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第八章 机器动力学初步调速与平衡 第一页，共四十一页，2022年，8月28日 第八章 机器动力学初步 §8－1 机器速度波动产生原因及调节方法 §8－5 刚性回转体的平衡 §8－2 机器运转的平均速度和不均匀系数 §8－3 飞轮的设计原理 §8－4 回转件平衡的目的 第二页，共四十一页，2022年，8月28日 如常用电机的机械特性： 运动分析时，都假定原动件作匀速运动:ω＝const 实际上是多个参数的函数：ω＝f(F、M、φ、m、J) 力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量 §8－1 机器速度波动产生原因及调节方法 第三页，共四十一页，2022年，8月28日 任意瞬时 驱动力所做的功阻力所做的功 驱动力所做的功=阻力所做的功 驱动力所做的功阻力所做的功 一、机械速度波动原因 出现盈功，机械动能增加， 转速增高。 出现亏功，机械动能减少，转速下降。 机械保持转速不变 第四页，共四十一页，2022年，8月28日 一般机械的运转过程 稳定运转阶段的状况有： ①匀速稳定运转：ω＝常数 稳定运转 ②周期变速稳定运转：ω(t)=ω(t+Tp) 启动 三个阶段：启动、稳定运转、停车。 ③非周期变速稳定运转 t ω 停止 ωm t ω 稳定运转 启动 停止 启动 ωm t ω 稳定运转 停止 第五页，共四十一页，2022年，8月28日 二、速度波动产生的不良后果 ①在运动副中引起附加动压力，加剧磨损，使工作可 靠性降低。 ②引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低。 ③影响机械的工艺过程，使产品质量下降。 ④载荷突然减小或增大时，发生飞车或停车事故。 为了减小这些不良影响，就必须对速度波动范围进行调节。 第六页，共四十一页，2022年，8月28日 周期可以是 一周（机床主轴、冲床等） 二周（四冲程内燃机） 数周（轧钢机） 特征：速度波动呈周期性变化。 三、周期性速度波动 第七页，共四十一页，2022年，8月28日 作用在机械上的驱动力矩Md (φ)和阻力矩Mr (φ)往往是原动机转角的周期性函数。 动能增量： Md Mr a b c d e a φ 在一个运动循环内，驱动力矩和阻力矩所作的功分别为： Md φ a Mr φ a 1、产生原因 第八页，共四十一页，2022年，8月28日 Md Mr a b c d e a φ 力矩所作功及动能变化: ↓ ↓ MdMr 亏功“－” a-b ↑ ↑ MdMr 盈功“＋” b-c ↓ ↓ MdMr 亏功“－” c-d ↑ ↑ MdMr 盈功“＋” d-e ↓ ↓ MdMr 亏功“－” e-a’ 在一个循环内： 这说明经过一个运动循环之后，机械又回复到初始状态,其运转速度呈现周期性波动。 Ad=Ar 即： = 0 φ E ω φ △E=0 ωa ωa’ 区 间 外力矩所作功 主轴的ω 动能E 第九页，共四十一页，2022年，8月28日 2、调节的方法 对周期性速度波动，可在转动轴上安装一个转动惯量较大的回转体（俗称飞轮）达到调速的目的。 飞轮的调速原理：由于飞轮具有很大的转动惯量，因而要使其转速发生变化，就需要较大的能量，当机器出现盈功时，机器转速只作微小上升，即可将多余能量吸收储存起来；转速降低时，飞轮又能将其储存的能量释放出来，以弥补能量的不足，而使机器速度只作小幅度的下降。 第十页，共四十一页，2022年，8月28日 原因 盈亏功变化无规律，速度波动无规律。 后果 一段时间内总出现盈功，速度越来越快，造成飞车； 总出现亏功，速度会越来越慢，甚至停车。 四、非周期性速度波动 第十一页，共四十一页，2022年，8月28日 发动机用油 油箱供油 油箱供油 发动机用油 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 油箱供油 进油减少 转速降低 开口增大 回油增加 调节方法 第十二页，共四十一页，2022年，8月28日 一、机器的平均速度和不均匀系数 平均角速度： T 额定转速 已知主轴角速度：ω=ω(t) 不容易求得，工程上常采用算术平均值： ωm＝(ωmax +ωmin)/2 对应的转速： n ＝ 60ωm /2π rpm ω φ §8－2 机器运转的平均速度和不均匀系数 ωmax ωmin 名义转速铭牌转速 第十三页，共四十一页，2022年，8月28日 定义：δ＝(ωmax－ωmin)/ ωm 为机器运转速度不均匀系数，它表示了机器速度波动的程度。δ愈小，说明机器的运转愈平稳。 ωmax＝ωm(1+δ/2) ωmin＝ωm(1-δ/2) 由ωm＝(ωmax +ωmin)/2 和δ定义可得： ωmax－ωmin 只能表示了机器主轴速度波动范围的大小