机械速度波动及调节ppt课件

第七章第七章 机械的运动及其速度动摇机械的运动及其速度动摇的调理的调理 机械的运动方程式机械的运动方程式 机械运动方程式的求解机械运动方程式的求解 稳定运转形状下机械的周期性速稳定运转形状下机械的周期性速度度 动摇及其调理动摇及其调理 机械的非周期性速度动摇及其调机械的非周期性速度动摇及其调理理 了解机器运动和外力的定量关系了解机器运动和外力的定量关系 了解机器运动速度动摇的缘由、特点、了解机器运动速度动摇的缘由、特点、危害危害 掌握机器运动速度动摇的调理方法掌握机器运动速度动摇的调理方法本章教学目的本章教学目的本章教学内容本章教学内容本章重点：本章重点：等效质量、等效转动等效质量、等效转动惯量、等效能、等惯量、等效能、等效能矩的概念及其效能矩的概念及其计算方法；计算方法；机械运动产生速度动机械运动产生速度动摇的缘由及其调理摇的缘由及其调理方法。方法。难点：难点：计算飞轮转动惯量时计算飞轮转动惯量时最大盈亏功的计算。最大盈亏功的计算。7-1 概述概述一研讨目的和内容一研讨目的和内容 1、由于机械的运动规律是由各构件的质量、转动惯量和作用、由于机械的运动规律是由各构件的质量、转动惯量和作用力等要素决议的，随时间变化而变化，要对机械进展准确的运力等要素决议的，随时间变化而变化，要对机械进展准确的运动分析和力分析，就要研讨在外力作用下，机械的真实运动规动分析和力分析，就要研讨在外力作用下，机械的真实运动规律。律。2、由于机械在运动过程中会出现速度动摇，导致运动副产生、由于机械在运动过程中会出现速度动摇，导致运动副产生附加动压力，并引起振动，从而降低机械运用寿命、效率和任附加动压力，并引起振动，从而降低机械运用寿命、效率和任务质量，因此需研讨机械运转过程中，速度的动摇及其调理方务质量，因此需研讨机械运转过程中，速度的动摇及其调理方法。法。由新汕大百事通提供！由新汕大百事通提供！运动分析时，都假定原动件作匀速运动，实践上是多个参运动分析时，都假定原动件作匀速运动，实践上是多个参数的函数。数的函数。二机械运转的三个阶段二机械运转的三个阶段1.起动阶段起动阶段原动件的速度由零逐渐上升到开场稳原动件的速度由零逐渐上升到开场稳定的过程。定的过程。起 动稳 定 运 转停 车图 11-1根据动能定理根据动能定理WdWc=E驱动功驱动功阻抗功阻抗功输出功输出功Wr和损和损失功失功Wf之和之和动能动能v功功(率率)特征：外力对系统做正功特征：外力对系统做正功Wd-Wc0v动能特征：系统的动能添加动能特征：系统的动能添加E=Wd-Wc0v速度特征：系统的速度添加速度特征：系统的速度添加=0m起 动稳 定 运 转停 车图 11-12.稳定运转阶段稳定运转阶段 原动件速度坚持原动件速度坚持常数或在正常任务常数或在正常任务速度的平均值上下速度的平均值上下作周期性的速度动作周期性的速度动摇。摇。v功功(率率)特征：特征：Wd-WcT=0v动 能 特 征：动 能 特 征：E=W d-WcT=0v速度特征：速度特征：T=T+1此阶段分两种情况：此阶段分两种情况：常数，但在正常任务速度的平均值常数，但在正常任务速度的平均值 m上下作周期性速度上下作周期性速度动摇动摇周期变速稳定运转周期变速稳定运转 =常数常数等速稳定运转等速稳定运转起 动稳 定 运 转停 车图 11-13.停车阶段停车阶段驱动力为零，机驱动力为零，机械系统由正常任械系统由正常任务速度逐渐减速，务速度逐渐减速，直到停顿。直到停顿。v功功(率率)特征：特征：Wd-Wc=-Wcv动能特征：动能特征：E=Wd-Wc=-Wc0v速度特征：速度特征：i+10，用，用“+号表示。号表示。v亏功：亏功：E 0，用，用“-号表示。号表示。v在盈功区，等效构件的在盈功区，等效构件的v在亏功区，等效构件的在亏功区，等效构件的 在一个公共周期内在一个公共周期内 Wd=Wr02/2/)(22 aeaaeaaaeredJJdMME Me和和Je的公共周期的公共周期TMTJ；在其始末；在其始末Me和和Je分分别一样别一样阐明经过一个运动循环之后，机械又回复到初始形状阐明经过一个运动循环之后，机械又回复到初始形状,其运转其运转速度呈现周期性动摇。速度呈现周期性动摇。E 二二.周期性速度动摇的调理周期性速度动摇的调理 速度动摇程度的衡量目的速度动摇程度的衡量目的OOTTminminmaxmax(1).平均角速度平均角速度 m(2).角速度的变化量角速度的变化量 max-min可反映机械速度动摇的绝对量，但不能反映机械运转的不均匀程度。可反映机械速度动摇的绝对量，但不能反映机械运转的不均匀程度。2)(minmax m例如：当例如：当 max-min=5rad/s时，对于时，对于 m=10 rad/s 和和 m=100rad/s的的机械，低速机械的速度动摇要明显一些。机械，低速机械的速度动摇要明显一些。(3).速度不均匀系数速度不均匀系数：角速度变化量和其平均角速度的比：角速度变化量和其平均角速度的比值。工程上用来表示机械运转的速度动摇程度。值。工程上用来表示机械运转的速度动摇程度。m minmax 对于不同的机器，因任务性质不同，对于不同的机器，因任务性质不同，的要求也不同，故规定的要求也不同，故规定有许用值有许用值。