第12章-机械的运转及其速度波动的调节.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,机 械 原 理,第,12,章 机械的运转,及其速度波动的调节,12.1.1,机器运转的三个阶段,启动阶段、稳定运转阶段、停车阶段,12.1,概述,1.,稳定运转阶段的状况分析,匀速稳定运转：,常数,周期变速稳定运转：,(t)=,(t+T,p,),非周期变速稳定运转,匀速稳定运转时，速度不需要调节。,2.,速度波动产生的不良后果,在运动副中引起附加动压力，加剧磨损，使工作可 靠性降低。,引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低。,影响机械的工艺过程，使产品质量下降。,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。,（,1,）周期性速度波动的危害,（,2,）非周期性速度波动的危害,研究机械的真实运动,周期性速度波动,飞轮调速,非周期性速度波动,调速器调速,3.,机器速度波动研究的目的及调节方法,研究机械运转速度的波动及其调节方法,（,1,）研究目的,（,2,）速度波动调节方法,研究机器的运动和力的关系，必须研究所有运动构件的动能变化和所有外力所作的功,不方便,。,替代前后机构的运动不变，即功或功率不变,用作用在一个构件上的,假想力,F,或,假想力矩,M,来替代作用在该机器上的所有已知外力和力矩。此,假想力,F,或,假想力矩,M,称为,等效力,或,等效力矩。,该构件为,等效构件,，研究点为,等效点,。,对单自由系统，当主动件的运动确定,其他构件的运动也确定。将问题转化为研究一个构件的运动。,12.2.1,等效力和等效力矩,12.2,机械等效动力学模型,替代条件：,等效力或等效力矩作功：,或,各外力作功：,两者相等并化简得,等效力：,等效力矩：,等效力或等效力矩的性质：,是机构位置的函数（与速度比有关，而速度与位置有关）,与速度比有关，只需知道比值，在不必知道机器真实,运动的情况下就可求得。有正负号区别。,选择绕固定轴线转动的构件为等效构件，则等效力与等效力,矩之间的关系：,如果,F,i,和,M,i,随时间等因素变化，则等效力和等效力矩也随之,变化。,注意：等效力和等效力矩不是机构的合力和合力矩。求解,机构的合力时不能使用这两个量。,1.2.2,等效质量和等效转动惯量,当取绕固定点回转的构件为等效构件时，可以用一个与它共同共轴回转的假想物体的转动惯量来整个机器所有运动构件的质量和转动惯量，该,假想转动惯量,称为,等效转动惯量,。,假想的,等效质量,（或,等效转动惯量,）的动能应等于机器所有运动构件的动能之和。,等效条件：,用集中在机器某一构件上选定点的一个,假想质量,来替代整个机器所有运动构件的质量和转动惯量，该,假想质量,称为,等效质量,，,该构件为,等效构件,，研究点为,等效点,。,为了方便起见，等效力、等效力矩、等效质量、等效转动惯量的等效点和等效构件取同一点和同一构件。,等效构件的动能：,或,整个机器的动能,两者相等,等效质量：,等效转动惯量：,等效质量或等效转动惯量的性质：,是机构位置的函数（与速度比平方有关，而速度与位置有,关，而且总是正值）,与速度比平方有关，只需知道比值，在不必知道机器,真实运动的情况下就可求得。,选择绕固定轴线转动的构件为等效构件，则等效质量与等效转,动惯量之间的关系：,注意：等效质量和等效转动惯量是假想的，并不是机构所有运动构件的质量或转动惯量的合成总和。力分析时不能使用这两个量。,例,12-1,书,429,页,已知机构的尺寸和位置，构件,2,、,3,的重力，构件,5,、,6,、,7,、,8,的齿数，气体作用于活塞上的压力及发动机的阻力矩。不计其余构件的重力，求换算到构件,1,上的等效力和等效质量。