第七章 機(jī)械系統(tǒng)的動力學(xué)分析

1、作用在機(jī)械上的力作用在機(jī)械上的力工作阻力工作阻力驅(qū)動力驅(qū)動力第七章第七章 機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)分析機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)分析一、作用在機(jī)械上的力一、作用在機(jī)械上的力（1）驅(qū)動力。）驅(qū)動力。特征特征：該力與其作用點(diǎn)速度的方向相同或成：該力與其作用點(diǎn)速度的方向相同或成 銳角。銳角。驅(qū)使機(jī)械產(chǎn)生運(yùn)動的力驅(qū)使機(jī)械產(chǎn)生運(yùn)動的力 驅(qū)動力。驅(qū)動力。所作的功為所作的功為正功正功 驅(qū)動功驅(qū)動功， 或輸入功?；蜉斎牍?。（2）阻抗力阻抗力阻止機(jī)械產(chǎn)生運(yùn)動的力阻止機(jī)械產(chǎn)生運(yùn)動的力 阻抗力阻抗力。特征特征：該力與其作用點(diǎn)速度的方向相反或成：該力與其作用點(diǎn)速度的方向相反或成 鈍角。鈍角。有效阻力有效阻力有害阻力有害阻力所作的功為所作的

2、功為負(fù)功負(fù)功，稱為，稱為阻抗功。阻抗功。一、作用在機(jī)械上的力一、作用在機(jī)械上的力有效阻力，即工作阻力有效阻力，即工作阻力阻抗力阻抗力為改變工作物的外形、位為改變工作物的外形、位置或狀態(tài)等所受到的阻力。置或狀態(tài)等所受到的阻力。克服有效阻力所完成的功克服有效阻力所完成的功稱為有效功或輸出功。稱為有效功或輸出功。機(jī)械為了克服這類阻力機(jī)械為了克服這類阻力做的功是一種純粹的浪做的功是一種純粹的浪費(fèi)?？朔泻ψ枇λ髻M(fèi)?？朔泻ψ枇λ鞯墓ΨQ為損失功。的功稱為損失功。有害阻力，即非生產(chǎn)阻力有害阻力，即非生產(chǎn)阻力3）求機(jī)構(gòu)運(yùn)動副中的反力。該力大小和性質(zhì)是零件設(shè)）求機(jī)構(gòu)運(yùn)動副中的反力。該力大小和性質(zhì)是零件設(shè)

3、計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算的重要依據(jù)。計(jì)計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算的重要依據(jù)。機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法機(jī)構(gòu)力分析的目的和方法目的：目的：1）求驅(qū)動力。用以確定所需功率，選擇合適的電動機(jī)。）求驅(qū)動力。用以確定所需功率，選擇合適的電動機(jī)。2）求生產(chǎn)阻力。根據(jù)原動件上驅(qū)動力的大小，確定機(jī)）求生產(chǎn)阻力。根據(jù)原動件上驅(qū)動力的大小，確定機(jī) 械所能克服的生產(chǎn)阻力。械所能克服的生產(chǎn)阻力。方法：方法：圖解法和解析法圖解法和解析法二、機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過程二、機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過程 ABTmo起動穩(wěn)定運(yùn)動停車T1 1、 起動階段：起動階段：機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中的功能關(guān)系機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中的功能關(guān)系Wd - Wc = E2 E1其中：其中：Wc = Wr+ Wf=0， m

4、 ，則：則：E1 =0， E，故：故：Wd Wc = Wr +Wf某一機(jī)械系統(tǒng)原動件某一機(jī)械系統(tǒng)原動件-t-t的變化曲線的變化曲線 W= E=E2-E1 0主動件作加速運(yùn)動。主動件作加速運(yùn)動。2 2、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段 ABTmo起動穩(wěn)定運(yùn)動停車TWd = Wc 2）周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)）周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn) 圍繞平均速度作周期性波動圍繞平均速度作周期性波動一個(gè)周期的時(shí)間間隔，一個(gè)周期的時(shí)間間隔，Wd=Wr，E2=E1;不滿一個(gè)周期的時(shí)間間隔不滿一個(gè)周期的時(shí)間間隔,WdWr，E2 E1。1）等速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)）等速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn) （勻（勻速運(yùn)轉(zhuǎn)）速運(yùn)轉(zhuǎn)） 即即常數(shù)。常數(shù)。在任何時(shí)間間隔都有：在任何時(shí)間間隔

