CH07机械的运转及其速度波动的调节.ppt
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1、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,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
2、精度 和高自动化的机械是十分重要的。,(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。,(1)起始阶段,机械的角速度由零渐增至m,其功能关系为,WdWcE,概述(2/6),2机械运转的三个阶段,(2)稳定运转阶段,周期变速稳定运转,m常数,而 作周期性变化;,在一个运动循环的周期内,WdWc。,等速稳定运转,m常数, WdWc 。,(3)停车阶段,由m渐
3、减为零;EWc 。,3 驱动力和生产阻力,(1)驱动力,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。,1)分类,,作用在机械上的力常按其机械特性来分类。,概述(3/6),如电动机 Md Md (),常数 位移的函数 速度的函数,如重锤驱动件FdC,如弹簧 FdFd(s),,内燃机 MdMd(),驱动力可分为:,概述(4/6),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。,N,设交流异步电动机的额定 转矩为Mn,额定角速度为n;,同步转速为0, 此时转
4、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(0)/(0n),式中Mn、0、n可由电动机产 品目录中查出。,概述(5/6),驱动力和生产阻力的确定,涉及许多专业知识,已 不属于本课程的范围。,(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:,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。,说明,另外,在本章中认为外力是已知的。,常数 执行构件的函数 执行构件速度的
5、函数 时间的函数,概述(6/6),设 第i个构件的作用力为Fi、力矩为Mi,,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。,对于具有n个活动构件的机械,,式中Mi与i同相时,取“”号,反相时,取“”号。,力Fi的作用点的速度为vi、构件的角速 度为i,,Fi与vi间的夹角为i。,机械运动方程式的一般表达式为,mi,JSi,例 7-1 曲柄滑块机构的运动方程的建立,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。因此在研究机械在外力作用下的运动规律
6、时,只需确定出 该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 系统可以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 7-2 曲柄滑块机构的等效动力学模型,机械的运动方程式(2/5),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,(1)等效动力学模型的概念:,结论:,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
7、(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 有外力在同一瞬时的功率之和。,我们把具有等效转动惯量(或等效质量),其上作用的等效 力矩(或等效力)的等效构件称为原机械系统的等效动力学模 型。,机械的运动方程式(3/5),(2)等效动力学模型的建立,首先,可选取机械中待求速度的转动或移动构件为等效构件, 并以其位置参数为广义坐标。,其次,确定系统广义构件的等效转动惯量Je或等效质量me 和等效力矩Me或等效力Fe。,其中Je或me的大小是根据等效构件与 原机械系统动能相等的条件来确定;,而Me或Fe的大小则是根据等 效构件与原机械系统
8、的瞬时功率相等的条件来确定。,机械的运动方程式(4/5),Jemi(vSi /)2JSi(i /)2,MeFicosi(vi /) Mi(i /),memi(vSi /v)2JSi(i /v)2,FeFicosi(vi /v) Mi(i /v),等效转动惯量(等效质量)和等效力矩(等效力)的一般 计算公式表达如下:,当取转动构件为等效构件时,则,当取移动构件为等效构件时,,机械的运动方程式(5/5),例7-3 齿轮推动连杆机构的等效转动惯量和等效力矩的计算,7-3 机械运动方程式的求解,由前可知,单自由度机械系统的运动方程式可用其等效构 件的运动方程式来表示,,现以等效回转构件为例,几种常见的
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