下载文档原格式
第17章机械速度波动的调节一、基本概念1.机械盈功和亏功将引起机械动能的增加和减少（因为驱动力做功和阻力做功不能每瞬间都相等），从而引起机械运转速度的波动。
机械速度波动会使运动副中产生附加的动压力，降级机械效率，产生振动，影响机械的质量和寿命。
采取措施把速度波动控制在许可的范围内，以减小其产生的不良影响，称为速度波动的调节。
机械速度波动有周期性和非周期性两类。
2.周期性速度波动调节的方法是在机械中加上一个转动惯量J很大的回转体——飞轮。
机械安装飞轮后，原动机的功率可能比未安装飞轮时大、小或相等。
3.非周期性速度波动（速度变化随机、无规则）调节采用调速器（一种采用反馈控制，使驱动力所作的功与阻力所作的功相适应以达到新的稳定运转状态的一种特殊装置）调节。
4.用表示机械的平均角速度，则，机械周期性速度波动的程度通常用机械运转速度不均匀系数表示，其值为，各种不同机械许用的不均匀系数是根据它们的工作性质确定的。
5.在一般机械中，其他构件所具有的动能与飞轮相比，其值常甚小，故在近似计算中可以用飞轮的动能代替整个机械的动能。
与飞轮的最大角速度、最小角速度相对应，其动能分别为最大动能、最小动能。
和之差表示在一个周期内动能的最大区间的最大亏功，通常称为最大盈亏功。
最大盈亏功也是最大盈功和最大亏功的代数差。
6.飞轮一般包括轮毂、轮辐和轮缘，主要质量分布在轮缘，轮毂和轮辐质量可以忽略。
因飞轮转速较高，为防止离心力引起的轮缘破裂，应校核飞轮外圆的圆周速度。
7.最大盈亏功、飞轮转动惯量、转速和不均匀系数之间的关系为。
可得（1）过分追求机械运转速度的均匀性会使飞轮庞大、笨重。
（2）机械只要有盈亏功，不均匀系数就不为零，而且最大盈亏功越大，机械运转越不均匀。
（3）从减小飞轮所需的转动惯量出发，宜将飞轮安装在高速轴上。
但有些机械考虑主轴的刚性好，也有将飞轮安装在机械主轴上。
（4）安装飞轮不仅可以避免机械运转速度发生过大波动，而且还可以利用其储放能量的特点来克服机械的短时过载。
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机械运转速度的波动可分为两类（1）周期性速度波动调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上—个转动惯量很大的回转件——飞轮。
盈功使飞轮的动能增加，亏功使飞轮的动能减小。
飞轮的动能变化为()20221ϖϖ-=∆J E ，显然，动能变化数值相同时，飞轮的转动惯量J 越大，角速度ω的波动越小。
（2）非周期性速度波动假如输入功在很长一段时间内总是大于输出功，则机械运转速度将不断升高，直至超越机械强度所容许的极限转速而导致机械损坏；反之，如输入功总是小于输出功，则机械运转速度将不断下降，直至停车。
汽轮发电机组在供汽量不变而用电量突然增减时就会出现这类情况。
种速度波动是随机的、不规则的，没有一定的周期，因此称之非周期性速度波动。
这种速度波动不能依靠飞轮来进行调节，只能使用特殊的装置使输入功与输出功趋于平衡，以达到新的稳固运转。
这种特殊装置称之调速器。
机械式离心调速器结构简单、成本低廉，常用于电唱机、录音机等调速系统之中；但它的体积庞大，灵敏度低，近代机器多使用电子调速装置实现自动操纵。
本章对调速器不作进一步论述，下面各节要紧讨论飞轮设计的有关问题7.2 飞轮设计的近似方法7.2.1 机械运转的平均速度与不均匀系数各类不一致机械许用的机械运转速度不均匀系数δ，是根据它们的工作要求确定的。
比如驱动发电机的活塞式内燃机，假如主轴的速度波动太大，势必影响输出电压的稳固性，因此这类机械的机械运转速度不均匀系数应当取小一些；反之，如冲床与破碎机等一类机械，速度波动稍大也不影响其工艺性能，这类机械的机械运转速度不均匀系数便可取大一些。
