机械原理机械的运转及其速度波动

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,*,第七章 机械的运转及其速度波动的调节,1基本内容：,(1)概述,(2)机械的运动方程式,(3)机械的运动方程式的求解*,(4)稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节,(5)机械的非周期性速度波动及其调节,2教学基本要求：,(1)了解建立单自由度机械系统等效动力学模型及运动方程式的方法。,(2)了解等效质量，等效转动惯量和等效力，等效力矩的意义，并能根据转化的需要进行计算。,第七章 机械的运转及其速度波动的调节,(3)了解机械运动周期性速度波动和非周期性速度波动产生的原因、性质的区别以及它们各自的调节方法，并掌握飞轮转动惯量简易计算方法。,3教学重点难点：,(1)机械系统等效力学模型的建立及等效质量，等效转惯量和等效力，等效力矩的概念及其计算方法。,(2)机械运转周期性速度波动调节方法及飞轮转动惯量的确定。,第七章 机械的运转及其速度波动的调节,第一节 概述,1.本章研究的内容及目的,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因素决定的，随时间变化而变化，要对机械进行精确的运动分析和力分析，就要,研究在外力作用下，机械的真实运动规律。,由于机械在运动过程中会出现速度波动，导致运动副产生附加动压力，并引起振动，从而降低机械使用寿命、效率和工作质量，因此需,研究机械运转过程中，速度的波动及其调节方法。,第七章 机械的运转及其速度波动的调节,2.作用在机械上的力,力（或力矩）与运动参数（位移、速度、时间等）之间的关系通常称为机械特性。,工作阻力：,指机器工作时需要克服的工作负荷，取决于机械的工艺特点。,驱动力：,指驱使原动件运动的力，其变化规律取决于原动机的机械特性。,1）.起动阶段,原动件的速度由零逐渐上升到开始稳定的过程。,根据动能定理,W,d,W,c,=,E,驱动功,阻抗功,输出功,W,r,和损失功,W,f,之和,动能,功(率)特征：,外力对系统做正功,W,d,-,W,c,0,动能特征：,系统的动能增加,E,=,W,d,-,W,c,0,速度特征：,系统的速度增加,=0,m,3.机械运转的三个阶段,2）.稳定运转阶段,原动件速度保持常数或在正常工作速度的平均值上下作周期性的速度波动。,功(率)特征：,W,d,-,W,c,T,=0,动能特征：,E,=,W,d,-,W,c,T,=0,速度特征：,T,=,T+1,此阶段分两种情况：,常数，但在正常工作速度的平均值,m,上下作周期性速度波动,周期变速稳定运转,=常数,等速稳定运转,3）.停车阶段,驱动力为零，机械系统由正常工作速度逐渐减速，直到停止。,功(率)特征：,W,d,-,W,c,=-,W,c,动能特征：,E,=,W,d,-,W,c,=-,W,c,0,速度特征：,i,+1,0，,用,用“+”号表,示,示。,亏功：,E 0，,用,用“-”号表,示,示。,在盈功,区,区，等效,构,构件的,在亏功,区,区，等效,构,构件的,在一个,公,公共周,期,期内：,W,d,=,W,r,M,e,和,J,e,的公共,周,周期,T,M,T,J,；在其,始,始末,M,e,和,J,e,分别相,同,同,说明经,过,过一个,运,运动循,环,环之后,，,，机械,又,又回复,到,到初始,状,状态,其,其运转,速,速度呈,现,现周期,性,性波动,。,。,E,2.周,期,期性速,度,度波动,的,的调节,1),速度波,动,动程度,的,的衡量,指,指标,平均,速,速度和,不,不均匀,系,系数,平均角,速,速度,m,角速度,的,的变化,量,量,max,-,min,可反映,机械速,度,度波动,的,的绝对,量,量，但,不,不能反,映,映机械,运,运转的,不,不均匀,程,程度。,例如：,当,当,max,-,min,=5rad/s时，,对,对于,m,=10rad/s,和,和,m,=100rad/s,的,的机械,，,，低速,机,机械的,速,速度波,动,动要明,显,显一些,。,。,速度不,均,均匀系,数,数,：角速度,变,变化量,和,和其平,均,均角速,度,度的比,值,值。,工程上,用,用来表,示,示机械,运,运转的,速,速度波,动,动程度,。,。,对于不,同,同的机,器,器，因,工,工作性,质,质不同,，,，,的要求,也,也不同,，,，故规,定,定有许,用,用值,。,常用机械运转不均匀系数的许用值,上述各,速,速度量,间,间的关,系,系：,为了减少机械运转时产生的周期性速度波动，常用的方法是在机械中,安装具有较大转动惯量,J,F,的飞轮,来进行调节。,2）飞,轮,轮的运,动,动设计,飞轮相,当,当于一,个,个储能,器,器。,当机械,出,出现盈,功,功时，,它,它以动,能,能的形,式,式将多,余,余的能,量,量储存,起,起来，,使,使主轴,角,角速度,上,上升幅,度,度减小,；,；,当出现,亏,亏功时,，,，它释,放,放其储,存,存的能,量,量，以,弥,弥补能,量,量的不,足,足，使,主,主轴角,速,速度下,降,降的幅,度,度减小,。,。,飞轮设,计,计的基,本,本原理,M,ed,M,er,a,b,c,d,e,a,E,最大盈,亏,亏功,W,max,E,max,和,E,min,的位置,之,之间所,有,有外力,作,作的功,的,的代数,和,和。,在,E,max,处：,max,对应的,角记作,max,在,E,min,处：,min,对应的,角记作,min,飞轮转,动,动惯量,J,F,的计算,：,：,结论：,当,W,max,与,m,一定时,，,，如,取值,很,很小，,则,则飞轮,的,的转动,惯,惯量就,需,需很大,。,。所以，,过,过分追,求,求机械,运,运动速,度,度 均,匀,匀性，,将,将会使,飞,飞轮过,于,于笨重,。,。,J,F,不可能,为,为无穷,大,大，,所以,不可,能,能为零,。,。即,周期性,速,速度只,能,能减小,，,，不可,能,能消除,。,。,当,W,max,与,一定,时,时，,J,F,与,m,的平方,成,成反比,。,。所以,，,，最好将飞轮,安,安装在,机,机械的,高,高速轴,上,上。,第七章,机,机械,的,的运转,及,及其速,度,度波动,的,的调节,3）最,大,大盈亏,功,功,的确定,需要确,定,定机械,动,动能最,大,大增量,和最小,增,增量,出现的,位,位置，,因为在,这,这两个,位,位置，,机,机械分,别,别有,最大角,速,速度和,最,最小角,速,速度。,如果,和,和,分,分,别,别是转,角,角,的,的函,数,数，则,可,可由下,式,式直接,积,积分,求,求出各,交,交点处,的,的,进,进而找,出,出,和,和,及,及,其,其所在,位,位置，,从,从而求,出,出最大,盈,盈亏功,。,。,第七章,机,机械,的,的运转,及,及其速,度,度波动,的,的调节,如果,和,和,以,以线图,或,或表格,给,给出，,则,则可以,通,通过,和,和,之,之间包,含,含的各,块,块面积,计,计算各,交,交点处,的,的值,。,。然后,找,找出,和,和,及,及,其,其所在,位,位置，,从,从而求,得,得最大,盈,盈亏功,。,。,能量指,示,示图法,以,a,点为起,点,点，按,一,一定比,例,例用向,量,量线段,依,依次表,示,示相应,位,位置,M,ed,和,M,er,之间所,包,包围的,面,面积,A,ab,、,A,bc,、,A,cd,、,A,de,和,A,e,a,的大小,和,和正负,的,的图形,。