第08章机器动力学初步.

作业P125第08章：8.1~8.3，8.6，8.9，8.105.5、5.6传动比计算公式P75式（5-5）下方螺旋角换算成度分秒的形式，加工时便于测量6.1须写出角速度比的形式7.15T7.15图示双万向联轴节的安装有无错误？图示安装方法的主、从动轴间的转速变化为多少？如何改进才能实现其传动比为1的要求？223311221331cos1sinsin1sinsincosMM1313,MM13•两叉面没在同一平面内•P111该条件可表述为：1）主动轴与中间轴的夹角等于从动轴与中间轴的夹角；2）中间轴的两叉面在同一平面内。•中间轴可伸缩缺点：斜齿轮在工作时有附加轴向推力Fa，且、Fa，用人字齿轮可克服轴向推力。螺旋角的大小对斜齿轮传动的质量有很大影响，一般取80~200；人字齿轮可取150~400。主动轮定则1、主动轮2、旋向-手3、转向-握4、Fa-拇指12(a)(b)21(c)21(d)21(e)21蜗杆主动：由旋向选择左右手，根据蜗杆受力方向确定蜗轮转向主动轮(蜗轮)旋向(手)转动方向(四指)受力方向(拇指)已知两个求第三个2、轮系的传动比图9-6'455'45'4'344'34'3233223122112zzizzizzizzi5'44'332215'44'32312iiii'45'342312zzzzzzzz1551i积所有主动轮齿数的连乘积所有从动轮齿数的连乘定轴轮系的传动比动比的连乘积组成该轮系各对齿轮传定轴轮系的传动比第６章总结1、轮系的分类（定轴、周转、混合）2、定轴轮系的传动比计算3、轮系的应用(d)21(c)2122zz222/z12222z122/22mtzt112z3、槽轮机构的运动系数03z设：槽数z、拨盘圆销数K槽轮机构的运动系数（τ）mtt槽轮运动时间拨盘运动时间第７章总结•*1、间歇运动机构？常用的有哪些？•*3、运动系数：间歇运动构件运动时间tm与连续运动构件运动时间t之比。•*4、万向联轴节角速比32211cos()1sin()sin()mtt第八章机器动力学初步§8－1机器周期性速度波动的调节§8.1.4机器周期性速度波动的调节§8.1.1作用在机器上的力§8.1.2机器的运转过程§8.1.3机器的自调性§8.1.5飞轮的结构§8－2刚性回转件的平衡§8.2.4平衡试验§8.2.1回转件平衡的目的§8.2.2刚性回转件静平衡的计算§8.2.3刚性回转件动平衡的计算§8.2.5转子的平衡精度机器动力学研究的内容还有：机器的真实运动状态、机器的振动问题、高速转子问题、构件弹性的影响、机器运动副间的间隙对机器运动和动力学特性的影响等。第八章机器动力学初步由于机器输入与输出能量的不恒等，机器的运转速度将发生变化，称为机器的速度波动。由于回转件的质量分布不均匀，在运动中将引起惯性力的变化，使机器工作状况恶化。使其质量分布均匀，称为平衡。机器动力学还包括机器的真实运动状态、机器的振动问题、高速转子问题、构件弹性的影响、机器运动副间的间隙对机器运动和动力学特性的影响等。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。周期性惯性力矩较稳定的驱动力与周期性变化外载荷表现为速度波动、能量波动降低速度波动减小J增大加装飞轮J从功能原理进行定量分析：由于周期性驱动力与阻力做功不是时时相等，造成机器本身的动能发生周期性变化。能量的周期性变化表现为速度的波动。212Wmv212WJ任意瞬时驱动力所做的功阻力所做的功drWW驱动力所做的功=阻力所做的功drWW驱动力所做的功阻力所做的功drWW§8.1机器周期性速度波动的调节出现盈功，机械动能增加，转速增高。出现亏功，机械动能减少，转速下降。机械保持转速不变能量的变化表现为速度的变化根据力的方向与受力点速度方向的关系，可分为驱动力和阻力。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)如常用电机的机械特性：力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量8.1.1作用在机器上的力8.1.2机器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tω停止ωmtω稳定运转启动停止启动ωmtω稳定运转停止任意瞬时驱动力所做的功阻力所做的功drWW驱动力所做的功=阻力所做的功drWW驱动力所做的功阻力所做的功drWW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8.1.3机器的自调性•当外载荷发生变化时，机器的主轴能够在新的速度下重新平稳运转的性能。rdMM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。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速度高则减小供油量，速度低则增大。油箱供油进油减少转速降低开口增大回油增加设计时要求：δ≤[δ]造纸织布1/40～1/50纺纱机1/60～1/100发电机1/100～1/300机械名称[δ]机械名称[δ]机械名称[δ]碎石机1/5～1/20汽车拖拉机1/20～1/60冲床、剪床1/7～1/10切削机床1/30～1/40轧压机1/10～1/20水泵、风机1/30～1/50表8-1机械运转速度不均匀系数δ的取值范围发电机的主轴速度波动范围太大，势必影响输出电压的稳定性，故这类机械的δ应取小些；反之，如冲床、破碎机等机械，速度波动大也不影响其工作性能，故可取大些8.1.4机器周期性速度波动的调节2minmaxmmminmax机器速度波动设将机器的转动惯性和质量都等效到主轴上，并把主轴转动惯量近似为常数，则机器动能最大时对应机器主轴的转速最高，机器动能最小时对应转速最低。