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最大盈亏功

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目录

什么是最大盈亏功[1]

  最大盈亏功是指机械在变速稳定运转的一个周期内,动能的最大值和最小值之间的驱动功与阻抗功之差。

最大盈亏功的确定[2]

  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M'和阻力矩M”的变化规律,Amax便可确定如下:

  图1(a)所示为某组稳定运转一个周期中,作用在主轴上的驱动力M'和阻力M”随主轴转角变化的曲线。μM为力矩比例尺,实际力矩值可用纵坐标高度乘以μM得到,即M=yμM;\mu_\varphi为转角比例尺,实际转角等于横坐标长度乘以\mu_\varphi,即\varphi=x\mu_\varphiM'-\varphi曲线与横坐标轴所包围的面积表示驱动力矩所做的功(输入功);M''-\varphi曲线与横坐标轴所包围的面积表示阻力矩所做的功(输出功)。在Oa区间,输入功与输出功之差为
A_{0a}=\int_0^a(M'-M'')d\varphi= \int_0^a\mu M(y'-y'')dx\mu_\varphi=\mu_M\mu_\varphi[S_1]

  式中[S1]——0a区间M'-\varphiM''-\varphi曲线之间的面积(mm2);

  AOa——区间的盈亏功,以绝对值表示。

  由图可见,0a区间阻力矩大于驱动力矩,出现亏功,机器动能减小,故标注负号;而ab区间驱动力矩大于阻力矩,出现盈功,机器动能增加,故标注正号。同理,bc、d0区间为负,cd区间为正。

  盈亏功等于机器动能的增减量。设E0为主轴角位置\varphi _0时机器的动能,则主轴角位置为\varphi _a时,机器的动能Ea应为
E_a=E_0-A_{0a}=E_0-\mu_M\mu_\varphi[S_1]
E_b=E_a-A_{ab}=E_a-\mu_M\mu_\varphi[S_2]
……
E_0=E_d-A_{d0}=E_d-\mu_M\mu_\varphi[S_5]
  以上动能变化也可用能量指示图表示。如图1(b)所示,从点0出发,顺次作向量\vec{0a}\vec{ab}\vec{bc}\vec{cd}\vec{d0}表示盈亏功A0aAabAbcAcdAd0(盈功为正,箭头朝上;亏功为负,箭头朝下)。由图可知,点d具有最大动能,对应于ωmax,点a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
Image:最大盈亏功的确定.jpg

  【例17.1】某机组作用在主轴上的阻力矩变化曲线M''-\varphi如图2(a)所示。已知主轴上的驱动力M'为常数,主轴平均角速度\omega_m=25rad\cdot s^{-1}机械运转速度不均匀系数δ = 0.02

  (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3倍的辅助轴上,求飞轮转动惯量f'。
Image:飞轮设计.jpg

  【解】(1)求M'。因给定M'为常数,故M'-\varphi为一水平直线。在一个运动循环中驱动力矩所做的功为2πM',它应当等于一个运动循环中阻力矩所做的功,即

  2πM'=100×2π+400×\frac{\pi}{4}×2

解上式得M’=200 N·m。由此可作出M'-\varphi的水平直线。

  (2)求Amax。将M'-\varphiM''-\varphi曲线的交点标注为a、b、c、d。将各区间M'-\varphiM''-\varphi所围面积区分为盈功和亏功,并标注“+”号或“-”号。然后根据各区间盈亏功的数值大小按比例作能量指示图(图2(b))。首先自下向上作\vec{0a}表示0a区间的盈功,A_{0a}=100\times \frac{\pi}{2} N \cdot m;其次,向下作\vec{ab}表示ab区间的亏功,A_{ab}=300\times \frac{\pi}{4} N \cdot m。依次类推,直到画完最后一个封闭向量\vec{d0}。由图可知,ad区间出现最大盈亏功,其绝对值为
A_{max}=|-A_{ab}+A_{bc}-A_{cd}|=|-300\times \frac{\pi}{4}+ 100\times \frac{\pi}{2}-300\times \frac{\pi}{4}|=314.16N \cdot m
  (3)求安装在主轴上的飞轮转动惯量J
J/(N \cdot m)=\frac{A_{max}}{\omega_m^2\delta }=\frac{314.16}{25^2\times 0.02}=25.13kg\cdot m^2
  (4)求安装在辅助轴上的飞轮转动惯量,令ω' = 3ωm,故
J'/(kg \cdot m^2)=J(\frac{\omega_m}{\omega'})^2=25.13\times \frac{1}{9}=2.79kg\cdot m^2

参考文献

  1. 彭文生,杨家军,王均荣编.第十八章 机械速度波动的调节 机械设计与机械原理考研指南(上册).华中科技大学出版社,2006.10.
  2. 宋宝玉主编;张锋,李笑,王洪祥副主编.第十七章 机械动力学 机械设计基础(修订版).哈尔滨工业大学出版社,2004年01月第2版.
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评论(共7条)

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175.168.251.* 在 2015年1月4日 13:03 发表

做错了吧 Amax算的不对啊

回复评论
精英学生会 (Talk | 贡献) 在 2015年1月4日 14:02 发表

175.168.251.* 在 2015年1月4日 13:03 发表

做错了吧 Amax算的不对啊

绝对值

回复评论
寒曦 (Talk | 贡献) 在 2015年1月4日 14:13 发表

175.168.251.* 在 2015年1月4日 13:03 发表

做错了吧 Amax算的不对啊

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回复评论
111.26.33.* 在 2017年12月15日 13:38 发表

答案错了吧 不对

回复评论
111.26.33.* 在 2017年12月15日 13:39 发表

答案错了 不对

回复评论
LuyinT (Talk | 贡献) 在 2017年12月18日 10:17 发表

111.26.33.* 在 2017年12月15日 13:39 发表

答案错了 不对

我没发现哪里错误,MBA智库百科是可以自由参与编辑,你能把正确答案分享给我们吗~

回复评论
175.11.31.* 在 2019年3月19日 22:08 发表

很好

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