机械原理 第11章 机械的运转及其速度波动的调节

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1、●11.1概述●11.2机械系统等效动力学模型●11.3机械系统运动方程式●11.4机械系统运动方程的求解●11.5机器速度波动的调节方法●11.6飞轮设计●思考与习题第11章机械的运转及其速度波动的调节内容提要：本章主要内容介绍在外力作用下机械的运转过程；建立机械系统的等效动力学模型和机械系统的运动方程及其求解；机械运转速度的波动与调节方法。本章重点内容是等效力(力矩)、等效质量(等效转动惯量)的计算，稳定运转状态下机械的周期性速度波动的调节及飞轮设计。第11章机械的运转及其速度波动的调节●11.1概述●11.1.1研究机械运转及其速度波动调节的目的前面章节对机

2、构进行运动分析时，为了简化问题，曾假定原动件的运动是已知的，且一般是作等速运动。这对研究轻载、低速和运动精度不高的机械来说是可以的。但是，由于机械日益向高速、重载和自动化的方向发展，因此，对机械的运动精度、受力分析和强度计算都提出了越来越高的要求，原动件作等速运动的假定就不符合实际情况了。事实上，原动件的真实运动规律是作用在机械上的所有外力(驱动力和工作阻力)、原动件的位置以及机械中各构件的质量、转动惯量等参数的函数。只有根据外力求得原动件的真实运动规律后，才能分析机械中构件的真实运动状况。因此，研究机械在外力作用下的真实运转状况，对于分析现有机器和设计新机器都是

3、必不可少的，这就是本章所要研究的目的之一。机械稳定运转过程中，如果主轴在外力的影响下出现过大的速度波动，一方面将在运动副中产生附加动压力，增加机械的能量消耗和运动副元素的磨损，不仅使机械工作可靠性下降，而且降低机械的效率。另一方面，容易引起机械的振动，影响机械的强度，降低产品质量和工具的寿命。为此，必须采取措施将机械主轴的速度波动限制在许可范围内。因此，调节机械运转中的速度波动是本章要研究的另一内容和目的。机械在外力下运动，根据能量守恒定律，运动中的任一时间间隔内，外力所做的功的总和与机械的动能增量的关系可以示为(11.1)其中为。式中，为该时间间隔内驱动力所做的

4、功；为同一时间内工作阻力所做的功。机械从开始运动到停止运动的全过程，都要经历启动、稳定运转和停车三个阶段。1.机械的启动阶段机械的启动阶段指机械主轴由零转速逐渐上升到正常工作转速的过程。该阶段中，机械驱动力所做的功大于阻抗力所做的功，系统的动能在不断的增加，即＞0因而原动件作加速运动。如图11.1启动阶段所示，其速度从零开始不断增加，直到某一正常工作速度。最好能空载启动，即，不但可缩短启动时间，而且还可选择较小功率的电机，以降低整机的成本。●11.1.2机械运转的三个阶段2.机械的稳定运转阶段当机械的驱动力所做的功与阻抗力的功达到平衡时，其动能不再增加，机械由启动

5、阶段进入了稳定运转阶段。在这一阶段中，能量输入和输出达到了时时相等，即原动件速度将恒定不变，称为等速稳定运转。鼓风机、提升机的工作状态就属于这种情况。如果不能满足驱动力的功与阻抗力的功时时相等，但是在机械运动一个周期内能保持相等，这时原动件速度将围绕一恒定的平均速度作周期性波动，称为周期性变速稳定运转，如图11.1稳定运转阶段所示。电动机带动的曲柄压力机、活塞式发动机等就属于这种情况。图11.1机械的运转过程3.机械的停车阶段停车阶段是指机械从稳定运转到完全停止运动的过程，如图11.1停车阶段所示。这时一般先撤去驱动力，故驱动力的功为零，系统依靠停车前储存的动能继

6、续克服阻力做功，速度不断下降，直到动能全部耗尽，机械才能完全停住。这时的功能关系为＜0为了缩短停车时间和安全起见，可在机械上安装制动装置，加速消耗机械的动能，减少停车时间。以上介绍的是常见机械系统的一般运动过程，大多数机械是工作在稳定运转阶段，在该阶段完成其工作任务的，但是有些机械例如：挖土机、起重机、可逆式轧钢机等的很大一部分工作是在启动和制动阶段完成的。图11.1机械的运转过程●11.1.3作用在机械上的驱动力和工作阻力当忽略机械中各构件的重力以及运动副中的摩擦力时，作用在机械上的力可分为工作阻力和驱动力两大类。力(或力矩)与运动参数(位移、速度、时间等)之间

7、的关系通常称为机械特性。1.驱动力——驱动力是驱使机械产生运动的力。其特征是力与其作用点的速度方向相同或者夹角是锐角，因而做正功。由原动机提供的作用力为驱动力，其变化规律取决于原动机的机械特性。2.工作阻力——凡是阻止机械运动的力称为阻力。其特征为力与其作用点的速度方向相反或者成钝角，因而做负功。通常情况下，驱动力和工作阻力可以根据其机械特性分为如下四种。1)力是常量——如起重机、轧钢机、拉丝机，车床和刨床等机械的工作阻力可近似地认为是常数；当以重力为驱动力时，或者当角速度变化很小时电动机的驱动力也可认为是常量。2)力是位置的函数——如往复式压缩机、水平锻机、压砖

8、机、冲床等