸,
