机械工程综合(4)

1、上一页返回第一页返回目录下一页第四章第四章 机械运转及速度波动的调节机械运转及速度波动的调节主要内容主要内容机械系统等效力学模型机械系统等效力学模型机械的真实运动机械的真实运动机械速度波动的调节机械速度波动的调节基本要求基本要求了解机械运转的三个阶段了解机械运转的三个阶段掌握等效转动惯量、等效质量、等效力的概念和计算方法掌握等效转动惯量、等效质量、等效力的概念和计算方法机械运动方程及其求解机械运动方程及其求解重点内容重点内容等效转动惯量、等效质量、等效力的计算方法等效转动惯量、等效质量、等效力的计算方法力是机构位置函数时飞轮转动惯量的计算力是机构位置函数时飞轮转动惯量的计算难点内容难点内容四个

2、等效概念的建立四个等效概念的建立最大盈亏功的概念及求解最大盈亏功的概念及求解上一页返回第一页返回目录下一页第一节第一节 机械运转过程分析机械运转过程分析一、机械运转的三个时期BCACtw w1. 机械运转的三个时期A起动B稳定运转C停车2. 机械系统动能方程式n0i2s0si2s0i2sisin0i2sii0frd)Jvm(21)Jvm(21EEWWWWww上一页返回第一页返回目录下一页第一节第一节 机械运转过程分析机械运转过程分析 二、机械运转过程的功能分析BCACtw w1. 起动时期2. 稳定运转时期0WWWW0Efrd03. 停车时期0EEWWWW0frd0frdEWW0E0W上一页返

3、回第一页返回目录下一页第一节第一节 机械运转过程分析机械运转过程分析 三、速度不均匀系数BCACtw w1. 速度不均匀系数2. 平均角速度mminmaxwww2minmaxmwwwwww2m222minmax上一页返回第一页返回目录下一页第二节第二节 机械系统等效力学模型机械系统等效力学模型一、等效质量及等效转动惯量一、等效质量及等效转动惯量1 . 等效构件41Aw1MJ4321BCAw1M1F33CF3mV3等效构件2 .等效质量及等效转动惯量2n0in0i2sisi2sii2J21J21vm21mv21wwn0in0i2sii2ii)v(J)vv(mmwn0in0i2sisi2sii)(

4、J)v(mJwww等效质量等效转动惯量上一页返回第一页返回目录下一页第二节第二节 机械系统等效力学模型机械系统等效力学模型二、等效力及等效力矩41Aw1MJ3CF3mV3等效力wwMMcosvFFvn0in0isiiiiin0in0isisiisii)v(Mcos)vv(FFw等效力矩n0in0iisiiii)(Mcos)v(FMwww上一页返回第一页返回目录下一页第二节第二节 机械系统等效力学模型机械系统等效力学模型三、机械系统等效力学模型1 . 能量形式的运动方程式wd)(M)J(21d2微分形式ww00d)(MJ21)J(21202积分形式2 . 力矩形式的运动方程式)(Md)dJ(2d

5、d)J(2www上一页返回第一页返回目录下一页第三节第三节 在已知力作用下机械的真实运动在已知力作用下机械的真实运动一、等效构件的角速度当等效构件由0时，盈亏功0d)(MWwwwwdddtddddtd二、等效构件的角加速度则等效构件角速度)( J2W)J(J20ww)( J2Ww若0=0， w0=0 则：上一页返回第一页返回目录下一页第三节第三节 在已知力作用下机械的真实运动在已知力作用下机械的真实运动三、机械运动时间由w00d)(1dttt若t0=0则：dtdww0d)(1tt0w0d)(1t上一页返回第一页返回目录下一页第三节第三节 在已知力作用下机械的真实运动在已知力作用下机械的真实运动

6、例1：4321BC(s3)Aw1M1s2s1F3已知曲柄滑块机构，给定：曲柄已知曲柄滑块机构，给定：曲柄1和连杆和连杆2的长度的长度l l1、l l2，质量，质量m1、m2 ，质心，质心s1、s2 ，质心轴转动惯量，质心轴转动惯量Js1、Js2 ，滑块质量，滑块质量m3，质心，质心s3，曲柄以等角速度顺时针方向转动，滑块曲柄以等角速度顺时针方向转动，滑块3工作阻力工作阻力F3 ，设构件，设构件1为等为等效构件，求等效转动惯量和等效力矩。效构件，求等效转动惯量和等效力矩。上一页返回第一页返回目录下一页第三节第三节 在已知力作用下机械的真实运动在已知力作用下机械的真实运动解：4321BC(s3)A

