机械原理课件2第7章_械的运转及其速度波动的调节
第七章 机械的运转及其速度波动的调节,本章教学内容, 概述 机械的运动方程式 稳定运转状态下机械的周期性速度 波动及其调节 机械的非周期性速度波动及其调节,在平面机构分析中，一般假设原动件作等角速运动，但实际上，由于驱动力，工作阻力及各构件惯性的变化，往往使原动件的运动随时间而变化。,2、机械运转速度的波动及其调节方法,§1 概 述,1、研究在外力作用下机械的运动规律。 机械原动件角速度变化，即所谓的机械速度波动，将在机构运动副中产生附加动压力，降低机械效率，引起振动，影响机件寿命。,一、本章主要研究的内容及目的,二、机械运转的过程及特征,1. 起动阶段原动件的速度从零逐渐上升到开始稳定的过程 。 特点： WdWr+Wf ，即盈功部分用来增加机械的动能E，其运转速度逐渐加快，主动件作加速运动。功能关系 Wd=（Wr+Wf）+E,2. 稳定运转时期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 。,类型：1）在一个波动周期T内： Wd=Wr +Wf， 周期变速稳定运转（周期变化） 2）在任意瞬时：Wd=Wr +Wf， 等速稳定运转（=常数）,3. 停车时期原动件从正常工作速度值下降到零 。,特点： Wd=0 E=-（ Wr+Wf）,机械在停车开始时的动能将继续克服阻力作功，直至全部耗尽。,*为了及时停车，可设置制动器。,三、作用在机械上的驱动力Md和生产阻力 Mr,动能定理：在dt时间间隔内，动能变化=外力做功。即dE = dW或 dE = Pdt 。因此一般表达式：,§2 机械的运动方程式,一、机械运动方程的一般表达式,对于图示的曲柄滑块机构，其机械运动方程为：,机械系统简化为一个构件等效构件（等效动力学模型）,二、机械系统的等效动力学模型,目的：通过建立外力与运动参数间的函数表达式，研究机 械系统的真实运动,等效力矩：Me 等效转动惯量：Je,等效力：Fe 等效质量：me,等效构件为转动构件时 求等效转动惯量Je和等效力矩Me,2）瞬时功率相等求Me,1）动能相等求Je,等效转动惯量（质量）的特征：,等效转动惯量是一个假想转动惯量； 等效转动惯量不仅与各构件质量和转动惯量有关，而且与各构件相对 于等效构件的速度比平方有关； 等效转动惯量与机械系统驱动构件的真实速度无关。,等效力矩（力）的特征：,等效力矩是一个假想力矩； 等效力矩为正，是等效驱动力矩，反之，为等效阻力矩； 等效力矩不仅与外力（矩）有关，而且与各构件相对于等效构件的速 度比有关； 等效力矩与机械系统驱动构件的真实速度无关。,2. 等效构件为移动构件 求等效质量me和等效力Fe,2）瞬时功率相等求Fe,1）动能相等求me,例1：曲柄滑块机构 1) 等效构件为转动构件时，求Je和Me。,例1：曲柄滑块机构 2) 等效构件为移动构件时，求me和Fe。,例2: 如图为一齿轮驱动的正弦机构，已知：z1=20, 转动惯量为J1；z2=60，转动惯量为J2，曲柄长为l，滑块3和4的质量分别为m3，m4 ,其质心分别在C和D 点，轮1上作用有驱动力 矩M1，在滑块4上作用有 阻抗力F4，取曲柄为等 效构件。,解：,求：图示位置时的等效转动惯量Je及等效力矩Me。,1）求J e,1）Je的前三项为常数，第四项为等效构件的位置参数2的函数，为变量。 2）工程上，为了简化计算，常将等效转动惯量中的变量部分用其平均值近似代替，或忽略不计。,说明,2）求M e,瞬时功率不变,受等效力矩（等效驱动力矩、等效阻抗力矩）、等效转动惯量的周期性变化影响，而使速度周期性波动。,§3 稳定运转下机械周期性速度波动及调节,一、机械周期性速度波动的原因,赢功（MedMer）： E增加（速度加快） 亏功（MedMer）： E降低（速度降低） 从而产生速度波动。,1.速度波动衡量指标速度不均匀系数,二、周期性速度波动的调节,一般,许用值,周期性速度波动的调节方法：,安装飞轮： 机械出现盈功时，飞轮以动能的形式存储能量； 机械出现亏功时，飞轮释放其存储的能量。,m 一定时， 越小， max 与 min 的差值越小，机器的运转越平稳。,2.飞轮的简易设计方法,最大盈亏功：,得：,增加飞轮JF 后：,使降低。,1）飞轮调速原理,飞轮相当于能量存储器 。,能量（盈亏功）指示图：,3）最大盈亏功的求法,2）飞轮转动惯量近似计算,由,可得设计飞轮的三个重要结论： 不可过分追求速度波动的均匀性； 飞轮不能消除速度波动； 飞轮最好安装在高速轴上。,例3、已知:,求：1),2) 装在曲轴上的飞轮 的转动惯量JF,解：,一个循环内驱动功应等于阻抗功，,1) 确定阻抗力矩,M r,3）求,2）求,E,D,例：某机械系统稳定运转的一个周期对应其等效构件转一圈，其平均转速nm=100r/min。等效阻力矩Mer=Mer()如图示。等效驱动力矩Med为常数。不平均系数许用值=3% 。 求： 1）等效驱动力矩Med。 2）最大盈亏功Wmax。 3）等效构件转速最大值 nmax和最小值nmin及位置。 4）飞轮的转动惯量JF。,根据：驱动力功=阻抗力功，得： Med·2= × 500 /2+ 0.5 × 500 /2 +0.5 × 500 / 2 Med=250N.m,解：1）等效驱动力矩Med,利用能量指示图，可得Wmax ： Wmax = 196.35N.m,解：2）最大盈亏功Wmax,nmax发生在b处： nmax=nm(1+/2)=100 (1+0.03/2) =101.5r/min nmin发生在c处： nmin=nm(1/2)=100(10.03/2) =98.5r/min,解： 3）等效构件转速最大值nmax和最小值nmin及位置。,解：4）飞轮的转动惯量JF,JF900 W/(2nm2) =900×196.35/ (2 × 1002 × 0.03) =59.68kg.m2,1、原因 若长时间内MedMer，则机械将越转越快，出现“飞车”现象； 若长时间内MedMer，则机械又会越转越慢，最后停止不动。,§4 机械的非周期性速度波动及调节,2、调节方法 1）自调系统：原动机为电动机时，电动机有自调性； 2）专用调速器：原动机为内燃机或蒸汽机时，用调速器。,原动机为内燃机或蒸汽机时，用调速器,本 章 小 结,
