机械原理PPT课件-10机械的运转及其速度波动的调节

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1、10机械的运转及其速度波动的调节10.1概述10.2机械运动的微分方程及其解10.3稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节Chapter10MotionofMechanicalSystemsandItsVelocityFluctuationRegulation提　要研究机械在外力作用下的真实运动规律的分析与求解方法；提出了等效构件、等效质量与等效转动惯量的概念以及等效力与等效力矩的概念；研究了周期性速度波动的机械的速度波动的调节方法。Chapter10MotionofMechanicalSystemsandItsVelocityFluctuationRegulation10.1概

2、　述机械在工作时，其上作用有驱动力（矩）、工作阻力（矩）、重力、惯性力（矩）和摩擦力（矩），其中，驱动力矩（电机）常常是速度的函数，工作阻力常常是位移的函数。在它们的共同作用下，机器的速度常常是变化的，在构件之间的相互作用力中，惯性力分量有时超过或远远超过由负载引起的分量。机械的运转及其速度波动的调节研究如何调节机器的速度大小以及使惯性力对机器的影响达到理想状态或较为理想状态。10.2机械运动的微分方程及其解对于单自由度机器，机械动力学将整个机器的动能视与一个假想构件的动能相等，将机器上全部外力（不包括重力）所做的功率视与一个假象构件上具有的功率相同，该假想构件称为等效构件。等效构件

3、的运动规律与机器中某一个构件的运动规律相同。依据这一原理，将对机器的运动微分方程组（3n个）的求解问题转化为一个运动微分方程的求解问题，从而大大简化了求解过程。该运动微分方程为二阶变系数非齐次微分方程.(a)机械的逻辑构成与动力学分析方法干扰二阶变系数非齐次微分方程N个构件n=N－1个可动构件n=N－1个可动质量n=N－1个转动惯量作用有n个阻力矩Mri(含有零阻力矩)作用有n个阻力Fri(含有零阻力)转化为能量输入ωMd能量输出MrtF＝1等效转动构件或等效移动构件此处略去不计图10.2F01机械的逻辑构成与动力学分析方法转化为xy(b)等效转动构件的动能E与等效转动惯量Je机械的

4、动能E为等效转动构件的动能E为令机械的动能E等于等效转动构件的动能E，得等效转动惯量Je1为φ1Je1(φ1)xy机械ω1图10.2F02等效转动构件Me1(c)等效转动构件的功率N与等效力矩Me机械的功率为等效转动构件的功率为令机械的功率等于等效转动构件的功率，得等效力矩Me1为φ1Je1(φ1)xy机械ω1图10.2F02等效转动构件Me1(d)机械运动微分方程由能量守恒原理，即外力对机械所做的功dW等于机械动能的增量dE得分离变量得动能关于时间的导数形式为dE＝dWφ1Je1(φ1)xyω1图10.2F03等效转动构件的动力学Me1(φ1,ω1,t)(d)机械运动微分方程(2)

5、Je1为常数时的刚体绕定轴转动的微分方程φ1Je1(φ1)xyω1图10.2F03等效转动构件的动力学Me1(φ1,ω1,t)φ1Je1Me1(φ1,ω1,t)xy图10.2F04Je1为常数时的等效转动构件的动力学1.机构的运动分析下面以三相异步电动机－曲柄滑块机构－常负载为例，介绍单自由度曲柄滑块机构的动力学分析方法。φ1Je1(φ1)Me1(φ1,ω1,t)xyAω1(b)φ1Je1(φ1)Me1(φ1,ω1,t)xyAω1飞轮(c)图10－1曲柄滑块机构的动力学模型134B2CeAω1φ2Md1C2Frφ1(a)S(d)(1)三相异步电动机　　的机械特征曲线图10.2F05

6、三相异步电动机的机械特征曲线图10.2F06负载的一般机械特征曲线MrSφT1φT2O(2)负载的一般机械特征曲线Mdn1On(3)三相异步电动机的机械特征式中Me－电动机的额定转矩，Me＝9.55×106P/n，P的单位为KW，n的单位为r／min，Me的单位为Nmm；λm－电动机的转矩过载倍数，由电动机的名牌上查得；s－电动机的转子转速n相对于定子中磁场转速n1的转差率，s＝(n1－n)／n1；sm－临界转差率；se－额定转差率，se＝（n1－ne）／n1；ne－电动机转子的额定转速。(4)曲柄滑块机构的位移方程及其位移解图10－1曲柄滑块机构的动力学模型134B2CeAω1φ2

7、Md1C2Frφ1(a)S(5)连杆的角速度与曲柄角速度的比值为图10－1曲柄滑块机构的动力学模型对位置方程求一阶导数得速度方程及其解134B2CeAω1φ2Md1C2Frφ1(a)S(6)连杆质心的位移与速度分别为图10－1曲柄滑块机构的动力学模型134B2CeAω1φ2Md1C2Frφ1(a)S(7)连杆质心的水平速度与曲柄角速度之比为图10－1曲柄滑块机构的动力学模型134B2CeAω1φ2Md1C2Frφ1(a)S(8)连杆质心的垂直速度与曲柄角速