機械工程綜合(4)

1、上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第四章第四章 機械運轉(zhuǎn)及速度波動的調(diào)節(jié)機械運轉(zhuǎn)及速度波動的調(diào)節(jié)主要內(nèi)容主要內(nèi)容機械系統(tǒng)等效力學(xué)模型機械系統(tǒng)等效力學(xué)模型機械的真實運動機械的真實運動機械速度波動的調(diào)節(jié)機械速度波動的調(diào)節(jié)基本要求基本要求了解機械運轉(zhuǎn)的三個階段了解機械運轉(zhuǎn)的三個階段掌握等效轉(zhuǎn)動慣量、等效質(zhì)量、等效力的概念和計算方法掌握等效轉(zhuǎn)動慣量、等效質(zhì)量、等效力的概念和計算方法機械運動方程及其求解機械運動方程及其求解重點內(nèi)容重點內(nèi)容等效轉(zhuǎn)動慣量、等效質(zhì)量、等效力的計算方法等效轉(zhuǎn)動慣量、等效質(zhì)量、等效力的計算方法力是機構(gòu)位置函數(shù)時飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算力是機構(gòu)位置函數(shù)時飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算難點內(nèi)容難點內(nèi)容四個

2、等效概念的建立四個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返回第一頁返回目錄下一頁第一節(jié)第一節(jié) 機械運轉(zhuǎn)過程分析機械運轉(zhuǎn)過程分析一、機械運轉(zhuǎn)的三個時期BCACtw w1. 機械運轉(zhuǎn)的三個時期A起動B穩(wěn)定運轉(zhuǎn)C停車2. 機械系統(tǒng)動能方程式n0i2s0si2s0i2sisin0i2sii0frd)Jvm(21)Jvm(21EEWWWWww上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第一節(jié)第一節(jié) 機械運轉(zhuǎn)過程分析機械運轉(zhuǎn)過程分析 二、機械運轉(zhuǎn)過程的功能分析BCACtw w1. 起動時期2. 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時期0WWWW0Efrd03. 停車時期0EEWWWW0frd0frdEWW0E0W上一頁返

3、回第一頁返回目錄下一頁第一節(jié)第一節(jié) 機械運轉(zhuǎn)過程分析機械運轉(zhuǎn)過程分析 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上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第二節(jié)第二節(jié) 機械系統(tǒng)等效力學(xué)模型機械系統(tǒng)等效力學(xué)模型一、等效質(zhì)量及等效轉(zhuǎn)動慣量一、等效質(zhì)量及等效轉(zhuǎn)動慣量1 . 等效構(gòu)件41Aw1MJ4321BCAw1M1F33CF3mV3等效構(gòu)件2 .等效質(zhì)量及等效轉(zhuǎn)動慣量2n0in0i2sisi2sii2J21J21vm21mv21wwn0in0i2sii2ii)v(J)vv(mmwn0in0i2sisi2sii)(

4、J)v(mJwww等效質(zhì)量等效轉(zhuǎn)動慣量上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第二節(jié)第二節(jié) 機械系統(tǒng)等效力學(xué)模型機械系統(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上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第二節(jié)第二節(jié) 機械系統(tǒng)等效力學(xué)模型機械系統(tǒng)等效力學(xué)模型三、機械系統(tǒng)等效力學(xué)模型1 . 能量形式的運動方程式wd)(M)J(21d2微分形式ww00d)(MJ21)J(21202積分形式2 . 力矩形式的運動方程式)(Md)dJ(2d

5、d)J(2www上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機械的真實運動在已知力作用下機械的真實運動一、等效構(gòu)件的角速度當(dāng)?shù)刃?gòu)件由0時，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：上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機械的真實運動在已知力作用下機械的真實運動三、機械運動時間由w00d)(1dttt若t0=0則：dtdww0d)(1tt0w0d)(1t上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機械的真實運動在已知力作用下機械的真實運動

