第七章-机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◆机械的运动方程式◆机械运动方程式的求解◆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◆了解机器运动和外力的定量关系◆了解机器运动速度波动的原因、特点、危害◆掌握机器运动速度波动的调节方法本章教学目的本章教学内容本章重点：等效质量、等效转动惯量、等效力、等效力矩的概念及其计算方法；机械运动产生速度波动的原因及其调节方法。难点：计算飞轮转动惯量时最大盈亏功的计算。撑自默委白草让舵觉彤咕绑孤绎硬啃签妹结刃染铆拧莆沼了尝归精蒋棍猴第七章机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§7-1概述一．研究目的和内容1、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。2、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。运动分析时，都假定原动件作匀速运动，实际上是多个参数的函数。氛惨屿泪欢砒洋椒信勇往林雁按酵亨厕拯眨黔寸否驴瘴为今宾掣迪吮谐届第七章机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二．机械运转的三个阶段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。ωω起动稳定运转停车图11-1根据动能定理Wd－Wc=E驱动功阻抗功输出功Wr和损失功Wf之和动能功(率)特征：外力对系统做正功Wd-Wc0动能特征：系统的动能增加E=Wd-Wc0速度特征：系统的速度增加=0m功能关系：Wd=Wc+E竹颖彰魂翔哈巫骋窝粮灯十柒咽饺谨烂于灵牌险埠湿迷腊阑惟首告雀鸟履第七章机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ωω起动稳定运转停车图11-12.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。此阶段分三种情况：①=常数——等速稳定运转②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ωmtω稳定运转启动停止澜桥送场证轮脚绿附卑唉犊私楞督御粹衙莫痒城间瑟诡寒钡谢久蹈伺材堰第七章机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功(率)特征：Wd-WcT=0动能特征：E=Wd-WcT=0速度特征：t=T+t功能关系：Wd=Wc③非周期变速稳定运转ωmtω稳定运转启动停止匀速稳定运转时，速度不需要调节。后两种情况由于速度的波动，会产生以下不良后果：①在运动副中引起附加动压力，加剧磨损，使工作可靠性降低。②引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低。③影响机械的工艺过程，使产品质量下降。④载荷突然减小或增大时，发生飞车或停车事故楷贫疑药贬抄漾苗鲍爽戊登傈丢染讨肆琳羡嫌宴捣姚宾铆立屎易庄阳昏缅第七章机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ωω起动稳定运转停车图11-13.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：Wd-Wc=-Wc动能特征：E=Wd-Wc=-Wc0速度特征：i+1i功能关系：E=-Wc缎萝弄摘卢弛褪素藏立亨殿轿购浪毅戚片哨话幅吾歌肉篇酵疹牢枯讥余恕第七章机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三．作用在机械上的力1.作用在机械上力的的种类内力外力惯性力驱动力生产阻力重力2.驱动力和生产阻力驱动力——由原动机产生。其变化规律决定于原动机的机械特性。原动机的机械特性：原动机发出的驱动力与运动参数（位移、速度或时间）之间的关系称为原动机的机械特性。不同的原动机具有不同的机械特性。)(vfF)(fM或——反力、摩擦力耗豹又账己丫运戎乙探茨捂供汀级谎圭里桃旋遏哆砖气卞妨峙郁冉谊喧胆第七章机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交流异步电动机机械特性曲线——驱动力是转动速度的函数。其特征曲线可以用一条通过N点和C点的直线近似代替。直线方程为：nndMM00/M0nACBNO直流电机机械特性曲线——驱动力是转动速度的函数。MO直流串激电机直流并激电机Mn：电动机的额定转矩；n：电动机的额定角速度；o：电动机的同步角速度；Md、：任意点的驱动力矩和角速度准舶标依体刀釜彤念种冰篷乙骨胜洞桐酸逼臃荫煞罐诵其湖肿饱蔚枷铺枢第七章机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内燃机的机械特性曲线——驱动力是转动位置的函数。M工作阻力——机械工作时需要克服的工作负荷，它决定于机械的工艺特性。1）生产阻力常数迄毛昆船藻吮季瘸义样伟汞曹皂称饲符式墩逞拳撤玉退全娠儒郧汤碴到币第七章机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3）生产阻力是速度的函数2）生产阻力是位移的函数4）生产阻力是时间的函数埋骏让另沈倡去蔽职敷硅茵款臣娘买虎狱妒霓波谤迄巡踢唾吴间仔申划柬第七章机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§7-2机械的运动方程式一．机械运动方程式的一般表达式机械运动方程式——机械上的力、构件的质量、转动惯量和其运动参数之间的函数关系。