机械的运转及其速度波动的调节.ppt

第七章 机械的运转及其速度波动的调节§7-1 概述§7-2 机械的运动动方程式§7-3 稳稳定运转转状态态下机械的周期性速度波动动及其调节调节返回返回§7-1 概 述1．本章研究的内容及目的在平面机构分析中，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）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 2．机械运转的三个阶段（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： Wd>Wr+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 类型：1）在一个波动周期T内： Wd=Wr +Wf，周期变速稳定运转（ω周期变化）2）在任意瞬时：Wd=Wr +Wf，等速稳定运转（ω=常数） （3） 停车阶段——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OFds 重锤COFdsFd=Ks弹簧3 ．驱动力和生产阻力 （1）驱动力1）分类， 作用在机械上的力常按其机械特性来分类 机械特性通常是指力（或力矩）和运动参数（位移、速度、时间 等）之间的关系OMdω交流异步电动 机MOωABC交流异步电动机2）驱动力的表达式当用解析法研究机械在外力作用下的运动时，原动机发出 的驱动力必须以解析式表达为了简化计算，常将原动机的机械特性用简单的多项式来 近似表示Nω0MnωnMdω设交流异步电动机的额定 转矩为Mn，额定角速度为ωn； 同步转速为ω0, 此时转矩为零 其机械特性曲线BC的部分, 又 常近似地以直线NC(或抛物线) 来代替 其上任意一点 所 确定 的驱动力矩 Md 可表达为Md = Mn(ω0－ω)/(ω0－ωn)式中Mn、ω0、ωn可由电动机产 品目录中查出2）工作阻力机械的执行构件 所 承受的生产阻力的变化规律，常取决于机 械工艺过程的特点按其机械特性来分，生产阻力可分为：常数 执行构件的位置函数 执行构件速度的函数 时间的函数§7-2 机械的运动动方程式1．机械运动方程的一般表达式动能定理：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： 对于图示的曲柄滑块 机构，其机械运动方 程为：2．机械系统的等效动力学模型 机械系统简化为一个构件——等效构件（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 原则：使系统转化前后的动力学效果保持不变等效构件的动能，应等于整个系统的总动能—求Je和me等效构件的功率，应等于整个系统的功率—求Me和Fe 等效力矩：Me 等效转动惯量：Je等效力：Fe 等效质量：me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Fe2）瞬时功率相等——求Fe1）动能相等——求me例：曲柄滑块机构 1) 等效构件为转动构件时，求Je和Me。

例：曲柄滑块机构 2) 等效构件为移动构件时，求me和Fe §7-3 机械的周期性速度波动动及其调节调节1．机械的周期性速度波动机械在稳定运转阶段，其原动件的角速度ω在其恒定的平均 角速度ωm上下瞬时的变化（即出现波动），但在一个周期T的始 末，其角速度是相等的，这时机械具有的动能是相等的 这种速 度波动就称为机械的周期性速度波动1）产生周期性速度波动的原因 v赢功（Med>Mer）：E增加（速度加快）v亏功（Med

2．周期性速度波动的调节 （1）周期性速度波动调节 的方法机械运转的速度波动对机械的工作是不利的，它不仅影响机 械的工作质量，而且会影响到机械的效率和寿命，所以必须加以 控制和调节，将其限制在许可的范围内机械速度波动的调节就是要设法减小机械的运转速度不均匀 系数δ，使其不超过许用值， 即δ ≤[δ ]机械的周期性波动调节 的方法就是在机械中安装飞轮——具 有很大转动惯 量的回转构件2）飞轮调 速的基本原理机械出现盈功时，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当机械系统的等效构件上装加一个转动惯 量为JF的飞轮之后， 需飞轮储 存的最大盈亏功为ΔWmax＝Emax－Emin， 这时等效构件的运 转速度不均匀系数则为δ ＝ΔWmax/（Je＋JF）ωm2由此可知，只要JF足够大，就可使δ 减少，则满足δ≤[δ]，即 达到了调速的目的3）飞轮转动惯 量的近似计算为了使机械系统满足调速的要求，需装加在等效构件上的 飞轮的转动惯 量为JF的计算公式为则Je 可忽略不计，有 JF≥ΔWmax/(ωm2[δ ]）。

则 JF≥ 900ΔWmax /(nm2π2[δ ]）JF≥ΔWmax/(ωm2[δ ]）－ J e如果 Je<< JF， 如果用平均转速nm (r/min)计算，由此可知, 飞轮转动惯 量计算的关键是最大盈亏功ΔWmax的确定1）关于飞轮调 速的几个重要结论分析 JF≥ΔWmax /(ωm2[δ ]）可知：当ΔWmax与ωm一定时，如[δ ]取值很小，则JF就需很大JF不可能为无穷大，而ΔWmax与ωm又都为有限值，所以[δ ]不可能为零当ΔWmax与ωm一定时，JF与ωm的平方值成反比说明 过分追求机械运转速度的均匀性，就会使飞轮过 于笨 重说明 安装飞轮不可能将机械运转速度波动消除，而只能使 波动的幅度减小而已说明 在获得同样的调节效果的情况下，最好将飞轮安装在 机械的高速轴上这样有利于减少飞轮的转动惯 量在实际设计 时，还应考虑安装轴的刚性和结构上的可能性等因素利用它的储能作用，在选用较小功率原动机的情况下，能帮助克服很大的尖峰工作载荷2）飞轮的主要应用利用飞轮的储能作用来进行调速用作能量存储器来提供动力如惯性玩具小汽车如锻压机械利用它的储能作用实现节 能 如汽车上的一种飞轮制 动器。

用作太阳能发电装置的能量平衡器。