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《机械设计基础》第7章机械的运转及其速度波动

CATALOGUE目录机械运转概述机械系统动力学模型周期性速度波动调节方法非周期性速度波动调节方法典型案例分析实验与仿真验证课程总结与展望

01机械运转概述

指机械设备或系统在驱动力作用下，各运动部件按照一定规律进行相对运动的工作状态。机械运转定义根据运动部件的运动规律和特点，机械运转可分为匀速运转、变速运转、周期性运转和非周期性运转等类型。机械运转分类机械运转定义与分类

周期性速度波动现象周期性速度波动的定义指机械设备在运转过程中，其速度按照一定周期和规律发生波动变化的现象。周期性速度波动的原因主要是由于驱动力周期性变化、负载周期性变化或机械结构本身存在的周期性因素所引起。周期性速度波动的影响可能导致机械设备振动、噪音增大、磨损加剧等问题，严重时甚至可能引发故障。

03非周期性速度波动的影响可能导致机械设备性能不稳定、运行效率低下、寿命缩短等问题，给机械设备的正常运行和维护带来挑战。01非周期性速度波动的定义指机械设备在运转过程中，其速度不按照固定周期和规律发生波动变化的现象。02非周期性速度波动的原因通常是由于驱动力或负载的随机变化、机械结构本身的非线性因素或外部环境干扰等所引起。非周期性速度波动现象

02机械系统动力学模型

根据牛顿第二定律和动量矩定理，建立各构件的运动微分方程。考虑构件之间的相互作用力和约束条件，对运动微分方程进行联立求解。分析机械系统的组成和运动规律，确定各构件的质量和转动惯量等物理参数。建立动力学模型方法

03通过等效力学模型分析，可以了解机械系统的动态响应和稳定性等性能。01将复杂的机械系统简化为等效的力学模型，以便进行动力学分析。02等效力学模型应保留原系统的主要特征，如质量、转动惯量、刚度和阻尼等。等效力学模型分析

根据动力学模型和等效力学模型，建立机械系统的运动方程。运动方程一般为常微分方程或偏微分方程，需要采用适当的数值方法进行求解。通过求解运动方程，可以得到机械系统各构件的位移、速度和加速度等运动参数，进而评估机械系统的性能。运动方程建立与求解

03周期性速度波动调节方法

飞轮是一个转动惯量很大的圆盘或轮毂，当机器出现盈功时，飞轮的动能增加，将盈功以动能的形式储存起来；当机器出现亏功时，飞轮的动能减少，将储存的动能释放出来以补偿亏功，从而使机器的周期性速度波动得以调节。飞轮设计原理飞轮广泛应用于内燃机、蒸汽机等动力机械以及某些工作机械的调速系统中。在这些机械中，由于周期性变化的外力或负载的作用，机器会出现周期性的速度波动。为了减小这种速度波动，提高机器的工作性能和使用寿命，需要采用飞轮进行调速。飞轮设计应用飞轮设计原理及应用

调速器是一种自动调节装置，它根据柴油机负荷的变化，自动增减喷油泵的供油量，使柴油机能够以稳定的转速运行。调速器通过感知柴油机的转速变化，利用飞锤的离心作用或弹簧的弹力作用来推动油量调节机构进行供油量的调节。调速器工作原理根据使用要求和柴油机的特性，可以选择不同类型的调速器。常见的调速器类型有机械式、液压式、电子式等。其中，机械式调速器结构简单、工作可靠、维护方便，但精度较低；液压式调速器精度高、响应快、稳定性好，但结构复杂、价格较高；电子式调速器具有高精度、高响应速度、易于实现自动化等优点，但成本较高且对使用环境有一定要求。调速器类型选择调速器工作原理及类型选择

增加飞轮转动惯量01通过增加飞轮的转动惯量来减小周期性速度波动的幅度。转动惯量越大，飞轮储存和释放动能的能力越强，对周期性速度波动的调节效果越好。优化机械结构02通过优化机械结构来减小周期性外力或负载对机器的影响。例如，可以采用平衡轴、减震器等装置来平衡或减小周期性外力或负载的作用。采用先进的控制策略03通过采用先进的控制策略来提高调速系统的性能。例如，可以采用PID控制、模糊控制等控制方法来提高调速系统的精度和稳定性，从而减小周期性速度波动的幅度。周期性速度波动抑制措施

04非周期性速度波动调节方法

自激振动是由于机械系统内部的动态不平衡引起的，如传动部件的偏心、轴承间隙、非线性刚度等。自激振动会导致机械系统的不稳定，产生噪音和振动，加速零部件的磨损和疲劳破坏，降低机械的工作精度和效率。自激振动产生原因及危害危害产生原因

减振措施通过改变机械结构的动态特性，如增加阻尼、提高刚度、改变质量分布等，来减小或消除自激振动。隔振技术应用采用隔振技术，如在机械基础或支撑结构中加入隔振元件（橡胶隔振支座、空气弹簧等），以隔离或减小外部振动对机械系统的影响。减振措施与隔振技术应用

通过安装调速器，根据机械的速度波动情况实时调整原动机的输出功率，以维持机械系统的稳定运行。调速器控制在机械系统中加入飞轮等储能元件，通过储存和释放能量来平抑速度波动，提高机械的运转平稳性。