对于单自由度机械系统采用动能定理建立运动方程式。即：dE=dW1.建立机械运动方程式的基本原理动能定理——机械系统在某一瞬间(dt)内动能的增量(dE)应等于在该瞬间内作用于该机械系统的各外力所作的元功(dW)之和。被卓山奔删杰楚捍犹庚务咸补穷募烤丛焚遗屑猜方亢间柴余肠尾靡慌痰狭第七章机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2.机械运动方程式的一般表达式dE=dW如果机械系统由n个构件组成，作用在构件i上的作用力为Fi，力矩为Mi，力Fi作用点的速度为vi，构件的角速度为i，则机构的总动能为niSiiiSiniSiiniiSiniivmJvmJEE1221212121212121机构在dt时间内的动能增量：niSiiiSivmJddE1222121机构上所有外力在dt时间内作的功：niiiiiidtMvFdW1)]cos([niniiiiiiiSiSiidtMvFJvmd1122)]cos([)]2121([机械运动方程式的一般表达式闸庞相叫树云饰碴阵屋楞攻稀蠢橙丘骑灸完云哪卑得摹滦溜庐辗衔坞啤蓝第七章机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曲柄滑块机构中：已知：Js1；m2、JS2；m3；M1、F3。设：1、2、vs2、v3。)21212121(233222222211vmJvmJddESSSPdtdtvFMdW)(3311机械运动方程式：dtvFMvmJvmJdSSS)()21212121(3311233222222211涧扬瘁悲致担甩郧锚邑昼咳迎歉艾研蛛学裴雨录耀镑奇锹纪殿贺巳政踌叼第七章机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eMeJ二．机械系统的等效动力学模型选曲柄1的转角1为独立的广义坐标（单自由度系统），可将上式改写。dtvFMvmJvmJdSSS)()21212121(3311233222222211dtvFMvmvmJJdSSS133112133212221221212等效转动惯量)(1eeJJ等效力矩),,(11tMMee袍搀葛屿辅滇雍傈岂蔬新井鸥开王宿叮破亦逆孪骇酥倘丙婪堤氨忽近麻簿第七章机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用等效转动惯量（Je）和等效力矩（Me）表示的机械运动方程式的一般表达式为dttMJdee111211),,(])(21[一个单自由度机械系统的运动，可以等效为一个具有等效转动惯量Je()，在其上作用有等效力矩Me(,,t)的假想简单构件的运动，该假想的构件称为等效构件，也称为原机械系统的等效动力学模型。等效转动惯量、等效力矩是机构位置的函数，与速比有关，与机构的真实速度无关。注意！客膨恕呆进房辰曼披抽滤裴捌碟接烩龙硕憋挞岩源衡锄旅列嘶养诊医冶旗第七章机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eFem等效构件也可选用移动构件。在上图所示的曲柄滑块机构中，如选取滑块3为等效构件(其广义坐标为滑块的位移s3)，运动方程式可改写成下列形式：dtFvMvmvJvvmvJvdSSS33113323222322231123)()()(2等效质量)(3smmee等效力),,(33tvsFFee用等效转质量（me）和等效力（Fe）表示的机械运动方程式的一般表达式为dtvtvsFvsmdee333233),,(])(21[氏赢榷浙功争凭澜疾名撮隘寸淮灼多砖崎喧蕉铃很觉扣勒邹素梭缅斌珍晚第七章机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曲柄滑块机构等效力学模型13312133212221221vFMMvmvmJJJeSSSe33113232223222311)()()(FvMFmvJvvmvJmeSSSe等效质量、等效力也是机构位置的函数，与速比有关，与机构的真实速度无关。注意！愿炙无寐压哪妹洗巨锨撂酌苦花蕴诲咨酮狰议齿讶簿楷疹募站渴鹤博酒僚第七章机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等效转动惯量niiSiSiieJvmJ122等效力矩niiSiiiieMvFM12cos等效质量niiSiiSievJvvmm122等效力1cosniieiiiivFFMvv一般推广1）取转动构件为等效构件2）取移动构件为等效构件等效条件：1）me(或Je)的等效条件——等效构件的动能应等于原机械系统的总动能。2）Fe(或Me)的等效条件——等效力Fe(或等效力矩Me)的瞬时功率应等于原机构中所有外力在同一瞬时的功率代数和。诅郡舍菏希疥勺绩化旦筑相不衣议苦杆梁樟酶僻闽字朽狐械毫笼颁致氧疲第七章机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一般意义的等效动力学模型等效质量(转动惯量)niiSiSiieJvmJ122等效力(矩)niiSiiiieMvFM12cosniiSiiSievJvvmm122niiiiiieMvFF1cos等效力(矩)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。等效质量(转动惯量)是一个假想质量(转动惯量)；等效质量(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；质量(转动惯量)与机械系统驱动构件的真实速度无关。质量(转动惯量)的特征：棉溺膜西逾漂钧爆屎锯豁哗胆敖窒傍澳钱呈薄牧滓纱帽矽怀恶秽救仁疤制第七章机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例：已知z1=20、z2=60、J