7、w1M1s2s1pcbs1s2F3（2）等效转动惯量）等效转动惯量（1）速度分析）速度分析（3）等效力矩）等效力矩S122S2232221JJvmvmvmJ12S3S2S1ww1S33dvFMMw41Aw1MJ上一页返回第一页返回目录下一页第三节第三节 在已知力作用下机械的真实运动在已知力作用下机械的真实运动 例2：321BAw14已知图示机构，滑块质量已知图示机构，滑块质量m3，曲柄，曲柄AB长长r，V3=w w1rsin ，w w1为曲柄角速为曲柄角速度，当度，当 =0180时，阻力时，阻力F为常数；当为常数；当 =180360时，阻力时，阻力F=0；驱动力；驱动力矩为常数，曲柄矩为常数，

8、曲柄AB绕绕A轴的转动惯量轴的转动惯量JA1 ，不计构件各处的摩擦，设在，不计构件各处的摩擦，设在 =0时，时，w w1= w w0 ，求，求（1）曲柄为等效构件时的等效力矩和等效阻力矩；）曲柄为等效构件时的等效力矩和等效阻力矩；（2）等效转动惯量。）等效转动惯量。（3）在稳定运转时，曲柄上的驱动力矩；）在稳定运转时，曲柄上的驱动力矩；（4）写出机构的运动方程式）写出机构的运动方程式上一页返回第一页返回目录下一页第三节第三节 在已知力作用下机械的真实运动在已知力作用下机械的真实运动解：MMd20020rd)(J21)( J21d)MM(ww（1）驱动力）驱动力M作用在等效构件上，其他构件无驱动

9、力矩，故：作用在等效构件上，其他构件无驱动力矩，故：阻力阻力F的等效力矩的等效力矩)1800(sinrFFvMoo13rw)360180(0Moor（2）等效转动惯量：）等效转动惯量：223A1sinrmJJ（3）稳定运转阶段：）稳定运转阶段：2rF2MrrFM （4）机构运动方程式：）机构运动方程式：41Cw1MJ上一页返回第一页返回目录下一页第三节第三节 在已知力作用下机械的真实运动在已知力作用下机械的真实运动例3：已知轮系如图。传动主轴已知轮系如图。传动主轴O1，在，在O2轴上安装轴上安装制动器制动器B，n1 =100rpm, D1 =100mm, D2 =200mm, z2 =25,

10、z3 =50, z3 =25, z4 =50, J1 =0.12, J2 =0.5, J3 =0.36, J4 =0.3, 要求切断要求切断电源电源2秒钟利用秒钟利用B实现刹车，求加于轴上的制实现刹车，求加于轴上的制动力矩动力矩M2。212334D1D2o1o2o343B上一页返回第一页返回目录下一页第三节第三节 在已知力作用下机械的真实运动在已知力作用下机械的真实运动解：（1）选轴）选轴2为等效构件，其角速度为等效构件，其角速度212334D1D2o1o2o343BsradDDn/36.52302112w（2）求等效构件的等效转动惯量）求等效构件的等效转动惯量).(089. 12243324

11、2323222112244223322211mkgzzzzJzzJJDDJJJJJJwwwwww（3）求制动力矩）求制动力矩sradta/18.26236.5202wsradaJMr/51.28)18.26(089. 1上一页返回第一页返回目录下一页第四节第四节 机械速度波动的调节机械速度波动的调节一、非周期性的速度波动一、非周期性的速度波动柱塞式喷油泵的速度特性柱塞式喷油泵的速度特性供油拉杆位置不变时，喷油泵每一个循环供油量随转速变化的规律。柱塞泵的供油特性每一循环的供油量是随转速的升高而增加。喷油泵速度特性带来的恶果1高速时飞车每循环供油量增加，充气系数下降，冒黑烟飞车。2低速时熄火每循环

12、供油量减少，充气系数上升，油少气多“游车”熄火。MdMMrMrMrwSMdMMrw理想的机械特性理想的机械特性实际的机械特性实际的机械特性上一页返回第一页返回目录下一页第四节第四节 机械速度波动的调节机械速度波动的调节一、非周期性的速度波动一、非周期性的速度波动系统转速过高时，调速器加速回转，两重球系统转速过高时，调速器加速回转，两重球K张开带动滑块张开带动滑块M上上升，通过连杆机械关小节流阀升，通过连杆机械关小节流阀6，使进入原动机的工作介质减少，使进入原动机的工作介质减少而降速。转速过低则工作过程反之。调速器而降速。转速过低则工作过程反之。调速器反馈机构。反馈机构。 调速器工作原理调速器工

