机械原理-第七章机械调速.ppt

第七章 机械的运转及其速度波动的调节 §7－1 研究目的及方法 §7－2 机械的运动方程式 §7－3 机械运动方程的求解 §7－4 机械周期性速度波动及其调节 §7－5 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 概述：设计新的机械，或者分析现有机械的工作性能时，往往想知道机械运转的稳定性、构件的惯性力以及在运动副中产生的反力的大小、Vmax amax的大小，因此要对机械进行运动分析。而前面所介绍的运动分析时，都假定原动件作匀速运动(ω＝const)。但在大多数情况下，ω≠const，而是力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量等参数的函数：ω＝F(P、M、φ、m、J)。只有确定了的原动件运动ω的变化规律之后，才能进行运动分析和力分析，从而为设计新机械提供依据。这就是研究机器运转的目的。 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。速度波动过大，会产生恶果 2.机械的运转 稳定运转阶段的状况有： ①匀速稳定运转：ω＝常数 t ω 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 停止 ωm t ω 稳定运转 启动 停止 ωm t ω 稳定运转 启动 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。 二、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。 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。 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 Md=M(s) Md=M(?) B N ω Md 交流异步电动机的机械特性曲线 A C 用通过额定转矩点N的直线NC代替曲线NC ωn ω0 ω Md=Mn(?0－?)/ (?0－?n) 其中Mn－额定转矩， ?n －额定角速度， ?0 －同步角速度机器铭牌 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，如车床； 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； 一、机器运动方程的一般表达式 动能定律：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。 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=Ndt dE=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： N=M1ω1+F3 v3cosα3 = M1ω1－F3 v3 ω2 ＋Js2ω22 /2＋m2v2s2 /2 ＋m3v23 /2) M1 ω1 x y 1 2 3 s2 O A B φ1 v3 v2 F3 =(M1ω1+F3 v3cosα3 ) dt 运动方程为： d(J1ω21/2＋Jc2ω22/2＋m2v2c2 /2＋m3v23 /2) 推广到一般，设机械系统有n个活动构件，用Ei表示其动能。则有： 设作用在构件i上的外力为Fi，力矩Mi为，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－F3 v3)dt 二、机械系统的等效动力学模型 d(J1ω21/2＋Jc2