机械原理-第9章机械运转及其速度波动的调节11864.pptx

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1、第9章 机械运转及其速度波动的调节(Chapter 9 Operation motion of mechanicalsystem and adjustment of speed fluctuation)油箱供油油箱供油 发动机发动机用油用油9.1 概述(Summarization)9.1.19.1.1 研究内容及目的研究内容及目的内容内容1)求解在外力作用下机械的真实运动 规律;2)机械速度的波动及其调节。目的目的 对周期性速度波动进行调节，对非周期性速度波动加以限制。9.1.29.1.2 机械运转的三个阶段机械运转的三个阶段wm平均角速度。根据机械动能方程：DW=DE11.起动阶段起动阶段式

2、中:Wd输入功；Wr输出功。起动 起动 停车 停车稳定运转 稳定运转TOwmtwDW=Wd-WrDE=E2-E1 WdWr Wd=Wr+E(E为机器内积蓄的动能。)2 2.稳定运转阶段 稳定运转阶段T一个周期的时间(也称一个运动循环)。3 3.停车阶段 停车阶段 在一个周期内，各瞬时w常数。在一个周期始末，w是相等的。起动 起动 停车 停车稳定运转 稳定运转TOwmtw在一个周期内：DE=0，DW=Wd-Wr=0Wd=WrWd=0，则 E=-Wr9.1.39.1.3 作用在机械上的力作用在机械上的力11.驱动力驱动力 是机构位置、角速度和速度等的函数。是机构位置、角速度和速度等的函数。2.阻力

3、 是机构位置、速度、时间等的函数。本章研究时认为驱动力、阻力已知。9.2.19.2.1 机械运动方程式的一般表达式机械运动方程式的一般表达式机械运动方程式的微分形式：dW=dE分析“单自由度”机械，以曲柄滑块机构为例。(Equivalent dynamical model of mechanical system)9.2 机械系统的等效动力学模型 已知JS1,JS2,m2,m3,M1(驱),F3(阻)及机构尺寸。求机构运动方程式。1234OyxM1S1S3S2F3曲柄滑块机构的运动方程式为解:dW=(M1w1-F3v3)dt=Ndt机械运动方程式一般表达式：机械运动方程式一般表达式：9.2.2

4、9.2.2 机械系统的等效动力学模型机械系统的等效动力学模型仍以曲柄滑块机构为例。1)求构件1上的运动，取j 为独立广义坐标，则上页(1)式可写成:Je等效转动惯量；Me等效力矩。转动惯量量纲(Je)力矩量纲(Me)2)求构件3上的运动，取S3为独立广义坐标，则(1)式可写成:me等效质量；Fe等效力。质量量纲(me)力的量纲(Fe)等效动力学模型等效动力学模型 对于单自由度机械系统运动的研究,可以简化为一个具有独立广义坐标的假想构件的运动来研究，这个假想构件称为等效构件，这个等效构件称为单自由度机械系统等效动力学模型。等效条件应为运动规律不变，即保持等效构件具有的动能等于原机械系统的动能；等

5、效构件具有的功率应等于所有外力具有的功率。meJeMewv Fe取转动构件为等效构件时，有取移动构件为等效构件时，有分析以上各式可知：1)Me、Fe、Je、me不是所有外力矩、力、转动 惯量、质量之和，而是机构位置的函数。3)Me与Fe，Je与me关系为4)公式中的速比可在未知真实运动规律的前提 下求出Me、Fe、Je及me。lMeFeMe=FellJemeJe=mel22)是矢量，其中;Je、me是标量。为等效驱动力(矩)为等效阻力(矩)例1:已知图示正弦机构,AB=l,构件1绕A点的转动惯量为J1，构件2、3的质量为m2、m3,阻力为F3=AvC3,A为常数。取构件1为等效构件时,求等效转

6、动惯量Je、等效力矩Me、等效驱动力矩Med、等效阻力矩Mer各为多少。解:方向:水平 AB 大小:?ABC1234F3M1w1j1(B1,B2,B3)vB=vS2=lABw1vB3=vB2+vB3B2b3b2pj1Je=J1+m2l2+m3l2sin2j1 例2:某发电机组机构位置尺寸如图所示，G2、G3、z5、z6、z7、z8、J1A、Js2、J5,、J6、J7、J8、飞轮9转动惯量J9、阻力矩M8及驱动力F3均已知。求取构件1为等效构件时，Je=?ABC123456987M8w1G3G2F3S2 vB=lABw1解:方向:水平 BC大小:?vC=vB+vCBb2S2b3pmv1.能量形式

