《机械原理》第十二章机器的运转及其速度波动的调节.ppt

第十二章 机器的运转及其速度波动的调节 §12-1 研究机器运转及其速度波动调节的目的 　 §12-2 机器等效力学模型 机械运动方程的一般表达式 机械运动方程:建立作用在机械上的力、构件的质量、转动惯量和其运动参数之间的函数关系。 理论依据 　　机械系统在时间?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。 微分形式 dE?dW 研究对象的简化 　　对于单自由度机械系统，只要知道其中一个构件的运动规律，其余所有构件的运动规律就可随之求得。因此，可以把复杂的机械系统简化成一个构件，即等效构件，建立最简单的等效动力学模型。 一、等效力和等效力矩 用一个假想力Ｆ或力矩Ｍ来代替作用在该机器上所有已知外力和力矩。 代替的原则：使系统转化前后的动力学效果保持不变。 等效构件的动能，应等于整个系统的总动能。 等效构件上所做的功，应等于整个系统所做功之和。 等效力 等效力矩 等效构件 等效点 如图12-2 说明： 1）F和 M是机构位置的函数。 2）不必知道各个速度的真实数值。 3）当已知F和M两者之一时，则另一个便可求出。 4）如果作用在机构上的力和力矩是时间或角速度的函数，则F和 M是它们的函数。 上述的推导可以理解为：对于一个单自由度机械系统的运动的研究，可以简化为对其一个具有等效转动惯量Je(φ)，在其上作用有等效力矩Me(φ, ω, t )的假想构件的运动研究，这一假想的构件称为等效构件。 §12-3 机械运动方程的建立及解法 §12-4 机器周期性速度波动的调节方法和设计指标 §12-6 机械的非周期性速度波动及其调节 一、周期性速度波动的调节方法： 安装飞轮： 机械出现盈功时，飞轮以动能的形式存储能量； 机械出现亏功时，飞轮释放其存储的能量。 §12-5 飞轮设计 ΔW max = ΔE max 即： ΔW max =Je w2md 调节方法：在ΔW max一定的情况下，为了使系统速度不均匀系数 d [ d ]，可通过给系统增加一个转动惯量较大的回转体——飞轮(其转动惯量计为JF )。 1）飞轮调速的基本原理 2）飞轮转动惯量的计算 飞轮转动惯量为JF ，于是有 ΔW max = (Je + JF ) w2md 一般情况， Je JF 。 讨论：因为要求d [d] ，而Jf JF + Je ；按上式安装飞轮后，实际d 一定能满足设计要求。 结论：可忽略Je的影响。 JF ≥ 于是： ΔW max w2m[d] 最好将飞轮安装在高速轴上。 [d]不可能为零。 3）飞轮尺寸的确定 平均直径D的选择，应适当选大一些，但不宜过大，以免轮缘因离心力过大而破裂。 非周期性速度波动：机械运转过程中，等效力矩（Me= Med-Mer）非周期性变化时，机械出现的速度波动。 工作阻力或驱动力在机械运转过程中发生突变，从而使输入能量和输出能量在较长一段时间内失衡造成的。 若长时间内MedMer ,系统的转速将持续上升，严重时会出现飞车现象； 如果长时间MerMed ，会造成系统转速持续下降直至最后停止运转 。 * §12-1 研究机器运转及其速度波动调节的目的 §12-2 机器等效力学模型 §12-3 机器运动方程式的建立及解法 §12-4 机器周期性速度波动的调节方法和设计指标 §12-5 飞轮的设计 §12-6 机器非周期性速度波动的调节方法 1.本章研究的内容及目的 　　机械系统的运动规律，是由各构件的质量、转动惯量和作用于各构件上的力等多方面因素决定的。 　　研究内容　在外力作用下机械的真实运动规律及机械速度波动的调节。 　　研究目的　使机械的转速在允许范围内波动，保证机械正常工作。　 　　机械主轴速度产生波动的原因 　机械的输入功与有用功和有害功之和不能时时保证相等。 　　机械速度波动类型 　　周期性速度波动 　　非周期性速度波动 一般机械的原动件运转的速度并非绝对均匀，会产生忽快、忽慢的速度波动，这种速度波动会引起机械振动，从而降低机械的寿命、效率和工作质量。 主要影响因素：机械上的外力、各构件的质量、尺寸及转动惯量 2. 机械运转的三个阶段 设：Wd ——驱动功、 Wr ——有用功、 Wf ——有用功 ΔE (=E2-E1) ——动能增量 由动能定理，有 Wd - (Wr + Wf ) = E2-E1 w t 起动 wm T T 稳定运转 停车 (2) 稳定运转 Wd = Wr + Wf ， ΔE = 0 (1) 起动阶段