几种常见机械的机械运转速度不均匀系数可按表7-1选取。
表7-1 机械运转速度不均匀系数δ的取值范围7.2.1 飞轮设计的基本原理飞轮设计的基本问题是：已知作用在主轴上的驱动力矩与阻力矩的变化规律，要求在机械运转速度不均匀系数δ的容许范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量。
机械的运转及其速度波动的调节1. 引言机械的运转速度波动是指机械在运转过程中出现的速度波动现象。
这种波动可能由于系统的不稳定性、外部干扰或运转部件的磨损等原因引起。
为了保证机械的正常运转，并满足生产需求，需要对机械的速度波动进行调节和控制。
本文将介绍机械的运转原理、速度波动的原因以及调节方法，以帮助读者理解和解决机械速度波动问题。
2. 机械的运转原理机械运转的基本原理是通过能源输入和运动传递来实现工作。
常见的机械运转方式有电动机驱动、液压驱动和气动驱动等。
在机械运转过程中，能源将被转化为机械运动，驱动机械部件完成特定的工作任务。
机械运转的速度由驱动力的大小和机械部件的传动比决定。
在理想情况下，机械运转的速度应保持恒定。
然而，在实际应用中，可能会出现速度波动的情况。
3. 速度波动的原因速度波动可能由多种原因引起，包括系统不稳定、载荷变化、外部干扰和机械部件磨损等。
3.1 系统不稳定性系统的不稳定性是速度波动的主要原因之一。
不稳定性可能来自于运动传递系统的设计或制造缺陷，也可能是由于负载不均匀或调节器故障导致的。
3.2 载荷变化载荷的变化也会导致机械速度波动。
当负载突然增加或减小时，机械的运转速度可能无法即时适应，导致速度波动。
3.3 外部干扰外部干扰是指来自机械周围环境的干扰，如振动、温度变化、电磁干扰等。
这些干扰会对机械的运转速度产生影响，导致速度波动。
3.4 机械部件磨损机械部件的磨损也是速度波动的常见原因。
随着机械的使用时间增加，机械部件可能会出现磨损，降低传动效率，从而导致速度波动。
4. 调节方法为了解决机械速度波动问题，需要采取合适的调节方法。
下面介绍几种常用的调节方法。
4.1 优化系统结构和设计在机械设计阶段就要考虑到系统稳定性的问题。
通过优化系统结构和设计，提高系统的稳定性和减小速度波动的可能性。
4.2 采用速度调节器速度调节器可以有效地控制机械的运转速度。
通过对电机或液压系统进行调节，可以实时监测并调整机械的运转速度，从而减小速度波动的幅度。
机械运转速度波动的调节引言在机械工程中，控制机械设备的运转速度是一项关键的技术任务。
然而，在实际应用中，机械设备的运转速度往往存在波动现象，这会影响到机械设备的高效工作和稳定性能。
因此，如何调节机械运转速度的波动成为一个重要的问题。
本文将介绍机械运转速度波动的原因和调节方法，并探讨其在实际应用中的意义。
机械运转速度波动的原因机械运转速度的波动通常是由多种原因造成的，下面是一些常见的原因：1. 供电电源波动供电电源的波动经常会对机械的运转速度产生影响。
当电源的电压或频率发生变化时，会导致机械设备的供电情况不稳定，从而引起机械运转速度的波动。
2. 机械结构刚度不足机械设备的结构设计中，刚度是一个重要参数。
如果机械设备的结构刚度不足，就会使得机械在运转过程中容易产生振动，进而导致运转速度的波动。
3. 机械磨损故障机械设备在使用一段时间后，由于磨损和故障的影响，往往会导致运转速度的波动。
例如，轴承的磨损会导致摩擦增大、转动阻力增加，从而引起运转速度的波动。
4. 控制系统失效机械设备的运转速度通常是通过控制系统来实现的。
如果控制系统出现故障或失效，将会导致运转速度的波动。
