简单的机械调速器

在此类调速器内，发动机带动绕轴旋转的两个或多个重 块，产生离心力，与重力或弹簧力相乎衡。旋转速度的任何 变化都会改变机械装置的平衡位置。并通过拉杆将这种运动 传给发动机燃油供给阀，从而实现旋转速度的控制。 

操纵燃油供给阀的力直接由重块提供。因此、这些重块 必定是相当大的。而目由于它们的惯性，限制了调节器的灵 敏度。另外，摩擦等因素也影响了准确性。

这些力学原理虽然简单，却广泛地用于象小型汽车发动 机这样一些要求不太严格的用途中。这些小车发动机的速度 控制精度及反应速率都不很重要。这类调速器通常很精巧地 与燃油泵结合在一起，称为附泵调速器。

分 析 认真观察图4-5,上面绘出了两个绕轴旋转并与弹簧相互 作用的重块，英国道常称为飞铁，美国称为飞球。 沿旋转轴的轴向分力(如图-4-5的标志)给定如下：

式中：m。= 与转轴有关的总有效质量

mg——-弹簧质量； 

m ——输出杆等的质量。

(液压调速器的控制阀，说明如后) 有关质量和有效弹簧质量可参考另一些标准教科书。 同时设，

f—— 运动部件的粘滞摩擦系数：

3——弹簧刚度； 

FL——由供油齿条和拉杆摩擦等产生的载荷力。

假设速度调定不变，载荷力略去不计，相对于基准条件 X 产生的变化很小，然后再使用微分算子D

2mūq'pTS①。+mo?q/p8r=-(meD²+fD+β)δx 

8r=-g/pδx 

于是 -2 mq/pr80。=[m 

D²+fD+β-m(0q/p)²]δx 

所以当速度调定不变时，调速器的传递函数为：

对于发动机的数学模型δx=8y·m(@₀q/p)² 项称作重 力比，即当速度为0时，重力随半径的变化率。也可以从 其它途径推导求得，如在基准速度为@。时，径向力为Fw= mo。 ·个则轴向分力为；

F=Fw·q/p 

以及 

T=第·q/p 

F=m(O₀*q/p)²x 

于是，重力比轴向分解为：

也就是说，在平衡状态中，调速器的传递函数为无量纲 的量。 

于是

上述推导表明，调速器大体上是一个简单的比例装置。 这个项目是调速器的比例增益。而且它在给定速度变化的情 况下，决定了油耗率的静态变化(负号是因为速度增加而油 耗减少)。 值得注意的是，该增益取决于运转速度和半径。增益越 高，速度下降越少，所施加的载荷也将减少。 对于给定几何形状和尺寸的重块，随着弹簧刚度β减 弱，增益会增大。因而，在实际使用中，在给定的速度变化 下，增加了输出杆的移动量，即增大了油耗率，这就是说， 提高了调速器的灵敏度。 在极限情况下，如β=R, 那么,调速器的灵敏度将是 无限大。此时，在任何载荷增加时，调速器将增加油耗率， 原则上，速度保持不变。这种调速方式称作同步调节。实际 上，这种简单形式的调速器，是不稳定的。工作点的任何微 小的变化，都会引起泊耗率100%的变化，发动机的转速将 会急剧地上下波动。 在传递函数方程式(11)里，其它变量的作用是：因存在 着摩擦减振的弹簧—质量系统，使调速器的运转产生一种正 常的谐振阻尼特性。 显然，假如m 值大，调速器的固有频率就低，因此响 应变慢。