机械行业运转及其速度波动的调节

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,作者：国防科大教授潘存云、王 玲,第七,章,章,机械,的,的运,转,转及,其,其速,度,度波,动,动的,调,调节,71研究,目,目的,及,及方,法,法,72机械,的,的运,动,动方,程,程式,73机械,运,运动,方,方程,的,的求,解,解,74机械,周,周期,性,性速,度,度波,动,动及,其,其调,节,节,75机械,非,非周,期,期性,速,速度,波,波动,及,及其,调,调节,作者,：,：国,防,防科,大,大教,授,授潘,存,存云,、,、王,玲,玲,71,研,研,究,究的,目,目的,及,及方,法,法,一、,研,研究,内,内容,及,及目,的,的,1.,研,研究,在,在外,力,力作,用,用下,机,机械,的,的真,实,实运,动,动规,律,律，,目,目的,是,是为,运,运动,分,分,析作,准,准备,。,。,前述,运,运动,分,分析,曾,曾假,定,定是,常,常数,，,，但,实,实际,上,上是,变,变化,的,的,概述,：,：设计,新,新的,机,机械,，,，或,者,者分,析,析现,有,有机,械,械的,工,工作,性,性能,时,时，,往,往往,想,想知,道,道机,械,械运,转,转的,稳,稳定,性,性、,构,构件,的,的惯,性,性力,以,以及,在,在运,动,动副,中,中产,生,生的,反,反力,的,的大,小,小、V,max,a,max,的大,小,小，,因,因此,要,要对,机,机械,进,进行,运,运动,分,分析,。,。而,前,前面,所,所介,绍,绍的,运,运动,分,分析,时,时，,都,都假,定,定原,动,动件,作,作匀,速,速运,动,动(const)。,但,但在,大,大多,数,数情,况,况下,，,，const，而,是,是力,、,、力,矩,矩、,机,机构,位,位置,、,、构,件,件质,量,量、,转,转动,惯,惯量,等,等参,数,数的,函,函数,：,：F(P、M、,、,m、J),。,。只有,确,确定,了,了的,原,原动,件,件运,动,动的变,化,化规,律,律之,后,后，,才,才能,进,进行,运,运动,分,分析,和,和力,分,分析,，,，从,而,而为,设,设计,新,新机,械,械提,供,供依,据,据。,这就,是,是研,究,究机,器,器运,转,转的,目,目的。,2.,研,研究,机,机械,运,运转,速,速度,的,的波,动,动及,其,其调,节,节方,法,法，,目,目的,是,是使,机,机械,的,的转,速,在,在,允,允,许,许,范,范,围,围,内,内,波,波,动,动,，,，,而,而,保,保,证,证,正,正,常,常,工,工,作,作,。,。,速,度,度,波,波,动,动,过,过,大,大,，,，,会,会,产,产,生,生,恶,恶,果,果,作,者,者,：,：,国,国,防,防,科,科,大,大,教,教,授,授,潘,潘,存,存,云,云,、,、,王,王,玲,玲,2.,机,机,械,械,的,的,运,运,转,转,稳,定,定,运,运,转,转,阶,阶,段,段,的,的,状,状,况,况,有,有：,匀,匀,速,速,稳,稳,定,定,运,运,转,转,：,：,常,常,数,数,t,稳定运转,周,期,期,变,速,速,稳,稳,定,定,运,运,转,转,：,：,(t)=,(t+T,p,),启动,三,个,个,阶,阶,段,段,：,：,启,启,动,动,、,、,稳,稳,定,定,运,运,转,转,、,、,停,停,车,车,。,。,非,非,周,期,期,变,速,速,稳,稳,定,定,运,运,转,转,停止,m,t,稳定运转,启动,停止,m,t,稳定运转,启,动,停止,匀,速,速,稳,稳,定,定,运,运,转,转,时,时,，,，,速,速,度,度,不,需,需,要,要,调,调,节,节,。,。