机械原理课件A-第九章

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 机械运转及其速度波动的调节,编写：崔可维,主审：秦荣荣,制作：秦荣荣,吴 迪,熊 健,油箱供油,发动机,用油,(Chapter 9:Operation Motion of Mechanical,system and Adjustment of Speed Fluctuation),9-1,概述,（Summarization),一、研究内容及目的,内容：,1、求解在外力作用下机械的真实运动,规律;,2、机械速度的波动及其调节。,目的：,对周期性速度波动进行调节，对非周,期性速度波动加以限制。,二、机械运转的三个阶段,-平均角速度,根据机械动能方程：,1、起动阶段：,-驱动功,(,E,-,机器内,积蓄的动能）,起动,停车,稳定运转,T,2、稳定运转阶段：,T,-,一个周期的时间,(也称一个运动循环),3、停车阶段：,起动,停车,稳定运转,T,三、作用在机械上的驱动力和阻力,1、驱动力:,是机构位置、角速度和速度的函数。,2、阻力:,是机构位置、速度、时间的函数；也可,能是常数。,本章研究时认为驱动力、阻力已知。,(Equivalent dynamical model of mechanical system),一、机械运动方程式的一般表达式,机械运动方程式的微分形式：,分析“单自由度”机械，以曲柄滑块机构为例。,1,2,3,4,9-2,机械系统的等效动力学模型,已知：,J,s1,J,s2,m,2,m,3,M,1,(,驱),F,3,(,阻)及机构尺,寸。求:机构运,动方程式。,1,2,3,4,则曲柄滑块机构的运动方程式为：,机械运动方程式一般表达式：,(a),二、机械系统的等效动力学模型:,仍以曲柄滑块机构为例:,1)求1构件上的运动，取 为独立广义,坐标,(,a),式可写成:,-等效转动惯量,-等效力矩,2)求3构件上的运动，取 为独立广义,坐标,(,a),式可写成:,-等效质量,-等效力,等效动力学模型:,对于,F=1,机械系统运动的研究,可以,简化为一个具有独立广义坐标的假想构,件的运动来研究，这个假想构件称为等,效构件，这个等效构件称为,F=1,的机械,系统等效动力学模型。,等效条件应为运动规律不变，即保,持等效构件具有的动能等于原机械系统,的动能；等效构件具有的功率应等于所,有外力具有的功率。,取转动构件为等效构件时，有：,取移动构件为等效构件时，有：,分析上几式：,1、不是所有外力矩、力、,转动惯量、质量之和；是机构位置的,函数。,2、,是矢量；,是标量。,3、与 ，与 关系如下：,l,l,4、公式中的速比可在未知真实运动规律,前提下求出 ，及 ，。,例一、已知:图示正弦机构,AB=,l,构件1绕,A,点的转动惯量为,J,1,构件2,3的质量为,m,2,、,m,3,阻力为,P,3,=,Av,c3,A,为常数。求:取构件1为等效构件时,等效转动惯量,J,e,;,等效力矩,M,e,;,等效驱动力矩,M,ed,等效阻力矩,M,er,。,A,B,C,1,2,3,4,解:,(B,1,B,2,B,3,),方向:,水平,大小:,?,?,A,B,C,1,2,3,4,(B,1,B,2,B,3,),例二、如图一发电机组,机构位置尺寸已知,飞轮9的转动惯量 ,阻力矩 ,均已知.,及,求:构件1为等效构件时，,A,B,C,1,2,3,4,5,6,9,8,7,A,B,C,1,2,3,4,5,6,9,8,7,解:,大小:,方向:,?,?,水平,9-4 机械的速度波动及其调节,(,Speed fluctuation and its regulation,),一.周期性速度波动及其调节,-,-,+,+,注：,调节方法：,加大转动构件,的,m,和,J,，,安装飞轮,，使速度波动限制,在允许的范围内。,1、周期性速度波动的原因和调节的方法,2、周期性速度波动的调节,1）、平均角速度,工程上用算术平均值,(换算成,n,即为额定转速),2）、速度运转不均匀系数,d,表示机械速度波动的程度，即角速度,波动的幅度 与平均角速度 之比。,要求：,根据（,A）、（B）,两式可得：,3）、飞轮调速,（1）、飞轮调速原理,根据机械运动方程：,设 为常数，在一段时,间间隔内：,一定，则,速度波动,用飞轮调速就是加大构件的转动惯量,-飞轮相当于能量储存器。,-,-,+,+,（2）、飞轮转动惯量的具体计算,称为最大盈亏功。,-,-,+,+,可忽略。,分析上式：,1)、当 与 一定时，在满足,情况下，尽量取大值；,2)、当 与 一定时，,所以飞轮尽量装在高速轴上。,3)、永远为正值。,注：,公式 中,可查表，,可,取,；关键是 的具体计算。,（3）、的具体计算,(能量指示图法),对应着 ；,对应着 ，,与中间过程无关。,对于,E,的求解可用直,线代曲线，如下图示。,此图称为能量指示图,-,-,+,+,作一,个,能量为零的基准,线，,从该线出发按一定比,例用向量线段依次表示相,应位置 与 之间所包,围的面积大小和正负，,盈,（,亏,）功用箭头向上（,下,）矢量表示,，,各矢量首尾,相接，一周期后箭头指回,基准线，形成自行封闭矢,量图，该图上最高点与最,低点的代数差即为 。,例1：,如图为一个周期之内 的变化曲线，,各面积间盈亏功如下：,-50,550,-100,125,-500,25,-50,（焦耳）,解：,作能量指示图,50,500,400,525,25,50,例2：电动机驱动的剪床中 变化规律如图示,为常量,n=1500rpm,要求不超过0.05,求此时需加的飞轮转动惯量 =？并求：出现,的位置。,20,1600,解：,在一个周期内,217.5,20,1600,217.5,+,+,-,1 面积,ab,2 面积,bc,3 面积,ca,例3:有一对齿轮传动，驱动力矩 为常数，,从动轮上阻力矩 变化规律如图所示，齿轮,1,2,的转动惯量分别为,J,1,J,2,且 ，齿轮,1,的转速为 。试求：当给定不均匀系数,时，装在齿轮1 轴上的,解：,取构件1为等效构件,在一个周期内,O1,F1,