ch11机器的运转及其速度波动的调节

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1、第11章机器的运转及其速度波动的调节§11-1概述§11-2机器运转的三个阶段及其作用力§11-3机器的等效动力学模型§11-4机器的运动方程及其求解方法§11-5机器速度波动的调节§11-6飞轮设计基本要求理解机械速度波动的原因及速度波动的调节方法；了解机械运转3阶段中，机械系统的功、能量和原动件角速度的特点；掌握飞轮调速原理和特点，能够计算飞轮转动惯量。了解建立单自由度机器系统等效动力学模型及其运动方程式的方法，对等效力（力矩）、等效质量（转动惯量）、等效构件和等效动力学模型等基本概念和方法的运用能充分地了解。对机器运动方程式的两种表达形式（动能形式和力或力矩形式）的建立和适用情况能有

2、所了解。懂得在建立机器运动方程式后，如何根据已知条件求解在已知力作用下机器的真实运动，重点是能理解力为机构位置函数时其等效构件的真实运动。§11-1概述原动件的运动规律与作用在机械的外力、原动件的位置和所有构件的质量、转动惯量等因素有关，因此，原动件的速度和加速度是随时间而变化的。假设原动件等速运动所得分析结果必然存在误差。如何确定机器的真实运动规律？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。如何分析机械运转速度波动的程度？有哪些调节方法可将机械运动速度波动的程度限制在许可的范围之内？一、机器运转

3、的三个阶段稳定运转启动三个阶段：起动、稳定运转、停车。tω停止§11-2机器运转的三个阶段及其作用力1.起动阶段机械的角速度ω由零渐增至ωm（正常工作速度），其功能关系为：Wd-(Wr＋Wf)=E1-E0起动时可以不加负载，等达到稳定运转后再加，能缩短起动时间。机器的输入功恒大于输出功和损耗功之和①匀速稳定运转：ω＝常数②周期变速稳定运转：ω(t)=ω(t+Tp)③非周期变速稳定运转稳定运转启动tω停止ωmtω稳定运转启动停止启动ωmtω稳定运转停止2.稳定运转阶段ω＝ωm＝常数，Wd-(Wr＋Wf)=E1-E0=0ωm＝常数，而ω（瞬时角速度）作周期性变化；在一个运动循环周期内，Wd-(

4、Wr＋Wf)=E1-E0=03.停车阶段ω由ωm渐减为零；-(Wr＋Wf)=E1-E0=ΔE<0缩短停车（制动）时间，可以带负荷停车，或者采用制动器等。在任意时间间隔内：二、作用在机器上的驱动力和生产阻力1、驱动力的形式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。按作用在机械上的力常按其机械特性来分类。OFds重锤COFdsFd=Ks弹簧OMdω内燃机1）力是常量2）力是位置的函数3）力是速度的函数如重锤驱动件Fd＝C如弹簧Fd＝Fd(s)，如电动机Md＝Md(ω)驱动力可分为：内燃机Md＝Md(ω)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

5、的范围。2、生产阻力的形式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。常数执行构件位移的函数执行构件速度的函数时间的函数一、等效动力学模型的建立要研究机器的真实运动规律，必须建立其上的外力和系统运动参数之间的函数关系。在机器运转的任意时间间隔内作用在机器上的外力所做功之和W等于机器动能的增量ΔEΔE=W具有等效转动惯量（或等效质量），其上作用有等效力矩（或等效力）的等效构件的动力学模型。机器的等效动力学模型：§

6、11-3机器的等效动力学模型∵∴ΔE=W假设转动构件q的角速度ωq为独立参数令：则：类似地，若假设移动构件q的速度vq为独立参数，令：则：结论：对于一个单自由度机器可将作用在机器上的所有外力和各构件的质量转化到某一选定的构件上，并保证选定的构件和机器中该构件的真实运动相同，该构件称为等效构件。等效转动惯量（或等效质量）是等效构件具有的假想转动惯量（或假想质量），等效构件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上的所有外力（矩）在同一瞬时的功率之和。将复杂的单自由度系统简化为一个构件的力

7、学模型，将机器的动力学问题的研究转化为一个等效构件动力学问题的研究。建立等效动力学模型的步骤：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。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；Me或Fe的大小是根据等效构件与原机械系统的瞬时功率相等的条件来确定。二、等效力和等效力矩的计算用等效