7、方程式9.3.19.3.1 机械运动方程式的建立机械运动方程式的建立根据动能方程的微分表达式：dW=dE当等效构件为转动构件时,上式可写为：当等效构件为移动构件时，可得9.3 机械运动方程式的建立及求解(Foundation and solution of machinery kinematics equation)2.力矩形式方程式 等效构件为转动构件时,将能量形式方程式 变形为等效构件为移动构件时,可得 为简便起见,Je、Me、Fe、me的下标“e”在不致造成混乱的前提下可略去不写。9.3.29.3.2 机械运动方程式的求解机械运动方程式的求解 以等效构件转动为例,已知J0、J、Md、Mr

8、、w0、j0、j，求构件转动到j 时所对应的w。可用能量形式运动方程式：若不能用积分形式求解，则用数值解法求解。9.4 机械的速度波动及其调节(Speed fluctuation and its regulation)9.4.19.4.1 周期性速度波动及其调节周期性速度波动及其调节1.周期性速度波动的原因和调节的方法OOOMDEacad bMedMer-+DEminDEmaxwmaxwmin由图中Med、Mer曲线得 对于整个周期，即a-a区间，有 Wd=Wr，则 Wd-Wr=0，Wa=Wa等效构件的w呈周期性波动。注：一个周期始末Wd=Wr，即Med、Mer两曲线下方与坐标轴所围面积相等。

9、调节方法：加大转动构件的J,安装飞轮，使速度波动限制在允许的范围内。d 表示机械速度波动的程度，即角速度波动的绝对量wmax-wmin与平均角速度wm之比。22.平均角速度和速度不均匀系数平均角速度和速度不均匀系数(11)平均角速度平均角速度wwmm工程上用算术平均值(换算成n即为额定转速)(22)速度不均匀系数速度不均匀系数dd要求dd 根据(1)、(2)两式可得wwmwmaxwminjjTO33.飞轮设计飞轮设计(11)飞轮调速原理飞轮调速原理根据机械运动方程:DW=DE设Je为常数，在一段时间间隔内，DW一定,则速度波动用飞轮调速就是加大构件的转动惯量用飞轮调速就是加大构件的转动惯量 飞

10、轮相当于能量储存器。飞轮相当于能量储存器。OOOMDEacad bMedMer-+DEminDEmaxwmaxwmin(22)飞轮转动惯量的具体计算飞轮转动惯量的具体计算Wy称为最大盈亏功。OOOMDEacad bMedMer-+DEminDEmaxwmaxwmin分析上式可知：1)当Wy与wm一定时，在满足dd 的情况下，d 尽量取大值，d，JF;2)当Wy 与d 一定时，wm，JF，所以飞轮尽 量装在高速轴上;3)Wy 永远为正值；4)上式算出的飞轮转动惯量，对应飞轮是装在 等效构件上的。注：公式 中，wm、d 均可查表，可取d=d，关键是Wy的具体计算。OOOMDEacad bMedMe

11、r-+DEminDEmaxwmaxwminWy=DEmax-DEmin，DEmax对应wmax，DEmin对应wmin(33)WWyy的具体计算的具体计算 计算Wy时，DE-j 曲线总可求出，关键在其最高点与最低点，与中间过程无关，故曲线可用折线代替，如左图所示。此时，Wy即等于折线中最高点与最低点的差值。若进一步简化，可不画DE-j 曲线,而直接用能量指示图法求解Wy。首先作一条条基准线基准线，从该线出发，按一定比例用垂直于该基准线的矢量依次表示Med与Mer之间所包围的各部分面积的大小，盈功矢量盈功矢量箭头向上箭头向上，亏功矢量箭头向下，各矢量依次首尾相接，一个周期以后箭头指回基准线，如左

12、下图所示。该图上最高点与最低点分别代表wmax与wmin出现的位置。则Wy等于M-j 曲线中对应最高、最低点之间所围几部分面积代数和的绝对值。例1:如图所示为一个周期内Med、Mer的变化曲线，各面积所表示的盈亏功如下,求最大盈亏功Wy。解：作能量指示图图中e点最高、b点最低，M-j 图中e、d间包围的面积为A2、A3、A4。-50 550-100 125-500 25-50A1功(J)A7A6A5A4A3A2面积A1A2A3A4A5A6MA7MerMedjOabdc efga 例2:电动机驱动的剪床中Mer的变化规律如图所示，Med为常量，nm=1500r/min,d要求不超过0.05。求此

13、时需加的飞轮转动惯量JF，并求wmax、wmin出现的位置。201600解：在一个周期内217.5Wed=Wer201600217.5+-面积ab面积bc面积ca 例3:有一对齿轮传动，驱动力矩Med1为常数，从动轮上阻力矩Mer2变化规律如图所示，齿轮1、2的转动惯量分别为J1、J2,且i12=3，齿轮1的转速为n1。试求当给定不均匀系数d时，装在齿轮1轴上的JF1。解：取构件1为等效构件在一个周期内，Wed=Wer谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH