机械的运转及其速度波动的调节1

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1、第7章机械的运转及其速度波动的调节一、研究内容及目的1.研究在外力作用下机械的真实运动规律，目的是为运动分析作准备。前述运动分析曾假定是常数，但实际上是变化的设计新的机械，或者分析现有机械的工作性能时，往往想知道机械运转的稳定性、构件的惯性力以及在运动副中产生的反力的大小、Vmaxamax的大小，因此要对机械进行运动分析。而前面所介绍的运动分析时，都假定运动件作匀速运动(ω＝const)。但在大多数情况下，ω≠const，而是力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量等参数的函数：ω＝F(P、M、φ、m、J)。只有确定了的原动件运动ω的变化规律之后，才能进行运动分析和力分析，从而为设计新机械提

2、供依据。这就是研究机器运转的目的。2.研究机械运转速度的波动及其调节方法，目的是使机械的转速在允许范围内波动，而保证正常工作。§7－1机械运转速度波动调节的目的和方法运动分析时，都假定原动件作匀速运动:ω＝const实际上是多个参数的函数：ω＝F(P、M、φ、m、J)力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量机械的运转过程稳定运转阶段的状况有：①匀速稳定运转：ω＝常数稳定运转②周期变速稳定运转：ω(t)=ω(t+Tp)启动三个阶段：启动、稳定运转、停车。③非周期变速稳定运转tω停止ωmtω稳定运转启动停止启动ωmtω稳定运转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的波动，会产生以

3、下不良后果：速度波动产生的不良后果：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。为了减小这些不良影响，就必须对速度波动范围进行调节。二.机械运动过程的三个阶段机械运转过程一般经历三个阶段：起动、稳定运转和停车阶段驱动功Wd，阻抗功Wc（输出功Wr+损失功Wf）1.起动阶段：驱动功Wd，阻抗功Wc（输出功Wr+损失功Wf）①机械的运转速度上升，并达到工作运转速度。原动件转速ω：从0到ωmωm正常运转的平均角速度②外力对系统做正功（Wd-Wc>0），系统的动能

4、增加（E=Wd-Wc)2.稳定运转阶段：①由于外力的变化，机械的运转速度产生波动(ω≠常数)②但其平均速度保持稳定（ωm=常数），因此，系统的动能保持稳定。③一个周期为一个运动循环，一个周期内ω始=ω末，动能E始=E末。④外力对系统做功在一个波动周期内为零,一个波动周期内总驱动功=总阻抗功(Wd=Wc)。3.停车阶段：①通常此时驱动力为零，驱动功Wd=0②机械系统由正常工作速度逐渐减速，直到停止。③此阶段内功能关系为-Wc=E制动停车过渡阶段：起动阶段和停车阶段稳定运转阶段：多数机械工作阶段三.作用在机械上的驱动力和生产阻力驱动力由原动机产生，它通常是机械运动参数（位移、速度或时间）的函数

5、，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。生产阻力决定于机械的不同工艺过程，如车床的生产阻力为常数，鼓风机、离心机的生产阻力为速度的函数，曲柄压力机的生产阻力是位移的函数等等。7.2机械的运动方程式一.机械运动方程的一般表达式1.动能定理：机械运转时，在任一时间间隔dt内，所有外力所作的元功dw应等于机械系统动能的增量dE，即dw=dE2.机器的真实运动规律取决于：a.作用于所有构件上各力所做的功。b.所有运动构件的动能变化。3.机械运动方程：作用在机械上的力，构件的质量、转动惯量及其运动参数之间关系的方程式。下面以曲柄滑块机构为例说明单自由度机械系统的运动方程式的建立方法。

6、设已知曲柄1为原动件，其角速度为ω1。曲柄1的质心S1在O点，其转动惯量为J1；连杆2的角速度为ω2，质量为m2，其对质心S2的转动惯量为JS2，质心S2的速度为vs2；滑块3的质量为m3，其质心S3在B点，速度为v3。则该机构在dt瞬时的动能增量为dE=d(J1ω12/2+m2vS22/2+JS2ω22/2+m3v32/2)设在此机构上作用有驱动力矩M1与工作阻力F3，在dt瞬间其所做得功为dW=(M1ω1–F3v3)dt=Pdt根据动能定理可知：dE=dW，即d(J1ω12/2+m2vS22/2+JS2ω22/2+m3v32/2)=(M1ω1–F3v3)dt同理，如果机械系统由n个活动

7、构件组成，作用在构件i上的作用力为Fi，力矩为Mi，力Fi的作用点的速度为vi，构件的角速度为ωi，则可得出机械运动方程式的一般表达式为式中αi为作用在构件i上的外力Fi与该力作用点的速度vi间的夹角。“±”号的选取决定于作用在构件i上的力矩Mi与该构件的角速度为ωi的方向是否相同，相同时取“+”号，反之取“-”号。在上式中，由于包含了几个活动构件的运动变量，其求解是困难的。但是，对于单自由度的机械系统来说，这些运动变量