13、作原理上一页返回第一页返回目录下一页第四节第四节 机械速度波动的调节机械速度波动的调节（2）不均匀系数：）不均匀系数：W2mwFJ二、周期性的速度波动二、周期性的速度波动（1）机械中飞轮的动能：）机械中飞轮的动能：)(J212min2maxF0wwEEW2m22m900WWnJFw三、飞轮的确定三、飞轮的确定4DD22221FFmJ42DmJFFmF近似集中在近似集中在D上上最大盈亏功最大盈亏功wmaxW上一页返回第一页返回目录下一页第四节第四节 机械速度波动的调节机械速度波动的调节已知某机械一个稳定运转循环内的等效阻力矩已知某机械一个稳定运转循环内的等效阻力矩Mr，等效驱动力矩，等效驱动力矩

14、Md是常数，等效构件的是常数，等效构件的最大最小角速度分别是最大最小角速度分别是w wmax=200rad/s，w wmin=180rad/s，试求：，试求：（1）等效驱动力矩）等效驱动力矩Md的大小；的大小；（2）运转的速度不均匀系数；）运转的速度不均匀系数；（3）当要求）当要求 在在0.05范围内，并不计其余的转动惯量时，应装在等效构件上的飞轮的转范围内，并不计其余的转动惯量时，应装在等效构件上的飞轮的转动惯量动惯量JF。M1000100/42MrM1000100/42Mr212.5Md解题要点：解题要点：（1）根据一个周期中等效驱动力矩和阻力矩的功相等来求等效驱动力矩）根据一个周期中等效

15、驱动力矩和阻力矩的功相等来求等效驱动力矩例例4上一页返回第一页返回目录下一页第四节第四节 机械速度波动的调节机械速度波动的调节srad /190)180200(2121minmaxmwwwmN 5 .212471004100021Md（2）求）求 ：得：得：20r20ddMdM105. 0190180200mminmaxwww（3）求）求出最大盈亏功后，既可求出飞轮转动惯量出最大盈亏功后，既可求出飞轮转动惯量：JW5 .61847)1005 .212(max222mmax.3427. 019005. 0618.5WmkgJFw上一页返回第一页返回目录下一页第四节第四节 机械速度波动的调节机械速

16、度波动的调节 例5如图所示的冲床机构，冲头如图所示的冲床机构，冲头4在工作行程在工作行程（下移）中所产生的生产阻力（下移）中所产生的生产阻力Pr与其位移与其位移S的关系如图所示（图中的关系如图所示（图中H为行程），而空为行程），而空程程Pr=0。已知齿轮。已知齿轮1的平均角速度的平均角速度w w1=100rad/s，两齿轮的转动惯量分别是，两齿轮的转动惯量分别是J1=0.01kgm2， J2=0.04kgm2。齿数。齿数z1=21，z2=42，齿轮，齿轮2半径为半径为0.01m。希。希望齿轮望齿轮1的速度不均匀系数不超过的速度不均匀系数不超过0.01。问应在齿轮问应在齿轮1轴上安装转动惯量为多

17、大的轴上安装转动惯量为多大的飞轮（说明：不计各运动副中的摩擦及构飞轮（说明：不计各运动副中的摩擦及构件的惯性力，计算滑快件的惯性力，计算滑快4的速度近似取为的速度近似取为其位于行程中点时的速度，驱动力矩其位于行程中点时的速度，驱动力矩Md为为常数）常数） 。AMPrBCDPrsHH/22501000b上一页返回第一页返回目录下一页第四节第四节 机械速度波动的调节机械速度波动的调节解：解：1. 如图所示，设如图所示，设Md等效到构件等效到构件4上的上的等效力等效力Pd，则：，则：AMPrBCDPrsHH/22501000b41vMPddw由题中说明知：由题中说明知：2114zzvwddddMMr

18、zzMP201 . 021422422. 求求Pd，一周期内输入功与输出功相等：，一周期内输入功与输出功相等：HHHHPd5004100042100022NHHPd2502500a上一页返回第一页返回目录下一页第四节 机械速度波动的调节3. 求最大盈亏功求最大盈亏功625.65162 . 075071675071637504750maxHHHW作作Pd与与Pr线相交与线相交与a,b4. 求等效转动惯量求等效转动惯量J222max.65625. 001. 0100625.65mkgWJmw5. 求飞轮的转动惯量求飞轮的转动惯量JF22121.63625. 001. 001. 065625. 02mkgzz