机械的运转及其速度波动的调节

1 / 5 第七章 机械的运转及其速度波动的调节

7-1 填充题

（1）机器速度波动的类型有 和 两种。前者一般采用的调节方法是 ，后者一般采用的调节方法是 。

（2）用飞轮进行调速时，若其它条件不变，则要求的速度不均匀系数越小，飞轮的转动惯量将越 。在满足同样的速度不均匀系数条件下，为了减小飞轮的转动惯量，应将飞轮安装在 轴上。

（3）最大盈亏功是指机械系统在一个运动循环中的 与 之差的最大值。

（4）某机械主轴实际转速在其平均转速的±3％范围内变化，则其速度不均匀系数= 。

（5）某机器的主轴平均角速度m=l00rad/s，机器运转的速度不均匀系数=0.05，则该机器的最大角速度max等于 rad/s，最小角速度min等于 rad/s。

7-2 选择题

（1）在周期性速度波动中，一个周期内等效驱动力做功Wd与等效阻力做功Wr的量值关系是 。A．Wd>Wr； B．Wd

（2）在机械系统的启动阶段，系统的动能 ，并且 。

A．减少，输入功大于总消耗功； B．增加，输入功大于总消耗功；

C．增加，输入功小于总消耗功； D．不变，输入功等于零。

（3）等效转动惯量的值 。

A．一定是常数； B．一定不是常数；

C．可能小于零； D．一定大于零。

（4）对于周期性速度波动的机器，安装飞轮主要是为了在 阶段进行速度调节。

A．起动； B．停车； C．稳定运转。

（5）在机械系统中安装飞轮后可使其周期性速度波动 。

A．消除； B．减小； C．产生。

（6）在机械系统速度波动的一个周期中的某一时间间隔内，当系统出现 时，将使系统的运动速度 ，此时飞轮将 能量。

1 第七章 机械的运转及其速度波动的调节

一．学习指导与提示

在做机械的运动分析和受力分析时，都认为原动件的运动规律是已知的并且做等速运动。实际上，原动件的真实运动规律与作用在机械上的外力、原动件的位置和所有构件的质量、转动惯量等因素有关，因而在一般条件下，原动件的速度和加速度是随着时间而变化的。因此设计机械时，如果对执行构件的运动规律有比较严格的要求，或者需要精确地进行力的计算和强度计算时，就需要首先确定机械在外力作用下的真实运动规律。

1、以角速度作定轴转动的等效构件的等效参量的计算

如等效构件以角速度作定轴转动，其动能为：

EJe122

组成机械系统的各构件或作定轴转动，或作往复直线移动，或作平面运动，各类不同运动形式的构件动能分别为：

EJisii122

Emviisi122

EJisii122+122mvisi

整个机械系统的动能为：

EJinsii1212 + inisimv1212

式中：ωi 为第i个构件的角速度；

mi 为第i个构件的质量；

Jsi 为第i个构件对其质心轴的转动惯量；

vsi 为第i个构件质心处的速度。

由于等效构件的动能与机械系统的动能相等，则有：

122Je = insiiJ1212+ inisimv1212

方程两边统除以122，可求解等效转动惯量：

Je = insiiJ12（) +21)(siinivm 2 2．周期性速度波动调节与非周期性速度波动调节

机械在某段工作时间内，若驱动力所作的功大于阻力所作的功，则出现盈功；若驱动力所作的功小于阻力所作的功，则出现亏功。盈功和亏功将引起机械动能的增加和减少，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，降低机械效率，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，周期性速度波动用飞轮调节，非周期性速度波动用专用调速器调节。调速器一般采用反馈控制，使驱动力所作的功与阻力所作的功互相适应，以达到新的稳定运动态自动控制调节速度波动，本章集中讨论用飞轮调节周期性速度波动。

