机械原理（崔学政）ch07.ppt

第七章 机械的运转转及其速度 波动动的调节调节 Operation Process and Speed Fluctuation of Machine and its Adjustment （2）研究机械运转转速度的波动动及其调节调节 §7-1 概 述 1本章研究的内容 （1）研究在外力作用下机械真实实运动规动规 律的求解 运动动分析时时假设设：原动动件匀速运动动 速度波动动 加速度 惯惯性力 冲击击 振动动 精度降低、噪音影响工作 但通常：原动动件并非匀速运动动 （1）起始阶阶段 角速度: 0 m 机械运转转三阶阶段 starting period operation process 2 （2）稳定运转阶段 周期变速稳定运转 m常数 在一个周期内， Steady motion period 例如:电动机-冲床 （2）稳稳定运转阶转阶 段 周期变变速稳稳定运转转 等速稳稳定运转转 m常数， Steady motion period 例如:电电机-水泵泵 （3）停车阶车阶 段 : m 0 3 驱动驱动 力和生产产阻力 （1）驱动驱动 力 Stopping period 如电动机 Md Md () O Md 直流并激电动机 O Md 直流并激电动机 O Md 交流异步电动机 常数 位移的函数 速度的函数 如重锤驱动件FdC O Fd s 重锤 C O Fd s Fd=Ks 弹簧 O Md 内燃机 如弹簧 FdFd(s)， 内燃机 MdMd() 驱动力可分为： 概述(4/6) 驱动力和生产阻力由专业知识确定 （2）工作阻力 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、汽车风阻力等。 如揉面机、球磨机等。 说明 常数 执行构件位置的函数 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 Movement Equation 1机械运动动方程的一般表达式 例 曲柄滑块块机构的运动动方程的建立 已知机械受力 求机械真实实运动动 机械运动动方程 力（力矩） 、质质量（转动惯转动惯 量） 、运动动参数间间关系。 微分形式： 动动能定理 机械系统统某时时段内总总 动动能增量等于所有外 力做功之和 theorem of kinetic energy 单单自由度 机械系统统 各构件运动动参数间间未建立联联系，未知数多而难难以求解. 等效动动力 学模型 求解一个构 件真实实运动动 求解其余构 件真实实运动动 一个广义义 坐标标可描 述其运动动 运动动分析 一个构件运 动动确定，其 余确定 各构件运 动动关系可 确定 2机械系统统的等效动动力学模型 例 曲柄滑块块机构 等效转动惯转动惯 量 等效力矩 Equivalent dynamic models 曲柄滑块块机构运动动方程式简简化为为： 可预预先求出 上式可解得: 例如一对齿轮传动 1 2 预预先求取速度比值值 预预先求取速度比值值 曲柄滑块机构等效力学模型 等效构件曲柄 等效转动惯量 等效力矩 运动方程式 广义坐标曲柄转角 模型解释： 单自由度系统，简化为 一等效构件，等效构件是虚拟 的，等效构件运动参数是真实 的，其上的转动惯量与力矩是 转化而来。 曲柄滑块块机构 等能原理 等功原理 等效构件：代替系统进行运动求解 等效构件动能系统动能 等效构件功率系统功率 滑块块等效构件模型 提取曲柄运动动参数曲柄等效构件模型 提取滑块块运动动参数 等效质质量 等效力 曲柄滑块机构推广到一般机械系统 等效模型 等效动动力学模型的虚拟拟与真实实 (1)机器实际实际 一构件 (2)等效构件（等效质质量、惯惯量、力） 选为选为 等效构件运动动 实际实际 构件（实际质实际质 量、惯惯量、力） 不等于 virtual model and reality 等于 实际实际 构件运动动 （3）等效构件真实实运动动其它构件真实实运动动 运动动分析求出 3运动动方程推演 微分形式： 力矩形式： 积积分形式： deduction differential form integral mome nt §7-3 机械运动方程式的求解 等效回转构件为例 解法:解析法、数值计算法、图解法等。 等效力矩（或力） 等效转动惯量（或质量） 位置、速度或时间的函数 常数或位置的函数 可能是 可能是 不同组合 解法不同 1等效转动惯转动惯 量和等效力矩均为为位置的函数 内燃机 活塞式压缩压缩 机 Piston type air compressor Internal combustion engine Je(）， Me(） (2)运动方程式的求解得 取一回转件为等效构件（1）建模 积分形式运动方程式： 两边积分 (3）当： Me常数，Je常数 匀加速运动 电动机 motor 2等效转动惯量是常数，等效力矩是速度的函数 Je常数， Me()Med()Mer()， 搅拌机 mixer， 其运动方程式为: 运动方程力矩形式： （1）建模 （2）运动方程式求解， 非线性微分方程，需用数值法求解。 3等效转动惯转动惯 量是位置的函数，等效力矩是位置和速度的 函数 刨床 planer 、冲床 punch 电动机 motor 力矩形式运动方程 Je()Me(，) §7-4 机械的周期性速度波动动及其调节调节 一速度波动动的原因（转动转动 机械为为例） 亏功 稳稳定运转转期 Speed fluctuation increment of work decrement of work 原动动机、工作 机 力矩不匹配 总总功变变化 盈功 二速度波动动分类类 1、周期性速度波动动 2、非周期性速度波动动 t t 飞车飞车 停车车 Periodic speed fluctuation Non-periodic speed fluctuation 三、等速运动动的条件 1、 2、 等速稳稳定运转转：电电机水泵泵 不一定 常数 等速运动动的条件： 能量无波动动 定轴转动轴转动 构件 四、周期性速度波动动程度的调节调节 1、平均角速度 m m（maxmin）/2 不同机械，不同， 3、相对对速度波动动量 （ max min）/m O T min max 许许用值值(表7-2)。 2、绝对绝对 速度波动动量 速度不均匀系数 Periodic speed fluctuation average speed Coefficient of speed nonuniformity 4周期性速度波动动的调节调节 原理 Adjustment principle 分析假设设:系统统等效转动惯转动惯 量Je为为常数 E O T Emin Emax E0 最大盈亏功 Maximum Increment or decrement of work 分析： Wmax一定， Je增大， 速度差值值减小 措施：飞轮飞轮flywheel 如何增大Je ? 盈功 飞轮飞轮 吸收能量 飞轮飞轮 蓄能原理： 亏功 飞轮飞轮 放出能量 抽水蓄能发电发电锻压锻压 机飞轮飞轮 蓄能 抽油机平衡 钻钻井泵泵空气包 惯惯性玩具汽车车。 5、飞轮飞轮 近似计计算 已知： m（n） Wmax 求：Jf 设计设计 ： Je 略如 Je Mer 2非周期性速度波动动的调节调节 调节调节 本质质：重新建立稳稳定运转转状态态 。 方法：使等效驱动驱动 力矩与等 效工作阻力矩恢复平衡关系。 t t 飞车飞车 停车车 Non-periodic speed fluctuation Mer Med “飞车” “停车” 两种调节调节 情况： 自调调性 （2）蒸汽机、燃气轮轮机、内燃机 为为原动动机 安装调调速器 （1）电动电动 机为为原动动机， Spee d regu lator Self- regul ating 例 燃气涡轮发动机中采用的离心式调速器（动画） 原理： Med Mer Mer Med 减少原动机供油、气 增加原动机供油、气 本章小结结 2、重点掌握： 等效动动力学模型，周期性速度波动调节动调节 飞轮调飞轮调 速原理。 实际实际 机器原动动件变变速运动动，确定真实实运 动规动规 律。 速度波动带动带 来危害，予以调节调节 。 1、概要