机械原理 CH07学习资料

第七章机械的运转及其速度波动的调节OperationProcessandSpeedFluctuationofMachineanditsAdjustment

（2）研究机械运转速度的波动及其调节§7-1概述1．本章研究的内容（1）研究在外力作用下机械真实运动规律的求解运动分析时假设：原动件匀速运动速度波动加速度惯性力冲击振动精度降低、噪音影响工作但通常：原动件并非匀速运动（1）起始阶段角速度ω:0ωm机械运转三阶段startingperiodoperationprocess

2．（2）稳定运转阶段

周期变速稳定运转ωm＝常数在一个周期内，Steadymotionperiod—例如:电动机-冲床（2）稳定运转阶段

周期变速稳定运转

等速稳定运转—ω＝ωm＝常数，Steadymotionperiod例如:电机-水泵（3）停车阶段ω:ωm03

．驱动力和生产阻力（1）驱动力Stoppingperiod如电动机Md

＝Md(ω)OMdω直流并激电动机OMdω直流并激电动机OMdω交流异步电动机常数位移的函数速度的函数如重锤驱动件Fd＝COFds重锤COFdsFd=Ks弹簧OMdφ内燃机如弹簧Fd＝Fd(s)，

内燃机Md＝Md(φ)驱动力可分为：概述(4/6)

驱动力和生产阻力由专业知识确定（2）工作阻力如起重机、车床等。如曲柄压力机、活塞式压缩机等。如鼓风机、离心泵、汽车风阻力等。如揉面机、球磨机等。说明常数执行构件位置的函数执行构件速度的函数时间的函数§7-2机械的运动方程式MovementEquation

1．机械运动方程的一般表达式例曲柄滑块机构的运动方程的建立已知机械受力求机械真实运动机械运动方程力（力矩）、质量（转动惯量）、运动参数间关系。微分形式：动能定理机械系统某时段内总动能增量等于所有外力做功之和theoremofkineticenergy单自由度机械系统各构件运动参数间未建立联系，未知数多而难以求解.等效动力学模型求解一个构件真实运动求解其余构件真实运动一个广义坐标可描述其运动运动分析一个构件运动确定，其余确定各构件运动关系可确定2．机械系统的等效动力学模型例曲柄滑块机构等效转动惯量等效力矩Equivalentdynamicmodels曲柄滑块机构运动方程式简化为：可预先求出上式可解得:例如一对齿轮传动12预先求取速度比值预先求取速度比值曲柄滑块机构等效力学模型等效构件－曲柄等效转动惯量等效力矩运动方程式广义坐标－曲柄转角模型解释：单自由度系统，简化为一等效构件，等效构件是虚拟的，等效构件运动参数是真实的，其上的转动惯量与力矩是转化而来。

曲柄滑块机构等能原理等功原理等效构件：代替系统进行运动求解等效构件动能系统动能等效构件功率系统功率

滑块等效构件模型提取曲柄运动参数曲柄等效构件模型提取滑块运动参数等效质量等效力

曲柄滑块机构推广到一般机械系统

等效模型

等效动力学模型的虚拟与真实(1)机器实际一构件(2)等效构件（等效质量、惯量、力）选为等效构件运动实际构件（实际质量、惯量、力）不等于virtualmodelandreality等于实际构件运动（3）等效构件真实运动其它构件真实运动运动分析求出3．运动方程推演微分形式：力矩形式：积分形式：deductiondifferentialformintegralmoment§7-3机械运动方程式的求解等效回转构件为例解法:解析法、数值计算法、图解法等。等效力矩（或力）等效转动惯量（或质量）位置、速度或时间的函数常数或位置的函数可能是可能是不同组合解法不同1．等效转动惯量和等效力矩均为位置的函数

内燃机活塞式压缩机PistontypeaircompressorInternalcombustionengineJe(φ），Me(φ）(2)运动方程式的求解得取一回转件为等效构件（1）建模积分形式运动方程式：两边积分(3）当：Me＝常数，Je＝常数匀加速运动电动机motor2．等效转动惯量是常数，等效力矩是速度的函数Je＝常数，

Me(ω)＝Med(ω)－Mer(ω)，搅拌机mixer，

其运动方程式为:运动方程力矩形式：（1）建模（2）运动方程式求解，非线性微分方程，需用数值法求解。3．等效转动惯量是位置的函数，等效力矩是位置和速度的函数刨床planer、冲床punch

电动机motor力矩形式运动方程Je(φ)Me(φ，ω)§7-4机械的周期性速度波动及其调节一．速度波动的原因（转动机械为例）亏功稳定运转期Speedfluctuationincrementofworkdecrementofwork原动机、工作机力矩不匹配总功变化盈功二．速度波动分类1、周期性速度波动2、非周期性速度波动tωtω飞车停车PeriodicspeedfluctuationNon-periodicspeedfluctuation三、等速运动的条件1、2、等速稳定运转：电机－水泵不一定常数等速运动的条件：能量无波动定轴转动构件四、周期性速度波动程度的调节1、平均角速度ωm

ωm＝（ωmax＋ωmin）/2不同机械，δ不同，3、相对速度波动量δ＝（ωmax－ωmin）/ωmωφOφTωminωmax许用值[δ](表7-2)。2、绝对速度波动量

速度不均匀系数δ≤[δ]PeriodicspeedfluctuationaveragespeedCoefficientofspeednonuniformity4．周期性速度波动的调节原理Adjustmentprinciple分析假设:系统等效转动惯量Je为常数EφOφTEminEmaxE0最大盈亏功MaximumIncrementordecrementofwork分析：ΔWmax一定，

Je增大，速度差值减小措施：飞轮flywheel如何增大Je?盈功飞轮吸收能量ω↑飞轮蓄能原理：亏功飞轮放出能量ω↓抽水蓄能发电锻压机飞轮蓄能抽油机平衡钻井泵空气包惯性玩具汽车。5、飞轮近似计算已知：［δ］ωm（n）ΔWmax求：Jf设计：

Je

略如Je<<JF，单位：6、飞轮调速分析ΔWmax↑

结论：[δ]↓n↓飞轮安装在高速轴上，可减少飞轮转动惯量。JF↑JF↑JF↑储能作用，小功率原动机下，克服尖峰载荷。7、飞轮应用储能调速。储能提供动力。惯性玩具汽车。锻压机械冲压机械8、最大盈亏功ΔWmax的确定例题已知：某机械主轴等效阻力矩Mr变化情况，等效驱动力矩Md

为常数，主轴转速n=300r/min,求：飞轮Jf解：（1）求Md（2）3000Nm750Nm300Nm（3）求飞轮转动惯量§7-5机械的非周期性速度波动及其调节1．非周期性速度波动

等效力矩Me＝Med－Mer

长时间Med>Mer2．非周期性速度波动的调节

调节本质：重新建立稳定运转状态。

方法：使等效驱动力矩与等效工作阻力矩恢复平衡关系。tωtω飞车停车Non-periodicspeedfluctuation

Mer>Med“飞车”“停车”

两种调节情况：自调性（2）蒸汽机、燃气轮机、内燃机为原动机安装调速器（1）电动机为原动机，Spee