陆宁编著《机械设计基础复习精要》

79 第七章 转子速度波动的调节

7.1. 考点提要

7.1.1 重要的基本术语及概念：

飞轮，速度不均匀系数，最大盈亏功，等效力和力矩

7.1.2 重要的基本术语及概念：

1. 主轴的角速度在经过一个运动周期之后又变回到初始状态，其平均角速度是一个常数，

这种角速度的波动称为周期性速度波动。

２. 速度周期性波动的原因是，在整个周期中，驱动力作功与阻力作功总量相等，没有动能

的持续增减，因此平均角速度不变。但是在某个阶段，驱动力作功与阻力作功是不相等的，

有动能的增加或减少，因此出现了角速度的变化。

３. 平均角速度是最大角速度和最小角速度的算术平均值：

2minmax





m （７－１）

４. 速度不均匀系数是衡量速度波动程度的量，其值为：

m

minmax



（７－２）

之所以采用速度不均匀系数，而不采用速度的差值来衡量速度的波动程度，是由于对转

速不同的转子，同样的速度变化值，速度波动的程度是不同的，一根每分钟转速10转的转

子，转速升高10转是波动了一倍，而一根每分钟1000转的转子，转速升高10转则仅仅增

加了百分之一。

５.周期性速度波动的调节方法

当驱动功大于阻力作功的期间，多余的动能储存在飞轮中，使转速随动能的增加而增加，

驱动功比阻力功大的部分称盈功。当驱动功小于阻力作功的期间，储存在飞轮中的动能维持

构件继续转动，使转速随动能的降低而降低。驱动功小于阻力功的不足部分称亏功。最大动

能和最小动能的差值称最大盈亏功

maxA

，数值上等于动能的最大变化量E

。

)(

21

2

min2

maxmaxJAE

把（７－１）（７－２）代入得：

][900

][22max

2max

nAA

J

m

（７－３）

式中：min/;/rnsrad

m是是平均角速度

装了飞轮之后，当驱动力矩大于阻力矩时，前者作功大于后者，出现盈功（即驱动力

矩作功有富余），多余的动能就储存在飞轮中；而当阻力矩作功大于驱动力矩时，出现亏功

第七章 机械的运转及其速度波动的调节

1一般机械的运转过程分为哪三个阶段在这三个阶段中,输入功、总耗功、动能及速度之间的关系各有什么特点

2为什么要建立机器等效动力学模型建立时应遵循的原则是什么

3在机械系统的真实运动规律尚属未知的情况下，能否求出其等效力矩和等效转动惯量为什么

4飞轮的调速原理是什么为什么说飞轮在调速的同时还能起到节约能源的作用

5何谓机械运转的"平均速度"和"不均匀系数"

6飞轮设计的基本原则是什么为什么飞轮应尽量装在机械系统的高速轴上系统上装上飞轮后是否可以得到绝对的匀速运动

7机械系统在加飞轮前后的运动特性和动力特性有何异同（比较主轴的ωm，ωmax，选用的原动机功率、启动时间、停车时间，系统中主轴的运动循环周期、系统的总动能）

8何谓最大盈亏功如何确定其值

9如何确定机械系统一个运动周期最大角速度Wmax与最小角速度Wmin 所在位置

10为什么机械会出现非周期性速度波动，如何进行调节

11机械的自调性及其条件是什么

12离心调速器的工作原理是什么

13对于周期性速度波动的机器安装飞轮后，原动机的功率可以比未安装飞轮时 。

14 若不考虑其他因素，单从减轻飞轮的重量上看，飞轮应安装在 轴上。

15大多数机器的原动件都存在运动速度的波动，其原因是驱动力所作的功与阻力所作的

功 保持相等。

16机器等效动力学模型中的等效质量（转动惯量）是根据系统总动能

的原则进行转化的，因而它的数值除了与各构件本身的质量（转动惯量）有关外，还与构件

的 有关。

17当机器中仅包含速比为 机构时，等效动力学模型中的等效质量（转动惯量）是常数；若机器中包含 自由度的机构时，等效质量（转动惯量）是机构位置的函数。