第七章-機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)課件

第七章機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)§7-1概述§7-2機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方程式§7-3穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下機(jī)械的周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)返回第七章機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度§7-1概述§7-2機(jī)械1§7-1概述1．本章研究的內(nèi)容及目的在平面機(jī)構(gòu)分析中，一般假設(shè)原動(dòng)件作等角速運(yùn)動(dòng)，但實(shí)際上，由于驅(qū)動(dòng)力，工作阻力及各構(gòu)件慣性的變化，往往使原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間而變化。（2）機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法（1）研究在外力作用下機(jī)械的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。機(jī)械原動(dòng)件角速度變化，即所謂的機(jī)械速度波動(dòng)，將在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生附加動(dòng)壓力，降低機(jī)械效率，引起振動(dòng)，影響機(jī)件壽命?！?-1概述1．本章研究的內(nèi)容及目的22．機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段（1）起動(dòng)階段——原動(dòng)件的速度從零逐漸上升到開(kāi)始穩(wěn)定的過(guò)程。特點(diǎn)：Wd>Wr+Wf，即盈功部分用來(lái)增加機(jī)械的動(dòng)能E，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度逐漸加快，主動(dòng)件作加速運(yùn)動(dòng)。功能關(guān)系Wd=（Wr+Wf）+E2．機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段（1）起動(dòng)階段——原動(dòng)件的速度從零3（2）穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段——原動(dòng)件速度保持常數(shù)或在正常工作速度的平均值上下作周期性的速度波動(dòng)

。類(lèi)型：1）在一個(gè)波動(dòng)周期T內(nèi)：Wd=Wr+Wf，

周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)（ω周期變化） 2）在任意瞬時(shí)：Wd=Wr+Wf，

等速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)（ω=常數(shù)）

（2）穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段——原動(dòng)件速度保持常數(shù)或在正常工作速度的4（3）停車(chē)階段——原動(dòng)件從正常工作速度值下降到零。特點(diǎn)：Wd=0E=-（Wr+Wf）機(jī)械在停車(chē)開(kāi)始時(shí)的動(dòng)能將繼續(xù)克服阻力作功，直至全部耗盡。**為了及時(shí)停車(chē)，可設(shè)置制動(dòng)器。（3）停車(chē)階段——原動(dòng)件從正常工作速度值下降到零。特點(diǎn)：5OFds重錘COFdsFd=Ks彈簧3

．驅(qū)動(dòng)力和生產(chǎn)阻力（1）驅(qū)動(dòng)力1）分類(lèi)，作用在機(jī)械上的力常按其機(jī)械特性來(lái)分類(lèi)。機(jī)械特性通常是指力（或力矩）和運(yùn)動(dòng)參數(shù)（位移、速度、時(shí)間等）之間的關(guān)系。OMdω交流異步電動(dòng)機(jī)OFds重錘COFdsFd=Ks彈簧3．驅(qū)動(dòng)力和生產(chǎn)阻力（6MOωABC交流異步電動(dòng)機(jī)2）驅(qū)動(dòng)力的表達(dá)式當(dāng)用解析法研究機(jī)械在外力作用下的運(yùn)動(dòng)時(shí)，原動(dòng)機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力必須以解析式表達(dá)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，常將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性用簡(jiǎn)單的多項(xiàng)式來(lái)近似表示。Nω0MnωnMdω設(shè)交流異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為Mn，額定角速度為ωn；同步轉(zhuǎn)速為ω0,此時(shí)轉(zhuǎn)矩為零。其機(jī)械特性曲線BC的部分,又常近似地以直線NC(或拋物線)來(lái)代替。其上任意一點(diǎn)所確定的驅(qū)動(dòng)力矩Md可表達(dá)為Md=Mn(ω0－ω)/(ω0－ωn)式中Mn、ω0、ωn可由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄中查出。MOωABC交流異步電動(dòng)機(jī)2）驅(qū)動(dòng)力的表達(dá)式7（2）工作阻力機(jī)械的執(zhí)行構(gòu)件所承受的生產(chǎn)阻力的變化規(guī)律，常取決于機(jī)械工藝過(guò)程的特點(diǎn)。按其機(jī)械特性來(lái)分，生產(chǎn)阻力可分為：常數(shù)執(zhí)行構(gòu)件的位置函數(shù)執(zhí)行構(gòu)件速度的函數(shù)時(shí)間的函數(shù)（2）工作阻力機(jī)械的執(zhí)行構(gòu)件所承受的生產(chǎn)8§7-2機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方程式1．機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程的一般表達(dá)式動(dòng)能定理：在dt時(shí)間間隔內(nèi)，動(dòng)能變化=外力做功。即dE