常用机械运转不均匀系数的许用值常用机械运转不均匀系数的许用值 22min2maxminmax2)21()21(mmm 2)(minmax mm /)(minmax 上述各速度量间的关系：上述各速度量间的关系：周期性速度动摇的调理周期性速度动摇的调理一定一定eM eJ机械运转平稳机械运转平稳eeJM v 为了减少机械运转时产生的周期性速度为了减少机械运转时产生的周期性速度动摇，常用的方法是在机械中安装具有动摇，常用的方法是在机械中安装具有较大转动惯量较大转动惯量JF 的飞轮来进展调理。的飞轮来进展调理。v飞轮相当于一个储能器。飞轮相当于一个储能器。当机械出现盈功时，它以动能的方式将多余的能量储存当机械出现盈功时，它以动能的方式将多余的能量储存起来，使主轴角速度上升幅度减小；起来，使主轴角速度上升幅度减小；当出现亏功时，它释放其储存的能量，以弥补能量的缺当出现亏功时，它释放其储存的能量，以弥补能量的缺乏，使主轴角速度下降的幅度减小。乏，使主轴角速度下降的幅度减小。飞轮设计的根本原理飞轮设计的根本原理MedMerabcdea E maxmin)()(max dMMWered2min2max2121 eeJJ v最大盈亏功最大盈亏功 Wmax Emax和和Emin的位置之间一切外力作的功的代的位置之间一切外力作的功的代数和。数和。minmaxEE )(21minmaxminmax eJ 2meJ 2maxmeJW v在在Emax处：处：max 对应的对应的角记作角记作 max max v在在Emin处：处：min 对应的对应的角记作角记作 minmin v Wmax的求法的求法能量指示图能量指示图法法能量指示图：以能量指示图：以a点为起点，按一定点为起点，按一定比例用向量线段依次表示相应位置比例用向量线段依次表示相应位置Med和和Mer之间所包围的面积之间所包围的面积Aab、Abc、Acd、Ade和和Aea的大小和的大小和正负的图形。正负的图形。MedMerabcdea E 00ababAcbcAdcdAedeAaaeA maxAAmax 代表最大盈亏功代表最大盈亏功 Wmax的的大小大小飞轮转动惯量飞轮转动惯量JF的计算的计算：ememFJWJWJ 2max2max FeJJ2max mFWJ )(2maxFemJJW mrn 代代替替用用min)/(90022max nWJF 结论：结论：当当 Wmax与与 m一定时，如一定时，如取值很小，那么飞轮的转动惯量就需取值很小，那么飞轮的转动惯量就需很大。所以，过分追求机械运动速度很大。所以，过分追求机械运动速度 均匀性，将会使飞轮过于笨均匀性，将会使飞轮过于笨重。重。JF 不能够为无穷大，所以不能够为无穷大，所以不能够为零。即周期性速度只能减小，不能够为零。即周期性速度只能减小，不能够消除。不能够消除。当当 Wmax 与与一定时，一定时，JF与与 m 的平方成反比。所以，最好将飞轮的平方成反比。所以，最好将飞轮安装在机械的高速轴上。安装在机械的高速轴上。400MNm 02 Mr例：等效阻力矩例：等效阻力矩Mr变化曲线如图示，变化曲线如图示，等效驱动力矩等效驱动力矩Md为常数，为常数，m=100 rad/s，=0.05，不计机器的等效转动惯量不计机器的等效转动惯量J。求：求：1Md=?；2 Wmax=?；3在图上标出在图上标出max和和min的位置；的位置；4JF=?。解：解：1 Md 2=2 400/2Md=200 NmMd200abca/23/2ab50c-50a2画能量指示图画能量指示图3 max和和min的位置的位置如图示如图示222/628.005.0100100smKg )42max mFWJ Wmax=-100 Nm7-5 机械的非周期性速度动摇及机械的非周期性速度动摇及其调理其调理 电动机 内燃机 涡轮机调速器的种类机械式电动液压燃气蜗轮发动机调速器任务原理本本 章章 总总 结结一、重点一、重点1机械系统等效动力学模型的概念；机械系统等效动力学模型的概念；2等效转动惯量、等效质量、等效能矩、等效能的概念及等效转动惯量、等效质量、等效能矩、等效能的概念及计算方法；计算方法；3机械运转速度动摇及其调理方法，飞轮转动惯量的计算。机械运转速度动摇及其调理方法，飞轮转动惯量的计算。二、难点二、难点1等效转动惯量等效质量、等效能矩等效能的计算等效转动惯量等效质量、等效能矩等效能的计算为了计算等效转动惯量等效质量、等效能矩等效能，为了计算等效转动惯量等效质量、等效能矩等效能，可以从等效构件的动能与原机械系统的动能相等，以及等效能可以从等效构件的动能与原机械系统的动能相等，以及等效能矩等效能的瞬时功率与原机械系统的一切外力的瞬时功率矩等效能的瞬时功率与原机械系统的一切外力的瞬时功率之和相等入手求解。之和相等入手求解。2最大盈亏功最大盈亏功Wmax的计算的计算最大盈亏功最大盈亏功Wmax是指机械系统在一个运动循环中动能变化是指机械系统在一个运动循环中动能变化的最大差值，即一个运动循环中最大角速度与最小角速度之间的最大差值，即一个运动循环中最大角速度与最小角速度之间盈功与亏功的代数和，所以其大小不一定等于系统盈功或亏功盈功与亏功的代数和，所以其大小不一定等于系统盈功或亏功的最大值，应根据能量指示图来确定。的最大值，应根据能量指示图来确定。