第十二章机器的运及其速度波动的调节1.ppt

§12-1 研究机器运转及其速度波动的调节的目的 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的调节的目的 研究机器运转的目的 设计新机器或分析现有机器的工作性能，需要确定机器原动件的真实运动规律。 调节机器速度波动的目的 调节机器周期性波动程度，使之限制在允许范围内，以减少其造成的危害程度。 防止非周期性速度波动所引起的机器毁坏或者停车。 §12-2 机器等效动力学模型 等效动力学模型的建立 将单自由度的机械系统简化成一个构件（称为等效构件），建立简单的等效动力学模型。 根据质点系动能定理，将作用于机械系统上的所有外力和外力矩、所有构件的质量和转动惯量，都向等效构件转化。 转化的原则：使该系统转化前后的动力学效果保持不变。即：?? 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； 等效构件上的等效力、等效力矩所做的功或所产生的功率，应等于整个系统的所有力、所有力矩所做功或所产生的功率之和。 等效动力学模型的建立 通常将绕定轴转动或作直线移动的构件取为等效构件。 等效力和等效力矩 在等效构件AB上，设F是在等效点B上的等效力 或者设M是等效力矩 则等效力或等效力矩的功率为 等效力和等效力矩 设作用在机械上的外力为 Fi(i=1,2,…,k)，作用点的速度为ui，Fi的方向和ui的方向间夹角为qi， 作用在机械中的外力矩为 Mi(i=1,2,…,m)，受力矩 Mi作用的构件 i 的角速度为wi， 则作用在机械中所有外力和外力矩所产生的功率之和为 等效力和等效力矩 讨论 等效力F和等效力矩M只与各速度比有关，是机构位置的函数。 不必知道各个速度的真实数值。 如果等效构件是定轴转动的构件，F和M可以互推。 F、M也可能是时间或角速度的函数 等效质量和等效转动惯量 在前述同一等效构件AB上，设m是在等效点B上的等效质量 或者设J是等效转动惯量 则等效构件的动能为 等效质量和等效转动惯量 设机械系统中各运动构件的质量为 mi(i=1,2,…,k)，其质心Si的速度为 uSi； 各运动构件对其质心轴线的转动惯量为 JSi (i=1,2,…,k)，角速度为 wi， 则整个机械系统所具有的动能为 等效质量和等效转动惯量 讨论 m和J由速度比的平方而定，总为正值； m和J仅是机构位置的函数。 不必知道各速度的真实值。 如果等效构件是定轴转动的构件，m和J可以互推。如果等效构件是移动构件, vB=移动速度 §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 调节方法 发生周期性速度波动的机器作变速稳定运动→在一个运动循环内动能的变化量：定值 调节方法 飞轮 在机器中某一回转轴上添加的适当的质量，以保持速度不致变化太大。 储存了一定机械能的元件，工作时不断吸收或释放动能 用途 降低周期性速度波动程度 帮助机器度过死点 可以节省动力 设计指标 机器运转不均匀系数 定义式 设计指标 §12-5 飞轮设计 基本问题 飞轮设计的基本问题是根据机器实际所需的平均速度ωm和许可的不均匀系数δ(即机器所容许的ωmin，和ωmax)来确定飞轮的转动惯量JF [注]不需飞轮的机器：电动机、汽轮机、六缸以上二冲程发动机、八缸以上四冲程发动机、星形航空发动机（螺旋桨）… 例：冲压机的飞轮 某冲压机的飞轮以ω=200rpm (20.9 rad/s)的平均速度运动，电动机通过一组齿轮驱动冲压机每2秒冲一个孔。若实际的冲压步骤需0.2s，每冲一个孔吸收4kJ的能量。求产生不均匀系数δ=0.1所需的飞轮的转动惯量JF 。 偏于安全的假定是，各运动零件惯量与飞轮相比可略去不计。 例：冲压机的飞轮 解：由电动机提供的平均功率为4kJ/2s= 2kW。如果转速完全保持不变，则输出功率亦保持不变，将以均匀的速率供给能量。 对于大部分循环，电动机使飞轮加速直至最高转速。最高转速正好出现在冲孔前。在冲孔加工的0.2s后，飞轮降至最低转速。 在冲孔时，电动机供给2×0.2=0.4s的能量。其余3.6kJ能量来自飞轮动能的释放。 在各次冲孔之间的1.8s内，电动机再逐渐使飞轮增加3.6kJ的能量积累。 例：冲压机的飞轮 列式 最大剩余功[W] 是由飞轮储存的最大的能量变化量 力是位置的函数时 实线Md，虚线Mr 剩余力矩M= Md-Mr ΔE ， M的积分极值出现在剩余力矩M为0处——临界点 最大剩余功[W] 该机械系统在c点处具有最小的动能增量ΔEmin，对应于最大的亏功ΔWmin=Wac (从a累计到c) 在f点处，机械具有最大的动能增量ΔEmax，对应于最大的盈功ΔWmax=Waf (从a累计到f) 两者之差称为最大剩余功或最大盈亏功，记作[W] 飞轮惯量简易计算公式 飞轮主