=dW或dE=Pdt。因此一般表達(dá)式：

對(duì)于圖示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程為：§7-2機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方程式1．機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程的一般表達(dá)式動(dòng)能92．機(jī)械系統(tǒng)的等效動(dòng)力學(xué)模型機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)構(gòu)件——等效構(gòu)件（等效動(dòng)力學(xué)模型）目的：通過(guò)建立外力與運(yùn)動(dòng)參數(shù)間的函數(shù)表達(dá)式，研究機(jī)械系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)原則：使系統(tǒng)轉(zhuǎn)化前后的動(dòng)力學(xué)效果保持不變等效構(gòu)件的動(dòng)能，應(yīng)等于整個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)能—求Je和me等效構(gòu)件的功率，應(yīng)等于整個(gè)系統(tǒng)的功率—求Me和Fe等效力矩：Me

等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：Je等效力：Fe

等效質(zhì)量：me2．機(jī)械系統(tǒng)的等效動(dòng)力學(xué)模型機(jī)械系統(tǒng)簡(jiǎn)化為一個(gè)構(gòu)件——等效構(gòu)10等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（質(zhì)量）的特征：等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一個(gè)假想轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不僅與各構(gòu)件質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)，而且與各構(gòu)件相對(duì)于等效構(gòu)件的速度比平方有關(guān)；等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的真實(shí)速度無(wú)關(guān)。等效力矩（力）的特征：等效力矩是一個(gè)假想力矩；等效力矩為正，是等效驅(qū)動(dòng)力矩，反之，為等效阻力矩；等效力矩不僅與外力（矩）有關(guān)，而且與各構(gòu)件相對(duì)于等效構(gòu)件的速度比有關(guān)；等效力矩與機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的真實(shí)速度無(wú)關(guān)。等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（質(zhì)量）的特征：等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是一個(gè)假想轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；112.等效構(gòu)件為移動(dòng)構(gòu)件 —求等效質(zhì)量me和等效力Fe2）瞬時(shí)功率相等——求Fe1）動(dòng)能相等——求me2.等效構(gòu)件為移動(dòng)構(gòu)件2）瞬時(shí)功率相等——求Fe1）動(dòng)能相12例：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

1)等效構(gòu)件為轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件時(shí)，求Je和Me。

例：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)13例：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

2)等效構(gòu)件為移動(dòng)構(gòu)件時(shí)，求me和Fe。

例：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)14§7-3機(jī)械的周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)1．機(jī)械的周期性速度波動(dòng)機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段，其原動(dòng)件的角速度ω在其恒定的平均角速度ωm上下瞬時(shí)的變化（即出現(xiàn)波動(dòng)），但在一個(gè)周期T的始末，其角速度是相等的，這時(shí)機(jī)械具有的動(dòng)能是相等的。這種速度波動(dòng)就稱(chēng)為機(jī)械的周期性速度波動(dòng)。（1）產(chǎn)生周期性速度波動(dòng)的原因贏功（Med>Mer）：E增加（速度加快）虧功（Med<Mer）：E降低（速度降低）從而產(chǎn)生速度波動(dòng)。

