机械原理速度波动课件

第七章第七章 机械的运转及其速度波动的调节机械的运转及其速度波动的调节 假定原动件匀速运动进行分析的局限性假定原动件匀速运动进行分析的局限性分分析析结结果果与与真真实实情情况况有有差差异异，对对于于高高速速、重重载载、大大质质量量的的机机械械，这这种种分分析析误误差差可可能能直直接接影影响响到到设设计计的的安安全全性性和和可可靠靠性。性。实际工况实际工况作作用用在在机机器器执执行行构构件件的的生生产产阻阻力力形形式式是是各各种种各各样样的的，绝绝大大多多数数机机器器受受到到的的生生产产阻阻力力是是变变化化的的(时时大大时时小小，时时有有时时无无,突突然然加加载载，毫毫无无规规律律等等)，作作用用在在构构件件上上的的摩摩擦擦力力和和摩摩擦擦力力矩矩随随着着机机器器的的运运转转也也在在不不断断变变化化。因因此此，绝绝大大多多数数机机械械系系统统运运转时，其转时，其主轴主轴的速度是的速度是波动波动的。的。有害影响有害影响主主轴轴速速度度过过大大的的波波动动变变化化会会影影响响机机器器的的正正常常工工作作，增增大大运运动动副副中中的的动动载载荷荷，加加剧剧运运动动副副的的磨磨损损，降降低低机机器器的的工工作作精精度度和和传传动动效效率率，缩缩短短机机器器的的使使用用寿寿命命。周周期期性性的的速速度度波波动动还还会会激激发发机机器器振振动动，产产生生噪噪声声，甚甚至至引引起起机机器器共共振振，造造成成意意外外事故。事故。一、概述一、概述 机机械械系系统统的的运运动动规规律律，是是由由各各构构件件的的质质量量、转转动动惯惯量量和和作用于各构件上的力等多方面因素决定的。作用于各构件上的力等多方面因素决定的。研研究究内内容容在在外外力力作作用用下下机机械械的的真真实实运运动动规规律律及及机机械械速速度波动的调节。度波动的调节。研研究究目目的的使使机机械械的的转转速速在在允允许许范范围围内内波波动动，保保证证机机械械正常工作。正常工作。机械主轴速度产生波动的原因机械主轴速度产生波动的原因 机械的输入功与有用功机械的输入功与有用功和有害功之和不能时时保证相等。和有害功之和不能时时保证相等。机械速度波动类型机械速度波动类型周期性速度波动周期性速度波动非周期性速度波动非周期性速度波动 工作角速度工作角速度 n n额定角速度额定角速度 1.作用在机械上的驱动力作用在机械上的驱动力和生产阻力的性质和生产阻力的性质驱动力驱动力常数常数 如重力如重力 Fd C位移的函数位移的函数 如弹簧力如弹簧力 Fd Fd(s)、内燃机驱动力矩、内燃机驱动力矩Md Md(s)速度的函数速度的函数 如电动机如电动机驱动力矩驱动力矩Md Md()Md BNAC 0 0 同步角速度同步角速度 生产阻力生产阻力 生产阻力是指机械工作时需要克服的工作负荷，它决定生产阻力是指机械工作时需要克服的工作负荷，它决定于机械的工艺特性。于机械的工艺特性。常数常数 如起重机、车床的生产阻力如起重机、车床的生产阻力执行机构位置的函数执行机构位置的函数 如曲柄压力机、活塞式压缩机的如曲柄压力机、活塞式压缩机的生产阻力生产阻力执行构件速度的函数执行构件速度的函数 如鼓风机、离心泵的生产阻力如鼓风机、离心泵的生产阻力时间的函数时间的函数 如揉面机、球磨机的生产阻力如揉面机、球磨机的生产阻力n n机器动能方程式：机器动能方程式：机器动能方程式：机器动能方程式：WWd d (W(Wr r+W+Wf f)=W)=Wd d-W-Wc c=E E2 2 E E1 1=E E 驱动功驱动功驱动功驱动功 -阻力功阻力功阻力功阻力功 =系统动能的增量系统动能的增量系统动能的增量系统动能的增量n n盈功：盈功：盈功：盈功：驱动力作的功驱动力作的功驱动力作的功驱动力作的功大于大于大于大于阻力作的功阻力作的功阻力作的功阻力作的功n n亏功：亏功：亏功：亏功：驱动力作的功驱动力作的功驱动力作的功驱动力作的功小于小于小于小于阻力作的功阻力作的功阻力作的功阻力作的功机械系统运转过程（功、能转换）机械系统运转过程（功、能转换）机器运转的三个阶段机器运转的三个阶段机器运转的三个阶段机器运转的三个阶段1 1 起动阶段起动阶段起动阶段起动阶段(0 0 mm)特点特点特点特点：WWd dWWr r =mm2 2 稳定运转阶段稳定运转阶段稳定运转阶段稳定运转阶段(mm)特点特点特点特点：WWd d=W=Wr r =mm3 3 停车阶段停车阶段停车阶段停车阶段(m m 0)0)特点特点特点特点：WWd dW0，用，用“+”号表示。