6、例1：4321BC(s3)Aw1M1s2s1F3已知曲柄滑塊機構(gòu)，給定：曲柄已知曲柄滑塊機構(gòu)，給定：曲柄1和連桿和連桿2的長度的長度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)動慣量，質(zhì)心軸轉(zhuǎn)動慣量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針方向轉(zhuǎn)動，滑塊曲柄以等角速度順時針方向轉(zhuǎn)動，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)動慣量和等效力矩。效構(gòu)件，求等效轉(zhuǎn)動慣量和等效力矩。上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機械的真實運動在已知力作用下機械的真實運動解：4321BC(s3)A

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

8、曲柄AB繞繞A軸的轉(zhuǎn)動慣量軸的轉(zhuǎn)動慣量JA1 ，不計構(gòu)件各處的摩擦，設(shè)在，不計構(gòu)件各處的摩擦，設(shè)在 =0時，時，w w1= w w0 ，求，求（1）曲柄為等效構(gòu)件時的等效力矩和等效阻力矩；）曲柄為等效構(gòu)件時的等效力矩和等效阻力矩；（2）等效轉(zhuǎn)動慣量。）等效轉(zhuǎn)動慣量。（3）在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，曲柄上的驅(qū)動力矩；）在穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，曲柄上的驅(qū)動力矩；（4）寫出機構(gòu)的運動方程式）寫出機構(gòu)的運動方程式上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機械的真實運動在已知力作用下機械的真實運動解：MMd20020rd)(J21)( J21d)MM(ww（1）驅(qū)動力）驅(qū)動力M作用在等效構(gòu)件上，其他構(gòu)件無驅(qū)動

9、力矩，故：作用在等效構(gòu)件上，其他構(gòu)件無驅(qū)動力矩，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)動慣量：）等效轉(zhuǎn)動慣量：223A1sinrmJJ（3）穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段：）穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段：2rF2MrrFM （4）機構(gòu)運動方程式：）機構(gòu)運動方程式：41Cw1MJ上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機械的真實運動在已知力作用下機械的真實運動例3：已知輪系如圖。傳動主軸已知輪系如圖。傳動主軸O1，在，在O2軸上安裝軸上安裝制動器制動器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實現(xiàn)剎車，求加于軸上的制實現(xiàn)剎車，求加于軸上的制動力矩動力矩M2。212334D1D2o1o2o343B上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第三節(jié)第三節(jié) 在已知力作用下機械的真實運動在已知力作用下機械的真實運動解：（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)動慣量）求等效構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動慣量).(089. 12243324

11、2323222112244223322211mkgzzzzJzzJJDDJJJJJJwwwwww（3）求制動力矩）求制動力矩sradta/18.26236.5202wsradaJMr/51.28)18.26(089. 1上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第四節(jié)第四節(jié) 機械速度波動的調(diào)節(jié)機械速度波動的調(diào)節(jié)一、非周期性的速度波動一、非周期性的速度波動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，噴油泵每一個循環(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的惡果1高速時飛車每循環(huán)供油量增加，充氣系數(shù)下降，冒黑煙飛車。2低速時熄火每循環(huán)

12、供油量減少，充氣系數(shù)上升，油少氣多“游車”熄火。MdMMrMrMrwSMdMMrw理想的機械特性理想的機械特性實際的機械特性實際的機械特性上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第四節(jié)第四節(jié) 機械速度波動的調(diào)節(jié)機械速度波動的調(diào)節(jié)一、非周期性的速度波動一、非周期性的速度波動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速過高時，調(diào)速器加速回轉(zhuǎn)，兩重球系統(tǒng)轉(zhuǎn)速過高時，調(diào)速器加速回轉(zhuǎn)，兩重球K張開帶動滑塊張開帶動滑塊M上上升，通過連桿機械關(guān)小節(jié)流閥升，通過連桿機械關(guān)小節(jié)流閥6，使進入原動機的工作介質(zhì)減少，使進入原動機的工作介質(zhì)減少而降速。轉(zhuǎn)速過低則工作過程反之。調(diào)速器而降速。轉(zhuǎn)速過低則工作過程反之。調(diào)速器反饋機構(gòu)。反饋機構(gòu)。 調(diào)速器工作原理調(diào)速器工