,M,ed,M,er,a,b,c,d,e,a,E,0,0,a,b,c,d,e,a,A,max,代表最,大,大盈亏,功,功,W,max,的大小,400,M,（N,m,）,0,2,M,r,例1：等效阻,力,力矩,M,r,变化曲,线,线如图,示,示，,等效驱,动,动力矩,M,d,为常数,，,，,m,=100 rad/s，,=0,.05,，,，,不计机,器,器的等,效,效转动,惯,惯量,J,。,求：1,）,）,M,d,=,?,；,2）,W,max,=,?,；,3）在,图,图上标,出,出,max,和,min,的位置,；,；,4）,J,F,=,?,。,解：1,）,）,M,d,2,=,（,2,400,）/2,M,d,=200N,m,M,d,200,a,b,c,a,/2,3/2,a,b,（50,）,c,（-50,）,a,max,min,2）画,能,能量指,示,示图,3）,max,和,min,的位置,如,如图示,W,max,=100,N,m,M,d,200,a,b,c,a,max,min,第七章,机,机械,的,的运转,及,及其速,度,度波动,的,的调节,例2：,如,如图所,示,示为作,用,用在多,缸,缸发动,机,机曲轴,上,上的驱,动,动力矩M,和阻力,矩,矩M,的变化,曲,曲线，,其,其阻力,矩,矩等于,常,常数，,其,其驱动,力,力矩曲,线,线与阻,力,力矩曲,线,线围成,的,的面积,代,代表的,功,功顺次,为,为+580Nm,，,，-320Nm,，,，+390Nm,，,，-520Nm,+190Nm,-390Nm,+260Nm及-190Nm，作,出,出能量,指,指示图,，,，设曲,轴,轴平均,转,转速为120r/min,其,其速,度,度不均,匀,匀系数0.06，求,装,装在该,曲,曲柄轴,上,上飞轮,的,的转动,惯,惯量。,第七章,机,机械,的,的运转,及,及其速,度,度波动,的,的调节,第七章,机,机械,的,的运转,及,及其速,度,度波动,的,的调节,3.非,周,周期性,速,速度波,动,动及调,节,节,机械运,转,转速度,的,的波动,没,没有一,定,定的周,期,期，并,且,且其作,用,用不是,连,连续的,，,，所以,称,称为非,周,周期性,速,速度波,动,动,。,调节方,法,法：,采用调,速,速器,本 章,总,总,结,结,一、重,点,点,1,机械,系,系统等效动,力,力学模,型,型的概,念,念；,2等,效,效转动,惯,惯量、,等,等效质,量,量、等,效,效力矩,、,、等效,力,力的概,念,念及计算方,法,法；,3机,械,械运转,速,速度波,动,动及其,调,调节方,法,法，飞轮转,动,动惯量,的,的计算。,二、难,点,点,1等,效,效转动,惯,惯量（,等,等效质,量,量）、,等,等效力,矩,矩（等,效,效力）,的,的计算,为了计,算,算等效,转,转动惯,量,量（等,效,效质量,）,）、等,效,效力矩,（,（等效,力,力），,可,可以从,等,等效构,件,件的动,能,能与原,机,机械系,统,统的动,能,能相等,，,，以及,等,等效力,矩,矩（等,效,效力）,的,的瞬时,功,功率与,原,原机械,系,系统的,所,所有外,力,力的瞬,时,时功率,之,之和相,等,等入手,求,求解。,2最,大,大盈亏,功,功,W,max,的计算,最大盈,亏,亏功,W,max,是指机,械,械系统,在,在一个,运,运动循,环,环中动,能,能变化,的,的最大,差,差值，,即,即一个,运,运动循,环,环中最,大,大角速,度,度与最,小,小角速,度,度之间,盈,盈功与,亏,亏功的,代,代数和,，,，所以,其,其大小,不,不一定,等,等于系,统,统盈功,或,或亏功,的,的最大,值,值，应,根,根据能,量,量指示,图,图来确,定,定。,谢谢观,看,看,/,欢迎下,载,载,BYFAITHI MEANAVISIONOFGOODONECHERISHES ANDTHEENTHUSIASMTHAT PUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BY FAITH IBYFAITH,