《机械原理》机械的运转及其速度波动的调节

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1、机械的运转及其速度波动的调节参赛选手：****第七章机械的运转及其速度波动的调节◆机械的运动方程式◆机械运动方程式的求解◆稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节◆机械的非周期性速度波动及其调节◆了解机器运动和外力的定量关系◆了解机器运动速度波动的原因、特点、危害◆掌握机器运动速度波动的调节方法本章教学目的本章教学内容本章重点：等效质量、等效转动惯量、等效力、等效力矩的概念及其计算方法；机械运动产生速度波动的原因及其调节方法。难点：计算飞轮转动惯量时最大盈亏功的计算。§7-1概述一．研究目的和内容1、由于机械的运动规律是由各构件的质量

2、、转动惯量和作用力等因素决定的，随时间变化而变化，要对机械进行精确的运动分析和力分析，就要研究在外力作用下，机械的真实运动规律。2、由于机械在运动过程中会出现速度波动，导致运动副产生附加动压力，并引起振动，从而降低机械使用寿命、效率和工作质量，因此需研究机械运转过程中，速度的波动及其调节方法。运动分析时，都假定原动件作匀速运动，实际上是多个参数的函数。二．机械运转的三个阶段1.起动阶段——原动件的速度由零逐渐上升到开始稳定的过程。根据动能定理Wd－Wc=E驱动功阻抗功输出功Wr和损失功Wf之和动能功(率)特征：外力对系统做正功Wd-Wc

3、>0动能特征：系统的动能增加E=Wd-Wc>0速度特征：系统的速度增加=0m功能关系：Wd=Wc+E2.稳定运转阶段——原动件速度保持常数或在正常工作速度的平均值上下作周期性的速度波动。此阶段分三种情况：①=常数——等速稳定运转②常数，但在正常工作速度的平均值m上下作周期性速度波动——周期变速稳定运转ωmtω稳定运转启动停止功(率)特征：Wd-WcT=0动能特征：E=Wd-WcT=0速度特征：t=T+t功能关系：Wd=Wc③非周期变速稳定运转ωmtω稳定运转启动停止匀速稳定运转时，速度不需要调节。后两种情况由于速度

4、的波动，会产生以下不良后果：①在运动副中引起附加动压力，加剧磨损，使工作可靠性降低。②引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低。③影响机械的工艺过程，使产品质量下降。④载荷突然减小或增大时，发生飞车或停车事故3.停车阶段——驱动力为零，机械系统由正常工作速度逐渐减速，直到停止。功(率)特征：Wd-Wc=-Wc动能特征：E=Wd-Wc=-Wc<0速度特征：i+1<i功能关系：E=-Wc三．作用在机械上的力1.作用在机械上力的的种类内力外力惯性力驱动力生产阻力重力2.驱动力和生产阻力驱动力——由原动机产生。其变化规律决定于原动机的机械特性

5、。原动机的机械特性：原动机发出的驱动力与运动参数（位移、速度或时间）之间的关系称为原动机的机械特性。不同的原动机具有不同的机械特性。或——反力、摩擦力交流异步电动机机械特性曲线——驱动力是转动速度的函数。其特征曲线可以用一条通过N点和C点的直线近似代替。直线方程为：MnMd直流电机机械特性曲线——驱动力是转动速度的函数。直流串激电机直流并激电机Mn：电动机的额定转矩；n：电动机的额定角速度；o：电动机的同步角速度；Md、：任意点的驱动力矩和角速度内燃机的机械特性曲线——驱动力是转动位置的函数。工作阻力——机械工作时需要克服的工作负

6、荷，它决定于机械的工艺特性。1）生产阻力常数3）生产阻力是速度的函数2）生产阻力是位移的函数4）生产阻力是时间的函数§7-2机械的运动方程式一．机械运动方程式的一般表达式机械运动方程式——机械上的力、构件的质量、转动惯量和其运动参数之间的函数关系。对于单自由度机械系统采用动能定理建立运动方程式。即：dE=dW1.建立机械运动方程式的基本原理动能定理——机械系统在某一时间(dt)内动能的增量(dE)应等于在该时间内作用于该机械系统的各外力所作的元功(dW)之和。2.机械运动方程式的一般表达式dE=dW如果机械系统由n个构件组成，作用在构件

7、i上的作用力为Fi，力矩为Mi，力Fi作用点的速度为vi，构件的角速度为i，则机构的总动能为机构在dt时间内的动能增量：机构上所有外力在dt时间内作的功：机械运动方程式的一般表达式曲柄滑块机构中：已知：Js1；m2、JS2；m3；M1、F3。设：1、2、vs2、v3。机械运动方程式：二．机械系统的等效动力学模型选曲柄1的转角1为独立的广义坐标（单自由度系统），可将上式改写。等效转动惯量等效力矩用等效转动惯量（Je）和等效力矩（Me）表示的机械运动方程式的一般表达式为一个单自由度机械系统的运动，可以等效为一个具有等效转动惯量Je(

8、)，在其上作用有等效力矩Me(,,t)的假想简单构件的运动，该假想的构件称为等效构件，也称为原机械系统的等效动力学模型。等效转动惯量、等效力矩是机构位置的函数，与速比有关，与机构的真实速度无关。注意！