5、都有：3 3、停車階段、停車階段 ABTmo起動穩(wěn)定運(yùn)動停車TWd = 0-Wc = E 當(dāng)阻抗功逐漸將機(jī)械當(dāng)阻抗功逐漸將機(jī)械具有的動能消耗完了時(shí)，具有的動能消耗完了時(shí)，機(jī)械便停止運(yùn)轉(zhuǎn)。其功能機(jī)械便停止運(yùn)轉(zhuǎn)。其功能關(guān)系可用下式表示：關(guān)系可用下式表示： 為了縮短停車所需的時(shí)間為了縮短停車所需的時(shí)間以加速停車，在某些機(jī)械上可以加速停車，在某些機(jī)械上可以安裝制動裝置。以安裝制動裝置。階段階段速度特征速度特征能量特征能量特征啟啟 動動原動件的速度從零逐漸上原動件的速度從零逐漸上升到開始穩(wěn)定的過程升到開始穩(wěn)定的過程 W Wd d- -W Wc c= =E E2 2- -E E1 10 0 穩(wěn)定運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)

6、行原動件速度保持常數(shù)或在原動件速度保持常數(shù)或在正常工作速度的平均值上正常工作速度的平均值上下作周期性的速度波動下作周期性的速度波動 W Wd d- -W Wc c= =E E2 2- -E E1 1=0=0停停 車車原動件速度從正常工作速原動件速度從正常工作速度值下降到零度值下降到零 W Wd d- -W Wc c= =E E2 2- -E E1 100三個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)階段的特征：三個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)階段的特征： 為了便于討論機(jī)械系統(tǒng)在外力作用下作為了便于討論機(jī)械系統(tǒng)在外力作用下作功和動能變化，將整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)多個(gè)構(gòu)件運(yùn)功和動能變化，將整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)多個(gè)構(gòu)件運(yùn)動問題根據(jù)能量守恒原理轉(zhuǎn)化成對某個(gè)構(gòu)件動問題根據(jù)能量守恒原

7、理轉(zhuǎn)化成對某個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動問題進(jìn)行研究。為此引入等效轉(zhuǎn)動慣的運(yùn)動問題進(jìn)行研究。為此引入等效轉(zhuǎn)動慣量（質(zhì)量）、等效力（力矩）、等效構(gòu)件的量（質(zhì)量）、等效力（力矩）、等效構(gòu)件的概念，建立系統(tǒng)的單自由度等效動力學(xué)模型。概念，建立系統(tǒng)的單自由度等效動力學(xué)模型。目的：通過建立外力與運(yùn)動參數(shù)間的函數(shù)表達(dá)式，研究機(jī)目的：通過建立外力與運(yùn)動參數(shù)間的函數(shù)表達(dá)式，研究機(jī) 械系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動械系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動原則：使系統(tǒng)轉(zhuǎn)化前后的動力學(xué)效果保持不變原則：使系統(tǒng)轉(zhuǎn)化前后的動力學(xué)效果保持不變等效構(gòu)件的動能，應(yīng)等于整個(gè)系統(tǒng)的總動能等效構(gòu)件的動能，應(yīng)等于整個(gè)系統(tǒng)的總動能等效構(gòu)件上所做的功，應(yīng)等于整個(gè)系統(tǒng)所做功之和。等效構(gòu)件上所做