例如，控制信号的干扰、传感器的故障等都可能导致运转速度的波动。
机械运转速度波动的调节方法对于机械运转速度波动的调节，可以采取以下方法进行操作：1. 电源稳压稳频为了解决机械设备运转速度波动的问题，可以采用稳压稳频技术。
通过使用稳压稳频器等设备，可以有效地控制供电电源波动，避免供电不稳造成的运转速度波动。
2. 增加机械结构的刚度提高机械设备的结构刚度，可以减少机械在运转过程中的振动，从而减小运转速度的波动。
这可以通过增加机械设备的重量或改善结构设计等方法来实现。
3. 定期维护与检修定期维护和检修机械设备是保持其正常运转的重要手段。
通过定期更换磨损严重的零部件、清洁设备、润滑部件等操作，可以减少机械设备的故障和磨损，从而降低运转速度的波动。
4. 改善控制系统如果机械设备的运转速度波动主要是由于控制系统的失效造成的，那么可以通过改进和优化控制系统来解决问题。
第7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和方法
机械运转速度的波动可分为两类
（1）周期性速度波动
调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上—个转动惯量很大的回转件——飞轮。
盈功使飞轮的动能增加，亏功使飞轮的动能减小。
飞轮的动能变化为()
20221ϖϖ-=∆J E ，显然，动能变化数值相同时，飞轮的转动惯量J 越大，角速度ω的波动越小。
（2）非周期性速度波动
如果输入功在很长一段时间内总是大于输出功，则机械运转速度将不断升高，直至超越机械强度所容许的极限转速而导致机械损坏；反之，如输入功总是小于输出功，则机械运转速度将不断下降，直至停车。
汽轮发电机组在供汽量不变而用电量突然增减时就会出现这类情况。
种速度波动是随机的、不规则的，没有一定的周期，因此称为非周期性速度波动。
这种速度波动不能依靠飞轮来进行调节，只能采用特殊的装置使输入功与输出功趋于平衡，以达到新的稳定运转。
这种特殊装置称为调速器。
机械式离心调速器结构简单、成本低廉，常用于电唱机、录音机等调速系统之中；但它的体积庞大，灵敏度低，近代机器多采用电子调速装置实现自动控制。
本章对调速器不作进一步论述，下面各节主要讨论飞轮设计的有关问题
7.2 飞轮设计的近似方法
7.2.1 机械运转的平均速度和不均匀系数
各种不同机械许用的机械运转速度不均匀系数δ，是根据它们的工作要求确定的。
例如驱动发电机的活塞式内燃机，如果主轴的速度波动太大，势必影响输出电压的稳定性，所以这类机械的机械运转速度不均匀系数应当取小一些；反之，如冲床和破碎机等一类机械，速度波动稍大也不影响其工艺性能，这类机械的机械运转速度不均匀系数便可取大一些。
几种常见机械的机械运转速度不均匀系数可按表7-1选取。
表7-1 机械运转速度不均匀系数δ的取值范围
7.2.1 飞轮设计的基本原理
飞轮设计的基本问题是：已知作用在主轴上的驱动力矩和阻力矩的变化规律，要求在机械运转速度不均匀系数δ的容许范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量。
由最大盈亏功(从ωmin 到ωmax 区间为最大盈功，从ωmin 到ωmax 区间为最大亏功)转化而来的。
即：()
δωωω22min 2max min max max 21m J
J E E A =-=-= 由此得到安装在主轴上的飞轮转动惯量
δω2m ax
m A J = (7-6)
由上式可知：1)当与ωm 一定时，飞轮转动惯量J 与机械运转速度不均匀系数δ之间的关系为一等边双曲线，如图7-3所示。
当δ很小时，略微减小δ的数值就会使飞轮转动惯量激增。
因此，过分追求机械运转速度均匀将会使飞轮笨重，增加成本。
