西北工大版机械原理课件第7章机械的运转与调速.ppt

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1、第七章机械的运转及其速度波动的调节1、能建立机械的运动方程式2、了解机械运动方程的求解3、明确机械周期性速度波动及其调节4、了解机械非周期性速度波动及其调节§7－1研究的目的及方法一、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。运动分析时，都假定原动件作匀速运动:ω为常数实际上是多个参数的函数：ω＝F(F、M、φ、m、J)力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量二、机械运转的三个阶段:稳定运转阶段的状况有：①匀

2、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停车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。速度波动调节的方法1.对周期性速度波动，可在转动轴上安装一个质

3、量较大的回转体（俗称飞轮）达到调速的目的。2.对非周期性速度波动，需采用专门的调速器才能调节。本章仅讨论飞轮调速问题。ωMd三、作用在机械上的驱动力和生产阻力驱动力是由原动机提供的动力，根据其特性的不同，它们可以是不同运动参数的函数：蒸汽机与内然机发出的驱动力是活塞位置的函数：电动机提供的驱动力矩是转子角速度的函数：机械特性曲线－原动机发出的驱动力（或力矩）与运动参数之间的函数关系曲线。重锤、弹簧、电动机当用解析法研究机械在外力作用下，驱动力必须以解析表达式给出。一般较复杂工程上常将特性曲线作近似处理，如用通过额定转矩点N的直线NC代替曲线NC(直线方程，任意点驱动力矩)

4、Md=M(s)Md=M()BN交流异步电动机的机械特性曲线ACMd=Mn(0－)/(0－n)其中Mn－额定转矩ω00－同步角速度机器铭牌ωnn－额定角速度ω工作转速生产阻力取决于生产工艺过程的特点，有如下几种情况：①生产阻力为常数，如机重机；②生产阻力为机构位置的函数，如压力机;③生产阻力为执行构件速度的函数，如鼓风机、搅拌机等；驱动力和生产阻力的确定，涉及到许多专门知识，已超出本课程的范围。本课程所讨论机械在外力作用下运动时，假定外力为已知。④生产阻力为时间的函数，如球磨机、揉面机等；xy123s2OABφ1一、机器运动方程的一般表达式动能定理：机械系统在时

5、间△t内的的动能增量△E应等于作用于该系统所有各外力的元功△W。举例：图示曲柄滑块机构中，设已知各构件角速度、质量、质心位置、质心速度、转动惯量,驱动力矩M1，阻力F3。动能增量为：外力所作的功：dW=PdtdE=d(J1ω21/2§7－2机械的运动方程式写成微分形式：dE=dW瞬时功率为：P=M1ω1+F3v3cosα3=M1ω1－F3v3ω2＋Js2ω22/2＋m2v2s2/2＋m3v23/2)M1ω1v2F3v3=(M1ω1+F3v3cosα3)dt运动方程为：d(J1ω21/2＋Jc2ω22/2＋m2v2c2/2＋m3v23/2)推广到一般，设有n个活动构件，用Ei

6、表示其动能。则有：设作用在构件i上的外力为Fi，力矩Mi，力Fi作用点的速度为vi。则瞬时功率为：机器运动方程的一般表达式为：式中αi为Fi与vi之间的夹角，Mi与ωi方向相同时取“＋”，相反时取“－”。上述方程，必须首先求出n个构件的动能与功率的总和，然后才能求解。此过程相当繁琐，必须进行简化处理。＝(M1ω1－F3v3)dt二、机械系统的等效动力学模型d(J1ω21/2＋Js2ω22/2＋m2v2s2/2＋m3v23/2)上例有结论：变形为：左边小括号内的各项具有转动惯量的量纲，d[ω21/2(J1＋Js2ω22/ω21＋m2v2s2/ω21＋m3v23/ω21)]则有

7、：d(Jeω21/2)=Meω1dt令：Je=(J1＋Js2ω22/ω21……)＝(M1ω1－F3v3)dt＝ω1(M1－F3v3/ω1)dtMe=M1－F3v3/ω1=Medφ右边小括号内的各项具有力矩的量纲。称图(c)为原系统的等效动力学模型，而把假想构件1称为等效构件，Je为等效转动惯量，Me为等效力矩。同理把滑块作为等效构件，可把运动方程变形为：左边括号内具有质量的量纲d[v23/2(J1ω21/v23＋Js2ω22/v23＋m2v2s2/v23＋m3)]＝v3(M1ω1/v3－F3)dt假想把原系统中的所