机械设计基础第七章

7-1解 ：（ 1）先求解该图功的比例尺。

（ 2 ） 求最大盈亏功

。根据 图 7.5做能量指示图。将

和

曲

线的交点标注 ，， ，， ， ， ， ， 。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.6）如下：首先自 其次作

向下表示

向上做

，表示

区间的盈功；

区间的亏功；依次类推，直到画完最后一个封闭矢量

区间出现最大盈亏功，其绝对值为：

。由图知该机械系统在

（ 3 ）求飞轮的转动惯量 曲轴的平均角速度：

；

系统的运转不均匀系数： ；

则飞轮的转动惯量：

图 7.5 图7.6

1

7-2

图 7.7 图7.8

解 ：（1）驱动力矩。因为给定 为常数，因此 为一水平直线。

在一个运动循环中，驱动力矩所作的功为 ，它相当于一个运动循环所作的

功，即：

因此求得： （ 2）求最大盈亏功

。 根据 图 7.7做能量指示图。将

和

曲

线的交点标注 ，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.8）如下：首先自 的亏功；然后作

向上做

，表示

区间的盈功；其次作

向下表示

区间

向上表示 区间的盈功，至此应形成一个封闭区间。

。

由图知该机械系统在 区间出现最大盈亏功

2

欲求 那么在

，先求图7.7中 中，

的长度。如图将图中线1和线2延长交于 点，。又

相当于该三角形的中位线，可知

在 则

中， ，因此有： ，

根据所求数据作出能量指示图，见图 7.8，可知最大盈亏功出现在 则

。

（ 3）求飞轮的转动惯量和质量。

段，

7-3解 ：原来安装飞轮的轴的转速为

，现在电动机的转速为

，则若将飞轮安装在电动机轴上，飞轮的转动惯量为：

7-4解 ：（ 1）求安装在主轴上飞轮的转动惯量。先求最大盈亏功为

。因

是最大动能与最小动能之差，依题意，在通过轧辊前系统动能达到最大，

通过轧辊后系统动能达到最小，因此：

3

则飞轮的转动惯量：

（ 2）求飞轮的最大转速和最小转速。

（ 3）因为一个周期内输入功和和输出功相等，设一个周期时间为 ，则：，因此有：。

7-5 解：

图 7.9

一个周期驱动力矩所作的功为：

一个周期阻力矩所作的功为：

4

又 时段内驱动力矩所做的功为：

因此最大盈亏功为：

机组的平均角速度为：

机组运转不均匀系数为：

故飞轮的转动惯量为：

7-6答 ：本书介绍的飞轮设计方法，没有考虑飞轮以外其他构件动能的变化，而实际上其他构件都有质量，它们的速度和动能也在不断变化，因而是近似的。

7-7 解：

图 7.10 图7.11

由图见一个运动循环的力矩图有四个重复图示，因此，可以以一个周期只有 来计算。

5

（ 1）求驱动力矩 驱动力矩

。一个周期内驱动力矩功和阻力矩功相等，又依题意

，

和

为常数，故有

（ 2）求最大盈亏功。 根据 图 7.10做能量指示图。将

曲线的交点标注 ，，，。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.11）如下：首先自 向上做 其次作

向下表示

，表示

区间的盈功，

；

；

区间的亏功，

然后作向上表示 区间的盈功，至此应形成一个封闭区间，

区间出现最大盈亏功

。由图知该机械系统在

。

（ 3）求飞轮的转动惯量。

（ 4）求飞轮的质量。

由课本公式 7-8： 7-8 解 ：

得：

6

图 7.12 图7.13

（ 1）求驱动力矩动力矩

。一个周期内驱动力矩功和阻力矩功相等，又依题意驱

为常数，故有：

，

（ 2）求最大盈亏功

和

。 根据 图7.12做能量指示图。将

曲线的交点标注 ，，， ， 。将各区间所围的面积分为盈功和亏功，并

标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.13）如下：首先自 向下做

；其次作

，表示 向上表示

区间的亏功，区间的盈功，

；然后作 向下表示 ；作

闭区间，

。

（ 3）求飞轮的转动惯量。

向上表示

区间的亏功，

区间的盈功，至此应形成一个封

区间出现最大盈亏功

。由图知该机械系统在

7

7-9答 ：机械有规律的，周期性的速度变化称为周期性速度波动。系统速度波动是随机的、不规则的，没有一定周期的称为非周期性速度波动。调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上转动惯量很大的回转件——飞轮。非周期性速度波动常用调速器调节。经过调节后只能使主轴的速度波动得以减小，而不能彻底根除。

7-10解 ：

图 7.14 图7.15

（ 1）先求阻力矩。因为阻力矩 为常数，故有 ，

；

再求发动机平均功率。一个周期内输出功为

一个周期所用的时间为： ；

因此发动机的平均功率为： （ 2）首先求最大盈亏功

。

和

。 根据 图7.14做能量指示图。将

曲线的交点标注，，， ，

8

。将各区间所围的面积分为盈功和亏

功，并标注“+”号或“-”号，然后根据各自区间盈亏功的数值大小按比例作出能量指示图（图7.15）如下：首先自 向上表示 闭区间。

区间的盈功；然后

向下做

，表示

区间的亏功；其次作

向下表示 区间的亏功，至此应形成一个封

欲求 ，先求图7.15中 的长度。由图知 ，因此有：

，则

根据所求数据作出能量指示图，见图 7.15，可知最大盈亏功出现在 则

。

则求飞轮的转动惯量为

段，

（ 3）若将飞轮转动惯量减小

，而 保持原值，可将飞轮安装在速度较

高一点的轴上，设该轴的转速为 ，则有：

，∴

9

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