§7-3機(jī)械的周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)1．機(jī)械的周期性速度15（2）周期性速度波動(dòng)程度的描述機(jī)械速度的高低，工程上通常用機(jī)械的平均角速度ωm（即算術(shù)平均值）來(lái)表示。即ωm＝（ωmax＋ωmin）/2對(duì)于不同的機(jī)械，δ的要求不同，機(jī)械速度波動(dòng)的程度，則通常用機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)δ來(lái)表示，其定義為角速度波動(dòng)的幅度與平均值之比，即δ＝（ωmax－ωmin）/ωmωφOφTωminωmax故規(guī)定有許用值[δ](表7-2)。（2）周期性速度波動(dòng)程度的描述機(jī)械速度的高低162．周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)（1）周期性速度波動(dòng)調(diào)節(jié)的方法機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度波動(dòng)對(duì)機(jī)械的工作是不利的，它不僅影響機(jī)械的工作質(zhì)量，而且會(huì)影響到機(jī)械的效率和壽命，所以必須加以控制和調(diào)節(jié)，將其限制在許可的范圍內(nèi)。

機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)就是要設(shè)法減小機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)δ，使其不超過(guò)許用值，即δ≤[δ]機(jī)械的周期性波動(dòng)調(diào)節(jié)的方法就是在機(jī)械中安裝飛輪——具有很大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的回轉(zhuǎn)構(gòu)件。（2）飛輪調(diào)速的基本原理

機(jī)械出現(xiàn)盈功時(shí)，飛輪以動(dòng)能的形式存儲(chǔ)能量；機(jī)械出現(xiàn)虧功時(shí)，飛輪釋放其存儲(chǔ)的能量。2．周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)（1）周期性速度波動(dòng)調(diào)節(jié)的方法17當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)的等效構(gòu)件上裝加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JF的飛輪之后，需飛輪儲(chǔ)存的最大盈虧功為ΔWmax＝Emax－Emin，這時(shí)等效構(gòu)件的運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)則為

δ＝ΔWmax/（Je＋JF）ωm2由此可知，只要JF足夠大，就可使δ減少，則滿足δ≤[δ]，即達(dá)到了調(diào)速的目的。（3）飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的近似計(jì)算為了使機(jī)械系統(tǒng)滿足調(diào)速的要求，需裝加在等效構(gòu)件上的飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JF的計(jì)算公式為則Je可忽略不計(jì)，有JF≥ΔWmax/(ωm2[δ]）。則JF≥900ΔWmax/(nm2π2[δ]）。JF≥ΔWmax/(ωm2[δ]）－Je如果Je<<JF，如果用平均轉(zhuǎn)速nm(r/min)計(jì)算，由此可知,飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算的關(guān)鍵是最大盈虧功ΔWmax的確定。當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)的等效構(gòu)件上裝加一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JF181）關(guān)于飛輪調(diào)速的幾個(gè)重要結(jié)論分析JF≥ΔWmax/(ωm2[δ]）可知：當(dāng)ΔWmax與ωm一定時(shí)，如[δ]取值很小，則JF就需很大。

JF不可能為無(wú)窮大，而ΔWmax與ωm又都為有限值，所以[δ]不可能為零。當(dāng)ΔWmax與ωm一定時(shí)，JF與ωm的平方值成反比。說(shuō)明

過(guò)分追求機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的均勻性，就會(huì)使飛輪過(guò)于笨重。說(shuō)明

安裝飛輪不可能將機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)消除，而只能使波動(dòng)的幅度減小而已。

說(shuō)明

在獲得同樣的調(diào)節(jié)效果的情況下，最好將飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。這樣有利于減少飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)考慮安裝軸的剛性和結(jié)構(gòu)上的可能性等因素。1）關(guān)于飛輪調(diào)速的幾個(gè)重要結(jié)論分析JF≥ΔWmax/(ω