2)当J 与ωm 一定时，A max 与δ成正比，即最大盈亏功越大，机械运转速度越不均匀。
3)J 与ωm 的平方成反比，即主轴的平均转速越高，所需安装在主轴上的飞轮转动惯量越小。
飞轮也可以安装在与主轴保持固定速比的其他轴上，但必须保证该轴上安装的飞轮与主轴上安装的飞轮具有相等的动能，即
22''2
121m m J J ωω= 或 2
''⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=m m J J ωω (7-7) 式中ωm '为任选飞轮轴的平均角速度，J'为安装在该轴上的飞轮转动惯量。
由上式可知，欲减小飞轮转动惯量，可以选取高于主轴转速的轴安装飞轮。
通常主轴具有良好的刚性，所以多数机器的飞轮仍安装在主轴上。
7.2.2 最大盈亏功Amax 的确定
计算飞轮转动惯量必须首先确定最大盈亏功。
若给出作用在主轴上的驱动力矩M'和阻力矩M"的变化规律，Amax 便可确定如下：
（a ） （b ）
在oa 区间，输入功与输出功之差为
()()]["'"'100S u u dxu y y u d M M A M a
M a oa ϕϕϕ=-=-=⎰⎰
如前所述，盈亏功等于机器动能的增减量。
设E O 为主轴角位置φo 时机器的动能，则主轴角位置φa 时，机器的动能Ea 应为
[]1S u u E A E E M o oa a a ϕ-=-=
[]2S u u E A E E M b ab a b ϕ+=+=
. . . . .
. . . . .
. . . . .
. . . . .
[]5S u u E A E E M d do d o ϕ-=-=
以上动能变化也可用能量指示图表示。
如图7-4b 所示，从o 点出发，顺次作向量oa 、ab 、、、表示盈亏功A oa 、A ab 、A bc 、A cd 、和A do (盈功为正，箭头朝上；亏功为负，箭头朝下)。
由于机器经历一个周期回到初始状态，其动能增减为零，所以该向量图的首尾应当封闭。
由图可知，d 点具有最大动能，对应于ωmax ，a 点具有最小动能，对应于ωmin ，a 、d 二位置动能之差即是最大盈亏功Amax 。
7.3 飞轮主要尺寸的确定
设轮缘的平均直径为D m ，则
4222
m m mD D m J =⎪⎭⎫ ⎝⎛= (7-8) 当按照机器的结构和空间位置选定轮缘的平均直径D m 之后，由式(7-8)便可求出飞轮的质量m(kg)。
设轮缘为矩形断面，它的体积、厚度、宽度分别为V(m 3)、H(m)、B(m)，材料的密度为ρ(kg ／m 3)，则
m=V ρ=πD m HB ρ (7-9) 选定飞轮的材料与比值B
H 之后，轮缘的截面尺寸便可以求出。
对于外径为D 的实心圆盘式飞轮，由理论力学知
8
2212
2
mD D m J =⎪⎭⎫ ⎝⎛= (7-10) 选定圆盘直径D ，便可求出飞轮的质量m 。
再从 ρπρB D V m 42
== (7-11)
选定材料之后，便可求出飞轮的宽度B 。
飞轮的转速越高，其轮缘材质产生的离心力越大，当轮缘材料所受离心力超过其材料的强度极限时，轮缘便会爆裂。
为了安全，在选择平均直径D m 和外圆直径D 时，应使飞轮外圆的圆周速度不大于以下安全数值：
对于铸铁飞轮 V max <36m ／s
对于铸钢飞轮 V max <50m ／s
应当说明，飞轮不一定是外加的专门构件。
实际机械中往往用增大带轮(或齿轮)的尺寸和质量的方法，使它们兼起飞轮的作用。
这种带轮(或齿轮)也就是机器中的飞轮。
还应指出，本章所介绍的飞轮设计方法，没有考虑除飞轮外其他构件动能的变化，因而是近似的。
由于机械运转速度不均匀系数容许有一个变化范围，所以这种近似设计可以满足一般使用要求。