,12.3.1,机器运动方程的建立,12.3,机器运动方程式,的建立和解法,：等效驱动力作的功,：等效阻力作的功,：等效驱动力矩作的功,：等效阻力矩作的功,1.,动能形式的机器运动方程式,等效构件为移动件,等效构件为转动件,将上两式微分：,：等效点的切向加速度,2.,力或力矩形式的机器运动方程式,等效构件为移动件,等效构件为转动件,1.,解析法（以等效构件是转动件为例）,由,可解得：,12.3.2,机器运动方程的求解,主要研究力是机构位置函数时，等效构件真实运动的求法,等效力（或力矩）是机构位置函数时，适宜采用动能形式的机器运动方程式。,（,1,）求等效构件的角速度,W=E-E,0,=E,剩余功,由,显然，可由已知,M,求出,、,、,t,，而这是描述机械真实运动的三个指标。,（,2,）求等效构件的角加速度,角速度对时间求导：,（,3,）求机器的运动时间,t,有,已知,:,M,d,、,M,r,，如图,a,M,d,与,M,r,相减，得图,b,按,，,得,E,，图,c,2.,图解法,求出等效转动惯量曲线,J=,J(,),，将,J,和,E,代入,，得到,(,),将曲线,(,),微分的,(,),求曲线,(,),的倒函数曲线，将倒函数曲线积分得,t(,),1.,产生周期性速度波动的原因,12.4,机器周期性速度波动的,调节方法和设计指标,驱动力矩和阻力矩作功并不时时相等，引起机器动能的变化，从而产生速度波动。,2.,周期性速度波动的调节方法,驱动力矩和阻力矩作功并不时时相等。但一个运动循环内相等。如下式：,起能量储存器的作用。转速增高时，将多于能量转化为飞轮的动能储存起来，限制增速的幅度；转速降低时，将能量释放出来，阻止速度降低。,调速方法：飞轮调速,3.,周期性速度波动的调节指标,平均速度：,不均匀系数：,设计时要保证,，,见书,p443,指标：,已知,m,和,时，可求出等效构件的最大和最小转速：,12.5,飞轮设计,常量,变量，常忽略不计,飞轮转动惯量,飞轮设计的基本问题是根据机器的实际所需的平均速度和不均匀系数来确定飞轮的转动惯量。,在等效构件上安装飞轮后的机器，其等效转动惯量为：,1.,基本问题,W,：最大剩余功，可用能量指示图来求解。,2.,力是机构位置的函数时，飞轮转动惯量的计算法,机器从,min,至,max,的能量变化为：,从而：,J,C,与,J,F,相比很小，可忽略不计,W,、,m,一定，,愈小，,J,F,愈大,说明,:,J,F,不可能为无穷大，,也不可能为零，即安装飞轮后机械运转的速度仍有周期性波动，只是波动幅度减小,W,、,一定时，,J,F,与,2,m,成反比。为减小飞轮的惯量，飞轮最好安装在机械的高速轴上,max,、,min,出现在最大剩余功,W,起始或终了处,飞轮是一个能量储存器,+,_,+,Med,100,a,b,例：,某机器主轴为等效构件，在一个稳定运动循环中，,Mer,如图，,Med,为常数，,n=1500r/min,，,0.05,时，求,J,F,和主轴的最大和最小角速度,解,:,300,Me,（,Nm,）,0,ab,间有最大亏功,2,kN,m,3/2,0,例,：已知驱动力矩为常数，阻力矩如图所示，主轴的平均角速度为：,m,=25,rad/s,不均匀系数,0.05,，,求主轴飞轮的转动惯量,J,。,解：,求,M,d,作代表,M,d,的直线如图。,求,W,各阴影三角形的面积分别为：,区间,面积,10,M,r,M,d,由能量指示图，得：,已知某机器主轴转动一周为一个稳定运动循环，主轴为等效构件，其等效阻力矩,Mer,的变化曲线如图所示，而等效驱动力矩,Med,为恒定值，并假定等效转动惯量为常数。试求最大盈亏功。,课堂练习：,安装调速器，使机器转速稳定在,n,工作,非周期性速度波动的发生原因是因为驱动力的功在稳定运动的一个循环内大于或小于阻力的功，采用飞轮不能达到调速的目的，需用调速器。,12.6,非周期性速度波动及其调节,本章结束,声明,本课件所引用的部分三维动画来源于网络下载，版权不明，希望原创者看到后即时与我们联系，我们在此先表示感谢。,