機(jī)械工程綜合(4)

1、上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第四章第四章 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)主要內(nèi)容主要內(nèi)容機(jī)械系統(tǒng)等效力學(xué)模型機(jī)械系統(tǒng)等效力學(xué)模型機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)基本要求基本要求了解機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段了解機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段掌握等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、等效質(zhì)量、等效力的概念和計(jì)算方法掌握等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、等效質(zhì)量、等效力的概念和計(jì)算方法機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程及其求解機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程及其求解重點(diǎn)內(nèi)容重點(diǎn)內(nèi)容等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、等效質(zhì)量、等效力的計(jì)算方法等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、等效質(zhì)量、等效力的計(jì)算方法力是機(jī)構(gòu)位置函數(shù)時(shí)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算力是機(jī)構(gòu)位置函數(shù)時(shí)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算難點(diǎn)內(nèi)容難點(diǎn)內(nèi)容四個(gè)

2、等效概念的建立四個(gè)等效概念的建立最大盈虧功的概念及求解最大盈虧功的概念及求解上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程分析機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程分析一、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)時(shí)期BCACtw w1. 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)時(shí)期A起動(dòng)B穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)C停車(chē)2. 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)能方程式n0i2s0si2s0i2sisin0i2sii0frd)Jvm(21)Jvm(21EEWWWWww上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程分析機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程分析 二、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的功能分析BCACtw w1. 起動(dòng)時(shí)期2. 穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)期0WWWW0Efrd03. 停車(chē)時(shí)期0EEWWWW0frd0frdEWW0E0W上一頁(yè)返

3、回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第一節(jié)第一節(jié) 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程分析機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程分析 三、速度不均勻系數(shù)BCACtw w1. 速度不均勻系數(shù)2. 平均角速度mminmaxwww2minmaxmwwwwww2m222minmax上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)等效力學(xué)模型機(jī)械系統(tǒng)等效力學(xué)模型一、等效質(zhì)量及等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一、等效質(zhì)量及等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1 . 等效構(gòu)件41Aw1MJ4321BCAw1M1F33CF3mV3等效構(gòu)件2 .等效質(zhì)量及等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2n0in0i2sisi2sii2J21J21vm21mv21wwn0in0i2sii2ii)v(J)vv(mmwn0in0i2sisi2sii)(

4、J)v(mJwww等效質(zhì)量等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)等效力學(xué)模型機(jī)械系統(tǒng)等效力學(xué)模型二、等效力及等效力矩41Aw1MJ3CF3mV3等效力wwMMcosvFFvn0in0isiiiiin0in0isisiisii)v(Mcos)vv(FFw等效力矩n0in0iisiiii)(Mcos)v(FMwww上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 機(jī)械系統(tǒng)等效力學(xué)模型機(jī)械系統(tǒng)等效力學(xué)模型三、機(jī)械系統(tǒng)等效力學(xué)模型1 . 能量形式的運(yùn)動(dòng)方程式wd)(M)J(21d2微分形式ww00d)(MJ21)J(21202積分形式2 . 力矩形式的運(yùn)動(dòng)方程式)(Md)dJ(2d

5、d)J(2www上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)一、等效構(gòu)件的角速度當(dāng)?shù)刃?gòu)件由0時(shí)，盈虧功0d)(MWwwwwdddtddddtd二、等效構(gòu)件的角加速度則等效構(gòu)件角速度)( J2W)J(J20ww)( J2Ww若0=0， w0=0 則：上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)三、機(jī)械運(yùn)動(dòng)時(shí)間由w00d)(1dttt若t0=0則：dtdww0d)(1tt0w0d)(1t上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)

6、例1：4321BC(s3)Aw1M1s2s1F3已知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，給定：曲柄已知曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，給定：曲柄1和連桿和連桿2的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度l l1、l l2，質(zhì)量，質(zhì)量m1、m2 ，質(zhì)心，質(zhì)心s1、s2 ，質(zhì)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，質(zhì)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js1、Js2 ，滑塊質(zhì)量，滑塊質(zhì)量m3，質(zhì)心，質(zhì)心s3，曲柄以等角速度順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，滑塊曲柄以等角速度順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，滑塊3工作阻力工作阻力F3 ，設(shè)構(gòu)件，設(shè)構(gòu)件1為等為等效構(gòu)件，求等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效力矩。效構(gòu)件，求等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和等效力矩。上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)解：4321BC(s3)A

7、w1M1s2s1pcbs1s2F3（2）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（1）速度分析）速度分析（3）等效力矩）等效力矩S122S2232221JJvmvmvmJ12S3S2S1ww1S33dvFMMw41Aw1MJ上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng) 例2：321BAw14已知圖示機(jī)構(gòu)，滑塊質(zhì)量已知圖示機(jī)構(gòu)，滑塊質(zhì)量m3，曲柄，曲柄AB長(zhǎng)長(zhǎng)r，V3=w w1rsin ，w w1為曲柄角速為曲柄角速度，當(dāng)度，當(dāng) =0180時(shí)，阻力時(shí)，阻力F為常數(shù)；當(dāng)為常數(shù)；當(dāng) =180360時(shí)，阻力時(shí)，阻力F=0；驅(qū)動(dòng)力；驅(qū)動(dòng)力矩為常數(shù)，曲柄矩為常數(shù)，

8、曲柄AB繞繞A軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JA1 ，不計(jì)構(gòu)件各處的摩擦，設(shè)在，不計(jì)構(gòu)件各處的摩擦，設(shè)在 =0時(shí)，時(shí)，w w1= w w0 ，求，求（1）曲柄為等效構(gòu)件時(shí)的等效力矩和等效阻力矩；）曲柄為等效構(gòu)件時(shí)的等效力矩和等效阻力矩；（2）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（3）在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄上的驅(qū)動(dòng)力矩；）在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，曲柄上的驅(qū)動(dòng)力矩；（4）寫(xiě)出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程式）寫(xiě)出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程式上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)解：MMd20020rd)(J21)( J21d)MM(ww（1）驅(qū)動(dòng)力）驅(qū)動(dòng)力M作用在等效構(gòu)件上，其他構(gòu)件無(wú)驅(qū)動(dòng)

9、力矩，故：作用在等效構(gòu)件上，其他構(gòu)件無(wú)驅(qū)動(dòng)力矩，故：阻力阻力F的等效力矩的等效力矩)1800(sinrFFvMoo13rw)360180(0Moor（2）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：223A1sinrmJJ（3）穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段：）穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段：2rF2MrrFM （4）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程式：）機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程式：41Cw1MJ上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)例3：已知輪系如圖。傳動(dòng)主軸已知輪系如圖。傳動(dòng)主軸O1，在，在O2軸上安裝軸上安裝制動(dòng)器制動(dòng)器B，n1 =100rpm, D1 =100mm, D2 =200mm, z2 =25,

10、z3 =50, z3 =25, z4 =50, J1 =0.12, J2 =0.5, J3 =0.36, J4 =0.3, 要求切斷要求切斷電源電源2秒鐘利用秒鐘利用B實(shí)現(xiàn)剎車(chē)，求加于軸上的制實(shí)現(xiàn)剎車(chē)，求加于軸上的制動(dòng)力矩動(dòng)力矩M2。212334D1D2o1o2o343B上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)在已知力作用下機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)解：（1）選軸）選軸2為等效構(gòu)件，其角速度為等效構(gòu)件，其角速度212334D1D2o1o2o343BsradDDn/36.52302112w（2）求等效構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）求等效構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量).(089. 12243324

11、2323222112244223322211mkgzzzzJzzJJDDJJJJJJwwwwww（3）求制動(dòng)力矩）求制動(dòng)力矩sradta/18.26236.5202wsradaJMr/51.28)18.26(089. 1上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)一、非周期性的速度波動(dòng)一、非周期性的速度波動(dòng)柱塞式噴油泵的速度特性柱塞式噴油泵的速度特性供油拉桿位置不變時(shí)，噴油泵每一個(gè)循環(huán)供油量隨轉(zhuǎn)速變化的規(guī)律。柱塞泵的供油特性每一循環(huán)的供油量是隨轉(zhuǎn)速的升高而增加。噴油泵速度特性帶來(lái)的惡果1高速時(shí)飛車(chē)每循環(huán)供油量增加，充氣系數(shù)下降，冒黑煙飛車(chē)。2低速時(shí)熄火每循環(huán)

12、供油量減少，充氣系數(shù)上升，油少氣多“游車(chē)”熄火。MdMMrMrMrwSMdMMrw理想的機(jī)械特性理想的機(jī)械特性實(shí)際的機(jī)械特性實(shí)際的機(jī)械特性上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)一、非周期性的速度波動(dòng)一、非周期性的速度波動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，調(diào)速器加速回轉(zhuǎn)，兩重球系統(tǒng)轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，調(diào)速器加速回轉(zhuǎn)，兩重球K張開(kāi)帶動(dòng)滑塊張開(kāi)帶動(dòng)滑塊M上上升，通過(guò)連桿機(jī)械關(guān)小節(jié)流閥升，通過(guò)連桿機(jī)械關(guān)小節(jié)流閥6，使進(jìn)入原動(dòng)機(jī)的工作介質(zhì)減少，使進(jìn)入原動(dòng)機(jī)的工作介質(zhì)減少而降速。轉(zhuǎn)速過(guò)低則工作過(guò)程反之。調(diào)速器而降速。轉(zhuǎn)速過(guò)低則工作過(guò)程反之。調(diào)速器反饋機(jī)構(gòu)。反饋機(jī)構(gòu)。 調(diào)速器工作原理調(diào)速器工

13、作原理上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)（2）不均勻系數(shù)：）不均勻系數(shù)：W2mwFJ二、周期性的速度波動(dòng)二、周期性的速度波動(dòng)（1）機(jī)械中飛輪的動(dòng)能：）機(jī)械中飛輪的動(dòng)能：)(J212min2maxF0wwEEW2m22m900WWnJFw三、飛輪的確定三、飛輪的確定4DD22221FFmJ42DmJFFmF近似集中在近似集中在D上上最大盈虧功最大盈虧功wmaxW上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)已知某機(jī)械一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)內(nèi)的等效阻力矩已知某機(jī)械一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)內(nèi)的等效阻力矩Mr，等效驅(qū)動(dòng)力矩，等效驅(qū)動(dòng)力矩

14、Md是常數(shù)，等效構(gòu)件的是常數(shù)，等效構(gòu)件的最大最小角速度分別是最大最小角速度分別是w wmax=200rad/s，w wmin=180rad/s，試求：，試求：（1）等效驅(qū)動(dòng)力矩）等效驅(qū)動(dòng)力矩Md的大?。坏拇笮。唬?）運(yùn)轉(zhuǎn)的速度不均勻系數(shù)；）運(yùn)轉(zhuǎn)的速度不均勻系數(shù)；（3）當(dāng)要求）當(dāng)要求 在在0.05范圍內(nèi)，并不計(jì)其余的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，應(yīng)裝在等效構(gòu)件上的飛輪的轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，并不計(jì)其余的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，應(yīng)裝在等效構(gòu)件上的飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量動(dòng)慣量JF。M1000100/42MrM1000100/42Mr212.5Md解題要點(diǎn)：解題要點(diǎn)：（1）根據(jù)一個(gè)周期中等效驅(qū)動(dòng)力矩和阻力矩的功相等來(lái)求等效驅(qū)動(dòng)力矩）根據(jù)一個(gè)周期中等效

15、驅(qū)動(dòng)力矩和阻力矩的功相等來(lái)求等效驅(qū)動(dòng)力矩例例4上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)srad /190)180200(2121minmaxmwwwmN 5 .212471004100021Md（2）求）求 ：得：得：20r20ddMdM105. 0190180200mminmaxwww（3）求）求出最大盈虧功后，既可求出飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量出最大盈虧功后，既可求出飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：JW5 .61847)1005 .212(max222mmax.3427. 019005. 0618.5WmkgJFw上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)械速

16、度波動(dòng)的調(diào)節(jié) 例5如圖所示的沖床機(jī)構(gòu)，沖頭如圖所示的沖床機(jī)構(gòu)，沖頭4在工作行程在工作行程（下移）中所產(chǎn)生的生產(chǎn)阻力（下移）中所產(chǎn)生的生產(chǎn)阻力Pr與其位移與其位移S的關(guān)系如圖所示（圖中的關(guān)系如圖所示（圖中H為行程），而空為行程），而空程程Pr=0。已知齒輪。已知齒輪1的平均角速度的平均角速度w w1=100rad/s，兩齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別是，兩齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別是J1=0.01kgm2， J2=0.04kgm2。齒數(shù)。齒數(shù)z1=21，z2=42，齒輪，齒輪2半徑為半徑為0.01m。希。希望齒輪望齒輪1的速度不均勻系數(shù)不超過(guò)的速度不均勻系數(shù)不超過(guò)0.01。問(wèn)應(yīng)在齒輪問(wèn)應(yīng)在齒輪1軸上安裝轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為多

17、大的軸上安裝轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為多大的飛輪（說(shuō)明：不計(jì)各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦及構(gòu)飛輪（說(shuō)明：不計(jì)各運(yùn)動(dòng)副中的摩擦及構(gòu)件的慣性力，計(jì)算滑快件的慣性力，計(jì)算滑快4的速度近似取為的速度近似取為其位于行程中點(diǎn)時(shí)的速度，驅(qū)動(dòng)力矩其位于行程中點(diǎn)時(shí)的速度，驅(qū)動(dòng)力矩Md為為常數(shù)）常數(shù)） 。AMPrBCDPrsHH/22501000b上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第四節(jié)第四節(jié) 機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)解：解：1. 如圖所示，設(shè)如圖所示，設(shè)Md等效到構(gòu)件等效到構(gòu)件4上的上的等效力等效力Pd，則：，則：AMPrBCDPrsHH/22501000b41vMPddw由題中說(shuō)明知：由題中說(shuō)明知：2114zzvwddddMMr

18、zzMP201 . 021422422. 求求Pd，一周期內(nèi)輸入功與輸出功相等：，一周期內(nèi)輸入功與輸出功相等：HHHHPd5004100042100022NHHPd2502500a上一頁(yè)返回第一頁(yè)返回目錄下一頁(yè)第四節(jié) 機(jī)械速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)3. 求最大盈虧功求最大盈虧功625.65162 . 075071675071637504750maxHHHW作作Pd與與Pr線(xiàn)相交與線(xiàn)相交與a,b4. 求等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量求等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J222max.65625. 001. 0100625.65mkgWJmw5. 求飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量求飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF22121.63625. 001. 001. 065625. 02mkgzz