号表示。亏功：亏功：E Mer,系统的转速将持续上升，严重时会系统的转速将持续上升，严重时会出现飞车现象；出现飞车现象；v如果长时间如果长时间MedMer，会造成系统转速持续下降直至最，会造成系统转速持续下降直至最后停止运转后停止运转。一、非周期性速度波动产生的原因及危害一、非周期性速度波动产生的原因及危害1.当机械的原动机所发出的驱动力矩是速度的函数且具下当机械的原动机所发出的驱动力矩是速度的函数且具下降的趋势时，机械具有自动调节非周期性波动的能力。降的趋势时，机械具有自动调节非周期性波动的能力。v采用电动机作为原动机的机械属于此类。采用电动机作为原动机的机械属于此类。2.对于没有自调性的机械系统，需安装一种专门的调节装对于没有自调性的机械系统，需安装一种专门的调节装置置-调速器来调节机械出现的非周期性速度波动。调速器来调节机械出现的非周期性速度波动。v如采用蒸汽机、内燃机或汽轮机为原动机的机械系统如采用蒸汽机、内燃机或汽轮机为原动机的机械系统二、非周期性速度波动的调节方法二、非周期性速度波动的调节方法分为两种情况：分为两种情况：离心式调速器离心式调速器例例3：求：电动机所需的平均功率，以及求：电动机所需的平均功率，以及JF 1)飞轮装在曲柄轴上；飞轮装在曲柄轴上；2)飞轮装在电动机轴上，忽略减速器的转动惯量。飞轮装在电动机轴上，忽略减速器的转动惯量。解：解：1.求平均功率求平均功率3.求飞轮转动惯量求飞轮转动惯量2）飞轮装在电动机轴上）飞轮装在电动机轴上2.求最大盈亏功求最大盈亏功例例3（续）（续）1)飞轮装在曲柄轴上飞轮装在曲柄轴上例例4：已知已知:求：求：1)2)装在曲轴上的飞轮装在曲轴上的飞轮 的转动惯量的转动惯量JF解解：一个循环内驱动功应等于阻抗功，一个循环内驱动功应等于阻抗功，1)确定阻抗力矩确定阻抗力矩M r3）求）求2）求）求例例4（续）（续）M rED基本要求基本要求基本要求基本要求 掌掌掌掌握握握握机机机机械械械械运运运运转转转转过过过过程程程程的的的的三三三三个个个个阶阶阶阶段段段段，机机机机械械械械系系系系统统统统的的的的功功功功、能能能能量量量量和和和和原原原原动动动动件件件件运运运运动动动动速速速速度度度度的的的的特特特特点点点点。了了了了解解解解作作作作用用用用在在在在机机机机械械械械中中中中的的的的力力力力与与与与某某某某些些些些运运运运动动动动参数之间的函数关系。参数之间的函数关系。参数之间的函数关系。参数之间的函数关系。掌握建立单自由度机械系统等效动力学模型以确定机械的掌握建立单自由度机械系统等效动力学模型以确定机械的掌握建立单自由度机械系统等效动力学模型以确定机械的掌握建立单自由度机械系统等效动力学模型以确定机械的真实运动规律的基本思路及建立运动方程式的方法，能求真实运动规律的基本思路及建立运动方程式的方法，能求真实运动规律的基本思路及建立运动方程式的方法，能求真实运动规律的基本思路及建立运动方程式的方法，能求解等效力矩和等效转动惯量均是机构位置函数时机械的运解等效力矩和等效转动惯量均是机构位置函数时机械的运解等效力矩和等效转动惯量均是机构位置函数时机械的运解等效力矩和等效转动惯量均是机构位置函数时机械的运动方程式。动方程式。动方程式。动方程式。了了了了解解解解周周周周期期期期性性性性速速速速率率率率波波波波动动动动的的的的调调调调节节节节方方方方法法法法，掌掌掌掌握握握握飞飞飞飞轮轮轮轮调调调调速速速速原原原原理理理理及及及及飞飞飞飞轮轮轮轮的的的的设设设设计计计计方方方方法法法法，能能能能求求求求解解解解等等等等效效效效力力力力矩矩矩矩是是是是机机机机构构构构位位位位置置置置函函函函数数数数时时时时飞飞飞飞轮轮轮轮的的的的转动惯量。转动惯量。转动惯量。转动惯量。