13、作原理上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第四節(jié)第四節(jié) 機械速度波動的調(diào)節(jié)機械速度波動的調(diào)節(jié)（2）不均勻系數(shù)：）不均勻系數(shù)：W2mwFJ二、周期性的速度波動二、周期性的速度波動（1）機械中飛輪的動能：）機械中飛輪的動能：)(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上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第四節(jié)第四節(jié) 機械速度波動的調(diào)節(jié)機械速度波動的調(diào)節(jié)已知某機械一個穩(wěn)定運轉(zhuǎn)循環(huán)內(nèi)的等效阻力矩已知某機械一個穩(wěn)定運轉(zhuǎn)循環(huán)內(nèi)的等效阻力矩Mr，等效驅(qū)動力矩，等效驅(qū)動力矩

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)動力矩）等效驅(qū)動力矩Md的大?。坏拇笮?；（2）運轉(zhuǎn)的速度不均勻系數(shù)；）運轉(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)，并不計其余的轉(zhuǎn)動慣量時，應(yīng)裝在等效構(gòu)件上的飛輪的轉(zhuǎn)范圍內(nèi)，并不計其余的轉(zhuǎn)動慣量時，應(yīng)裝在等效構(gòu)件上的飛輪的轉(zhuǎn)動慣量動慣量JF。M1000100/42MrM1000100/42Mr212.5Md解題要點：解題要點：（1）根據(jù)一個周期中等效驅(qū)動力矩和阻力矩的功相等來求等效驅(qū)動力矩）根據(jù)一個周期中等效

15、驅(qū)動力矩和阻力矩的功相等來求等效驅(qū)動力矩例例4上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第四節(jié)第四節(jié) 機械速度波動的調(diào)節(jié)機械速度波動的調(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)動慣量出最大盈虧功后，既可求出飛輪轉(zhuǎn)動慣量：JW5 .61847)1005 .212(max222mmax.3427. 019005. 0618.5WmkgJFw上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第四節(jié)第四節(jié) 機械速度波動的調(diào)節(jié)機械速

16、度波動的調(diào)節(jié) 例5如圖所示的沖床機構(gòu)，沖頭如圖所示的沖床機構(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)動慣量分別是，兩齒輪的轉(zhuǎn)動慣量分別是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)不超過的速度不均勻系數(shù)不超過0.01。問應(yīng)在齒輪問應(yīng)在齒輪1軸上安裝轉(zhuǎn)動慣量為多

17、大的軸上安裝轉(zhuǎn)動慣量為多大的飛輪（說明：不計各運動副中的摩擦及構(gòu)飛輪（說明：不計各運動副中的摩擦及構(gòu)件的慣性力，計算滑快件的慣性力，計算滑快4的速度近似取為的速度近似取為其位于行程中點時的速度，驅(qū)動力矩其位于行程中點時的速度，驅(qū)動力矩Md為為常數(shù)）常數(shù)） 。AMPrBCDPrsHH/22501000b上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第四節(jié)第四節(jié) 機械速度波動的調(diào)節(jié)機械速度波動的調(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由題中說明知：由題中說明知：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上一頁返回第一頁返回目錄下一頁第四節(jié) 機械速度波動的調(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線相交與線相交與a,b4. 求等效轉(zhuǎn)動慣量求等效轉(zhuǎn)動慣量J222max.65625. 001. 0100625.65mkgWJmw5. 求飛輪的轉(zhuǎn)動慣量求飛輪的轉(zhuǎn)動慣量JF22121.63625. 001. 001. 065625. 02mkgzz