第七章 机械的运转及其速度波动的调节 .pptx

第七章 机械的运转及其速度 波动的调节§7-1 概述§7-2 机械的运动方程式§7-3 机械运动方程式的求解§7-4 稳定运转状态下机械的周期性速度 波动及其调节§7-5 机械的非周期性速度波动及其调节§7-6 考虑构件弹性时的机械动力学简介返回§7-1 概 述1．本章研究的内容及目的（1）研究在外力作用下机械真实运动规律的求解 机构的运动规律通常用其原动件的运动规律（即位移、速度及加速度）描述。 而其真实运动规律是由其各构件的质量、转动惯量和作用于其上的驱动力与阻抗力等因素而决定的。 上述参数往往是随时间而变化的。 要对机构进行精确的运动分析和力分析，就需要确定原动件的真实运动规律。 这对于机械设计，特别是高速、重载、高精度和高自动化的机械是十分重要的。概述(2/6)（2）研究机械运转速度的波动及其调节 机械在运转过程中经常会出现速度波动，这种速度波动会导致在运动副中产生附加的动压力，并引起机械的振动，从而降低机械的寿命、效率和工作质量。 为了降低机械速度波动的影响，就需要研究其波动和调节方法，以便设法将机械运动速度波动的程度限制在许可的范围之内。2．机械运转的三个阶段（1）起始阶段机械的角速度ω由零渐增至ωm，其功能关系为Wd＝Wc＋E概述(3/6)（2）稳定运转阶段 周期变速稳定运转ωm＝常数，而ω 作周期性变化；在一个运动循环的周期内，Wd＝Wc。 等速稳定运转ω＝ωm＝常数， Wd≡Wc 。（3）停车阶段ω由ωm渐减为零；E＝－Wc 。3 ．驱动力和生产阻力（1）驱动力 作用在机械上的力常按其机械特性来分类。1）分类， 所谓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。MdMdMd直流并激电动机直流并激电动机交流异步电动机ωωωFdFdMdFd=KsCφssOOOOOO内燃机弹簧重锤概述(4/6)驱动力可分为：常数位移的函数速度的函数如重锤驱动件Fd＝C如弹簧 Fd＝Fd(s)， 内燃机 Md＝Md(φ)如电动机 Md ＝ Md (ω)MBNMnAMdωnωCOω0ω交流异步电动机概述(5/6)2）驱动力的表达式 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。 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。 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。概述(6/6)（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：常数执行构件的函数执行构件速度的函数时间的函数如起重机、车床等。如曲柄压力机、活塞式压缩机等。如鼓风机、离心泵等。如揉面机、球磨机等。 驱动力和生产阻力的确定，涉及到许多专业知识，已不属于本课程的范围。说明另外，在本章中认为外力是已知的。FiMiωiαiviSi ni=1 ni=1d[∑ (mivsi/2＋Jsiωi /2)]＝[∑(Fivicosαi±Miωi)]dt22§7-2 机械的运动方程式1．机械运动方程的一般表达式 研究机构的运转问题时，需建立包含作用在机械上的力、构件的质量、转动惯量和其运动参数的机械运动方程。例 曲柄滑块机构的运动方程的建立 设第i个构件的作用力为Fi、力矩为Mi，对于具有n个活动构件的机械，力Fi的作用点的速度为vi、构件的角速度为ωi，miFi与vi间的夹角为αi。JSi机械运动方程式的一般表达式为式中Mi与ωi同相时，取“＋”号，反相时，取“－”号。机械的运动方程式(2/5)2．机械系统的等效动力学模型 对于单自由度的机械，描述它的运动规律只需一个独立广义坐标。因此对求解机械在外力作用下的运动规律时，只要求得该广义坐标随时间变化的规律即可。 为了求得简单易解的机械运动方程式，对于单自由度机械系统可先将其简化为一等效动力学模型，然后再据此列出其运动方程式。例 曲柄滑块机构的等效动力学模型 以曲柄为等效构件时的等效动力学模型 以滑块为等效构件时的等效动力学模型机械的运动方程式(3/5)结论： （1）等效动力学模型的概念： 对于一个单自由度机械系统的运动的研究，可简化为对其一个等效转动构件或等效移动构件的运动的研究。 等效转动惯量（或等效质量）是等效构件具有的假想的转动惯量（或质量），且使等效构件 所 具有的动能应等于原机械系统中 所 有运动构件的动能之和。 等效力矩（或等效力）是作用在等效构件上的一个假想力矩（或假想力），其瞬时功率应等于作用在原机械系统各构件上的所有外力在同一瞬