机械原理 作者 师忠秀 CH10.PPT

§10－1 作用在机械上的力及机械的运转过程 10.1.1 作用在机械上的力的特性 10.1.2 机械运转的三个阶段 §10－2 机械的运动方程及等效动力学模型 10.2.1 机械系统运动方程的一般表达式 10.2.2 机械系统的等效动力学模型 §10－3 机械的运动方程式的建立与求解 10.3.1 机械运动方程式的建立 10.3.2 机械运动方程式的求解 §10－4 机械的速度波动与调节 10.4.1 周期性速度波动及其调节 10.4.2 非周期性速度波动的调节 第 10 章 机械的运转及其速度波动的调节 §10－1 作用在机械上的力及机械的运转过程 §10－2 机械的运动方程及等效动力学模型 §10－3 机械运动方程式的建立及求解 §10－4 机械的速度波动及其调节 在线教务辅导网： 教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网 QQ:349134187 或者直接输入下面地址： 【内容提示】：本章讨论作用在机械系统上的外力和其运动之间的关系，研究机械在外力作用下的真实运动规律、机械速度波动原因及其调节方法。 【基本要求】：理解单自由度机械系统等效动力学模型的概念；了解建立机械系统运动方程式的方法；熟悉机械速度波动的分类及其调节原理；掌握飞轮转动惯量的近似计算方法。 10.1.1 作用在机械上的力的特性 10.1.2 作用运转的三个阶段 驱动力—— 驱使原动件运动的力，其变化规律取决于原动机 的机械特性。 当忽略机械中各构件的重力以及各运动副中的摩擦力时，作用在机械上的力可分为驱动力和工作阻力两大类。力(或力矩)与运动参数(位移、速度、时间等)之间的关系通常称为力的机械特性。 如：利用重锤的质量作驱动力时，其值为常数； 利用弹簧的弹力作驱动力时，其值为位移的函数； 蒸汽机、内燃机等输出的驱动力是活塞位置的函数； 电动机输出的驱动力矩是转子角速度的函数。 工作阻力—— 机械正常工作时必须克服的工作载荷，其变化 规律取决于机械的工艺过程。 如：起重机、轧钢机、车床等，工作阻力近似为常数； 弹簧的弹性力、空气压缩机和曲柄压力机的工作阻力是执行构件位置的函数； 鼓风机、搅拌机等的工作阻力是执行构件速度的函数； 揉面机、球磨机等工作阻力是时间的函数。 启动阶段: 稳定运转阶段: 停车阶段: 或 根据能量守恒定律，作用在机械系统上的力在任一时间间隔内所作的功，应等于机械系统动能的增量。用机械系统的动能方程式表示为 启动阶段，机械系统的动能增加 稳定运转阶段，机械的动能增量为零 停车阶段，机械系统的动能逐渐减小 启动阶段和停车阶段统称为机械的过渡过程。 有些机械(如汽车、推土机等)在作变速稳定运转的过程中，会由于种种原因，受到外力无规律变化的作用，使得输入功和总耗功的平衡关系遭到破坏，从而引起机械主轴角速度的无规律变化（升高或降低），于是机械由稳定运转转入不稳定运转。当通过调节措施使输入功和总耗功又恢复平衡关系时，机械将又转入稳定运转。 10.2.1 机械系统运动方程的一般表达式 10.2.2 机械系统的等效动力学模型 对构件 ，在 时间间隔内： 对于有 个活动构件的机械系统，在 时间间隔内： 由 ，则： 设机械系统由 个运动构件组成 。 综上所述，一个复杂的机械系统可以简化成一个等效构件，建立等效动力学模型，等效构件通常取为绕定轴转动的构件或作直线移动的构件。至于选定轴转动构件还是直线移动构件为等效构件，应视具体情况计算简便而定，在实际应用中多选机械的主轴为等效构件。 等效的原则：使系统转化前后的动力学效果保持不变。即： 1. 等效构件的质量或转动惯量所具有的动能，应等于整个 系统的总动能。 2. 等效构件上的等效力、等效力矩所作的功或所产生的功 率，应等于整个系统的所有力、所有力矩所作的功或所 产生的功率之和。 例10-1 图示为一齿轮驱动的正弦机构。已知齿轮1的齿数为 ，转动惯量为 ；齿轮2 的齿数为 ，转动惯量为 ；滑块3、4的质量分别为 ，其质心分别位于C和D。又知，在齿轮1上作用有驱动力矩 ，滑块4上作用有工作阻力 。试取构件2为等效构件，求在图示位置时的等效转动惯量 和等效力矩 。 解：取构件2为等效构件 10.3.1 机械运动方程式的建立 10.3.2 机械运动方程式的求解 通过前面分析