,后,两,两,种,种,情,情,况,况,由,由,于,于,速,速,度,度,的,的,波,波,动,动,，,，,会,会,产,产,生,生,以,以,下,下,不,不,良,良,后,后,果,果,：,：,作,者,者,：,：,国,国,防,防,科,科,大,大,教,教,授,授,潘,潘,存,存,云,云,、,、,王,王,玲,玲,速,度,度,波,波,动,动,产,产,生,生,的,的,不,不,良,良,后,后,果,果,：,在,在,运,运,动,动,副,副,中,中,引,引,起,起,附,附,加,加,动,动,压,压,力,力,，,，,加,加,剧,剧,磨,磨,损,损,，,，,使,使,工,工,作,作,可,可,靠,靠,性,性,降,降,低,低,。,。,引,引,起,起,弹,弹,性,性,振,振,动,动,，,，,消,消,耗,耗,能,能,量,量,，,，,使,使,机,机,械,械,效,效,率,率,降,降,低,低,。,。,影,影,响,响,机,机,械,械,的,的,工,工,艺,艺,过,过,程,程,，,，,使,使,产,产,品,品,质,质,量,量,下,下,降,降,。,。,载,载,荷,荷,突,突,然,然,减,减,小,小,或,或,增,增,大,大,时,时,，,，,发,发,生,生,飞,飞,车,车,或,或,停,停,车,车,事,事,故,故,为,了,了,减,减,小,小,这,这,些,些,不,不,良,良,影,影,响,响,，,，,就,就,必,必,须,须,对,对,速,速,度,度,波,波,动,动,范,范,围,围,进,进,行,行,调,调,节,节,。,。,二,、,、,速,速,度,度,波,波,动,动,调,调,节,节,的,的,方,方,法,法,1.对,周,周期性,速,速度波,动,动，可,在,在转动,轴,轴上安,装,装一个,质,质量较,大,大的回,转,转,体（俗,称,称飞轮,）,）达到,调,调速的,目,目的。,2.对,非,非周期,性,性速度,波,波动，,需,需采用,专,专门的,调,调速器,才,才能调,节,节。,本章仅,讨,讨论飞,轮,轮调速,问,问题。,作者：,国,国防科,大,大教授,潘,潘存云,、,、王,玲,玲,三、作,用,用在机,械,械上的,驱,驱动力,和,和生产,阻,阻力,驱动力,是,是由原,动,动机提,供,供的动,力,力，根,据,据其特,性,性的不,同,同，它,们,们可以,是,是不同,运,运动参,数,数的函,数,数：,蒸汽机,与,与内然,机,机发出,的,的驱动,力,力是活,塞,塞位置,的,的函数,：,：,电动机,提,提供的,驱,驱动力,矩,矩是转,子,子角速,度,度,的函数,：,：,机械特,性,性曲线,原动机,发,发出的,驱,驱动力,（,（或力,矩,矩）与,运,运动参,数,数之间,的,的函数,关,关系曲,线,线。,当用解,析,析法研,究,究机械,在,在外力,作,作用下,，,，驱动,力,力必须,以,以解析,表,表达式,给,给出。,一般较,复,复杂,工程上,常,常将特,性,性曲线,作,作近似,处,处理，,如,如,M,d,=M(s),M,d,=M(,),B,N,M,d,交流异步电,动,动机的机械,特,特性曲线,A,C,用通过额定,转,转矩点N的直线NC代替曲线NC,n,0,M,d,=M,n,(,0,)/(,0,n,),其中,M,n,额定转矩，,n,额定角速度,，,，,0,同步角速度,机器铭牌,作者：国防,科,科大教授潘,存,存云、王,玲,玲,生产阻力取,决,决于生产工,艺,艺过程的特,点,点，有如下,几,几种情况：,生产阻力,为,为常数，如,车,车床；,生产阻力为,机,机构位置的,函,函数，如压,力,力机;,生产阻力为,执,执行构件速,度,度的函数，,如,如鼓风机、,搅,搅拌机等；,驱动力和生,产,产阻力的确,定,定，涉及到,许,许多专门知,识,识，已超出,本,本课程的范,围,围。,本课程所讨,论,论机械在外,力,力作用下运,动,动时，假定,外,外力为已知,。,。,生产阻力为,时,时间的函数,，,，如球磨机,、,、揉面机等,；,；,作者：国防,科,科大教授潘,存,存云、王,玲,玲,一、机器运,动,动方程的一,般,般表达式,动能定律：机械系统在,时,时间t内的的动能,增,增量E应等于作用,于,于该系统所,有,有各外力的,元,元功W。