机械原理：第8章机械系统动力学.ppt

机械原理动力学第8章 机械系统动力学机械原理动力学课程研究内容机构的组成原理机构系统的分析与设计 机械动力学常用机构的分析与设计 连杆机构齿轮机构凸轮机构轮系机构其他机构第一章第二章第六章第七章第八章机械原理动力学第8章 机械系统动力学8.1机械系统动力学问题概述8.2机械的等效力学模型8.3机械运动方程式的建立及求解8.4机械的速度波动及调节方法机械原理动力学机械系统动力学问题概述 o 研究机械系统动力学问题的目的和内容 o 机械运转的三个阶段 o 作用于机械的已知外力 机械原理动力学动力学的研究内容o 动力学与运动学的区别o 运动学n 已知原动件运动，求其它构件运动o 动力学n 已知机构所受外力，求各构件运动机械原理动力学原动件的真实运动o 原动件并非作等速运动 o 在上述各章，涉及到机构运动问题时，均假设原动件的运动已知，且作等速运动o 实际上原动件的运动是作用在机械上的外力（驱动力、工作阻力、重力、摩擦力等）、各构件的质量、转动惯量、构件尺寸以及机构位置等的未知函数 机械原理动力学原动件的真实运动o 当机构各构件的质量、尺寸等参数确定后，原动件的真实运动规律是在已知外力作用下求得的。

一般来说，原动件并非作等速运动，速度是波动的机械原理动力学动力学研究的主要内容 o 1) 机械在已知外力作用下的真实运动求解o 2) 机械运转周期性速度波动的调节n一般机械处于正常工作状态时，外力的周期性变化将引起原动件速度的周期性波动如牛头刨床，刨刀所受切削力的变化是周期性的，从而引起其导杆机构的原动件的速度作周期性波动n机械中过大的速度波动将会引起附加惯性力及其周期性的变化，从而引起噪声和弹性振动等不良影响因此，应将周期性速度波动的幅值限制在允许范围内，这就称为机械运动周期性速度波动的调节机械原理动力学机械的运转过程及特征8.1机械的运转过程图示为一般机械主轴（如电机输出轴）的角速度w随时间的变化曲线机械原理动力学阶段速度特征能量特征启 动原动件的速度从零逐渐上升到开始稳定的过程 Wd-Wc=E2-E10 稳定运行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 Wd-Wc=E2-E1=0停 车原动件速度从正常工作速度值下降到零 Wd-Wc=E2-E1 0：盈功W 0：亏功在任一时间间隔内都有盈功或亏功出现，导致原动件速度波动：对于稳定运转中的一个周期T：速度周期性波动。

机械原理动力学8.4.2速度波动衡量指标简化速度波动系数或不均匀系数：d机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节9.4.1 周期性速度波动的衡量指标 原动件（主轴）的速度在某平均值wm上下作周期性的反复变化，称为周期性速度波动平均角速度为： 当w 变化不大时，常用最大角速度和最小角速度的算术平均值近似代替实际平均角速度 ，即机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节 机械运转的速度波动程度用速度波动的绝对量与平均速度的比值反映：9.4.1 周期性速度波动的衡量指标速度波动系数机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节 当wm 一定时，速度波动系数d 越小， wmax-wmin 越小，机械越接近匀速运转速度波动系数d 的大小反映了机械变速稳定运转过程中速度波动的大小 为了使机械的速度波动系数不超过允许值，应满足条件：9.4.1 周期性速度波动的衡量指标机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节9.4.3 周期性速度波动调节的基本原理等效转动惯量Je为常数周期性速度波动调节的基本原理：增大转动惯量最常用的办法：安装一个转动惯量足够大的盘形回转零件飞轮机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节安装飞轮后，机械总的等效转动惯量为:飞轮转动惯量原系统转动惯量假设原系统转动惯量Je0为常值，则机械的动能增量为： 盈功使机械的动能增加，转化构件的速度变大；亏功使机械的动能减小，转化构件的速度下降。

对于某盈功区或亏功区，动能的变化数值相同，则飞轮的转动惯量Jf 越大，速度波动越小9.4.3 周期性速度波动调节的基本原理机械原理动力学8.4.3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周期性速度波动调节的基本原理：增大转动惯量最常用的办法：安装一个转动惯量足够大的盘形回转零件飞轮机械原理动力学飞轮设计原理由已知条件确定稳定运转周期等效力矩和盈亏功（即动能增量）变化曲线，根据机械的许用不均匀系数d来确定飞轮转动惯量JF的大小机械原理动力学飞轮设计方法机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节要保证机械的速度波动系数若忽略不计Je0 :简便公式若将平均角速度 用平均转数替代: 以上计算的飞轮转动惯量，均为飞轮的等效转动惯量，即假定飞轮安装于转化构件轴上若将飞轮安装于其他构件，则将飞轮的转动惯量再等效到相应构件上即可9.4.4 飞轮转动惯量的近似确定机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节例：剪床电动机的输出转速为nm= 1500r/min，驱动力矩 Med为常数；作用于剪床主轴的阻力距Mer变化规律如图；机械运转的速度波动系数 ；机械各构件的等效转动惯量忽略不计。

试求：安装于电动机主轴的飞轮转动惯量Jf ；电动机的平均功率 Pd9.4.4 飞轮转动惯量的近似确定机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节（2）求最大盈亏功（1）求 Med解：机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节解：（2）求最大盈亏功机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节（3）求安装于电动机主轴的飞轮转动惯量（4）求电动机的平均功率解：机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节1）轮形飞轮 由轮毂、轮辐和轮缘三部分组成因轮辐和轮毂的转动惯量比轮缘小得多一般可略去不计，将飞轮转动惯量取为轮缘转动惯量:9.4.5 飞轮结构尺寸的设计机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节近似认为飞轮质量集中于其平均直径D的圆周上确定D之后，有1）轮形飞轮9.4.5 飞轮结构尺寸的设计H,B机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节2）盘形飞轮选定D9.4.5 飞轮结构尺寸的设计机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节9.4.5 机械运动非周期性速度波动的调节 如果机械在稳定运转过程中，等效力矩 的变化是非周期性的，则机械的稳定运转状态将遭到破坏，此时出现的速度波动称为非周期性速度波动。

1非周期性速度波动产生的原因 非周期性速度波动是无规则、偶发事件，通常是由于工作阻力在机械运转过程中发生突变，使驱动功与输出功在一段较长时间内失去平衡所造成机械原理动力学9.4 机械系统速度波动的调节2非周期性速度波动的调节方法（1）当机械的原动机所发出的驱动力矩是速度的函数且随速度增大具有下降的趋势时，机械具有自动调节非周期性速度波动的能力2）对于没有自调性的机械系统，使用调速器以调节机械出现的非周期性速度波动机械原理动力学本章小结。