（最大、小动能之差为最大盈亏功Amax）22maxmaxminmaxmin1()2AEEJ))((21minmaxminmaxJ12minmaxminmaxJ2minmax2mmmJJ将飞轮安装的主轴上，其转动惯量为JF。飞轮作用：依靠大J调节机器周期性速度波动，起到储放能量的作用。22max2900nAAJmmaxf2maxmfAJJ忽略机器本身转动惯量的影响•2πφMdMrabcdea'•0φMdMrφEabcdea'关键：Amax的确定方法在交点位置的动能增量△E正好是从起始点a到该交点区间内各代表盈亏功的阴影面积代数和。Amax＝Emax－Emin＝△EmaxEmax、Emin出现的位置：在曲线Md与Mr的交点处。E(φ)曲线上从一个极值点跃变到另一个极值点的高度，正好等于两点之间的阴影面积(盈亏功)。作图法求Amax：任意绘制一水平线，并分割成对应的区间，从左至右依次向下画箭头表示亏功，向上画箭头表示盈功，箭头长度与阴影面积相等，由于循环始末的动能相等，故能量指示图为一个封闭的台阶形折线。则最大动能增量及最大盈亏功等于指示图中最低点到最高点之间的高度值。强调不一定是相邻点AmaxEmaxEmin可用折线代替曲线求得△EJ=Amax/ω2mδ分析：1）当Amax与ω2m一定时，J-δ是一条等边双曲线。δJ当δ很小时，δ↓→J↑↑∆δ∆J2）当J与ωm一定时，Amax-δ成正比。即Amax越大，机械运转速度越不均匀。3）J与ωm的平方成反比，即平均转速越高，所需飞轮的转动惯量越小。为减少飞轮转动惯量（重量），所以飞轮要装在高速轴或主轴上。过分追求机械运转速度的平稳性，将使飞轮过于笨重。max22900[]AJn074J03最大盈亏功的确定.swf轮辐式飞轮：由轮毂、轮辐和轮缘三部分组成。轮毂轮辐轮缘J8.1.5飞轮的结构其轮毂和轮幅的转动惯量较小，可忽略不计。其转动惯量为：飞轮矩主要尺寸：宽度b、轮缘厚度h、平均值径DmhbDm设计飞轮时应考虑到飞轮轮缘的速度不能太大，以免飞轮在离心惯性力的作用下破裂造成事故222442mfmmGDgJmDDmJ盘形飞轮：BD2221DmJ82mD设计飞轮时应该考虑飞轮轮缘的速度不能太大，以免飞轮在离心惯性力的作用下破裂，造成事故。为保证安全，飞轮的外圆线速度不能超过许用值：铸铁飞轮：vmax≤36m/s铸钢飞轮：vmax≤50m/s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。举例：已知驱动力矩为常数，阻力矩如图所示，主轴的平均角速度为：ωm=25rad/s,许用不均匀系数[δ]＝0.05，求主轴飞轮所需的转动惯量J。解：1)求等效驱动力矩Md,在一个循环内，Md和Mr所作的功相等，于是：2021dMMrd5)]10221(21021[21作代表Md的直线如图。2)由能量指示图求最大盈亏功Amax各阴影三角形的面积分别为：0～π/4π/4～3π/43π/4～9π/89π/8～11π/811π/8～13π/813π/8～15π/815π/8～2π10π/16-20π/1615π/16-10π/1610π/16-10π/165π/16区间面积10Mr作能量指示图2πφkN-mπ3π/20Md由能量指示图，得：Amax＝10π/8＝3.93KN-mJ＝Amax/[δ]ω2m＝3.93×10/(0.05×252)Amax＝126kgm23)求飞轮所需转动惯量：•能量的变化表现为速度的变化•非周期性速度波动，需采用专门的调速器才能调节：速度高则减小供油量，速度低则增大。•机械运转速度不均匀系数δ•飞轮作用：依靠大J调节机器周期性速度波动，起到储放能量的作用。•存在周期性速度波动时，在每个周期内，驱动力（矩）做的功等于阻力（矩）做的功。•最大、小动能之差为最大盈亏功AmaxT8.1在机器中安装飞轮的目的是什么？为什么有些机器要安装调速器？调节非周期性速度波动；外载荷变化大，须通过调整驱动功率来调节速度。T8.2为什么通常将飞轮安装在机器的高速轴上?由式8-5可知，为控制一定的速度波动不平衡系数，转速高了，飞轮转动惯量可以小些，即飞轮尺寸可以小些。T8.3机械平衡的目的是什么？平衡惯性力和惯性力矩，从而减小附加动反力，改善机器的工作性能。在宽径比小于5时，可只进行静平衡。大于5时须进行动平衡T8.4静平衡试验是如何进行的?依靠重力确定偏心质量的位置.T8.5什么是机械速度波动不均匀系数?maxminm2fmAJT8.6：已知某机器的等效阻力矩如图所示，等效驱动力矩为常数，δ＝0.05，平均转速为：n=1450r/m,试求：A、飞轮的转动惯量JF和原动机功率P=Md.ω。解：1)求Md,在一个循环内，Md和Mr所作的功相等，于是：202drMMd11[40]10()22dMNm作代表Md的直线如图。2)求Amax各阴影面积代表盈、亏功。能量指示图J=Amax/[δ]ω2m=15π/(0.05*ω2m)ωm=1450*2π/60=145π/3P=Mdωm=10*ωmT8.8：作用在机器等效构件上的等效阻力矩如图所示，主轴转动一周为一周期，等效驱动力矩为常数，δ＝0.02，试求安装在该机器主轴上飞轮的转动惯量JF和机器所需要的最小输入功率。解：1)求Md：作代表Md的直线如图。2)求Amax各阴影三角形的面积分别为：0～3π/43π