,举例：图示,曲,曲柄滑块机,构,构中，设已,知,知各构件角,速,速度、质量,、,、质心位置,、,、质心速度,、,、转动惯量,驱动力矩,M,1,，阻力F,3,。,动能增量为,：,：,外力所作的,功,功：,dW=Ndt,dE=d(J,1,2,1,/2,72,机,机械的运动,方,方程式,写成微分形,式,式：,dE=dW,瞬时功率为,：,：,N=M,1,1,+F,3,v,3,cos,3,=M,1,1,F,3,v,3,2,J,s2,2,2,/2m,2,v,2,s2,/2,m,3,v,2,3,/2),M,1,1,x,y,1,2,3,s,2,O,A,B,1,v,3,v,2,F,3,=(M,1,1,+F,3,v,3,cos,3,)dt,作者：国防,科,科大教授潘,存,存云、王,玲,玲,运动方程为,：,：,d(J,1,2,1,/2J,c2,2,2,/2m,2,v,2,c2,/2m,3,v,2,3,/2),推广到一般,，,，设机械系,统,统有n个活动构件,，,，用,E,i,表示其动能,。,。则有：,设作用在构,件,件,i,上的外力为,F,i,，力矩,M,i,为，力,F,i,作用点的速,度,度为,v,i,。则瞬时功,率,率为：,机器运动方,程,程的一般表,达,达式为：,式中,i,为,F,i,与,v,i,之间的夹角,，,，,M,i,与,i,方向相同时,取,取“”，相反时,取,取“”。,上述方程，,必,必须首先求,出,出n个构件的动,能,能与功率的,总,总和，然后,才,才能求解。,此,此过程相当,繁,繁琐，必须,进,进行简化处,理,理。,(M,1,1,F,3,v,3,)dt,作者：国防,科,科大教授潘,存,存云、王,玲,玲,二、机械,系,系统的等,效,效动力学,模,模型,d(J,1,2,1,/2J,c2,2,2,/2m,2,v,2,c2,/2m,3,v,2,3,/2),上例有结,论,论：,重写为,：,右边括号,内,内具有转,动,动惯量的,量,量纲,d,2,1,/2(J,1,J,c2,2,2,/,2,1,m,2,v,2,c2,/,2,1,m,3,v,2,3,/,2,1,),则有：,d(J,e,2,1,/2)=M,e,1,dt,令：,J,e,=(J,1,J,c2,2,2,/,2,1,),(M,1,1,F,3,v,3,)dt,1,(M,1,F,3,v,3,/,1,)dt,M,e,=M,1,F,3,v,3,/,1,=M,e,d,，左边括,号,号内具有,力,力矩的量,纲,纲。,作者：国,防,防科大教,授,授潘存云,、,、王,玲,玲,称图(c)为原系,统,统的等效,动,动力学模,型,型，而把,假,假想构件1称为等,效,效构件，,J,e,为等效转,动,动惯量，,M,e,为等效力,矩,矩。,同理，可,把,把运动方,程,程重写为,：,右边括号,内,内具有质,量,量的量纲,d,v,2,3,/2(J,1,2,1,/v,2,3,J,c2,2,2,/v,2,3,m,2,v,2,c2,/v,2,3,m,3,),v,3,(M,1,1,/v,3,F,3,)dt,2,M,1,1,x,y,1,2,3,s,2,O,A,B,1,v,3,v,2,F,2,假,想,想,把,把,原,原,系,系,统,统,中,中,的,的,所,所,有,有,外,外,力,力,去,去,掉,掉,，,，,而,而,只,只,在,在,构,构,件,件1,上,上,作,作,用,用,有,有,M,e,，,且,且,构,构,件,件1,的,的,转,转,动,动,惯,惯,量,量,为,为,J,e,，,其,其,余,余,构,构,件,件,无,无,质,质,量,量,，,，,如,如,图,图(b),。,。,则,则,两,两,个,个,系,系,统,统,具,具,有,有,的,的,动,动,能,能,相,相,等,等,，,，,外,外,力,力,所,所,作,作,的,的,功,功,也,也,相,相,等,等,，,，,即,即,两,两,者,者,的,的,动,动,力,力,学,