8、的功，應(yīng)等于整個(gè)系統(tǒng)所做功之和。 設(shè)某機(jī)械系統(tǒng)在某一瞬間總動能的增量為設(shè)某機(jī)械系統(tǒng)在某一瞬間總動能的增量為dEdE，則根，則根據(jù)動能定理，此動能增量應(yīng)等于在該瞬間內(nèi)作用于該機(jī)據(jù)動能定理，此動能增量應(yīng)等于在該瞬間內(nèi)作用于該機(jī)械系統(tǒng)的各外力所作的元功之和械系統(tǒng)的各外力所作的元功之和dWdW，即：，即：dE=dW一、等效轉(zhuǎn)動慣量（質(zhì)量）、等效力矩（力）一、等效轉(zhuǎn)動慣量（質(zhì)量）、等效力矩（力）例：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，例：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，設(shè)已知：設(shè)已知： 曲柄曲柄1：M1，1，質(zhì)心，質(zhì)心O點(diǎn)，點(diǎn)，J1；連桿連桿2：m2，2，質(zhì)心，質(zhì)心S2，J2，V2；滑塊滑塊3：m3， V3，質(zhì)心，質(zhì)心B點(diǎn)，點(diǎn)，F(xiàn)3，。，。則

9、該機(jī)構(gòu)在則該機(jī)構(gòu)在dt瞬間的動能增量和功的增量分別為瞬間的動能增量和功的增量分別為 ：)21212121(233222222211vmvmJJddEdtvFMdtvFMdW)()180cos(331103311Ndt瞬時(shí)功率瞬時(shí)功率瞬時(shí)功率瞬時(shí)功率曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方程式為：運(yùn)動方程式為：若機(jī)構(gòu)由若機(jī)構(gòu)由n個(gè)活動構(gòu)件組成，則個(gè)活動構(gòu)件組成，則動能的一般表達(dá)式為動能的一般表達(dá)式為 ：瞬時(shí)功率的一般表達(dá)式為瞬時(shí)功率的一般表達(dá)式為 ：)21212121(233222222211vmvmJJddtvFM)(3311)2121(2211iiiiniinivmJEE)cos(11iiiiin

10、iiniMvFNN則機(jī)械運(yùn)動方程式的一般表達(dá)式為：則機(jī)械運(yùn)動方程式的一般表達(dá)式為：)2121(221iiiinivmJddtMvFiiiiini)cos(1Mi與與i同向，同向，“+”；反之取反之取“”號號。 以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例。取曲柄以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例。取曲柄1為等效構(gòu)件。為等效構(gòu)件。 dtvFMvmvmJJd)()()()(213311213321222122121則則dtMJdee121)21(故其運(yùn)動方程式為：故其運(yùn)動方程式為：令令2133212221221)()()(vmvmJJJe等效轉(zhuǎn)等效轉(zhuǎn) 動慣量動慣量)21212121(233222222211vmvmJJddtvFM)(33

11、11等效力矩等效力矩)(1331vFMMe2133212221221)()()(vmvmJJJe等效轉(zhuǎn)等效轉(zhuǎn) 動慣量動慣量等效力矩等效力矩)(1331vFMMe若取若取轉(zhuǎn)動構(gòu)件轉(zhuǎn)動構(gòu)件為等效構(gòu)件，則其一般表達(dá)為：為等效構(gòu)件，則其一般表達(dá)為： JeMe)()(221iiiinievmJJ)()(cos1iiiiinieMvFM 既等效轉(zhuǎn)動慣量根據(jù)等效前后動能相等的原則求取。既等效轉(zhuǎn)動慣量根據(jù)等效前后動能相等的原則求取。等效力矩根據(jù)等效前后功率相等的原則求取。等效力矩根據(jù)等效前后功率相等的原則求取。dtFvMvmvvmvJvJvd)()()(233113323222322231123同理，取滑塊為

12、等效構(gòu)件，則有：同理，取滑塊為等效構(gòu)件，則有：dtVFvmdee323)21(故其運(yùn)動方程式為故其運(yùn)動方程式為：令令3232223222311)()()(mvvmvJvJme等效等效質(zhì)量質(zhì)量)21212121(233222222211vmvmJJddtvFM)(3311 等效力等效力3311)(FvMFe3232223222311)()()(mvvmvJvJme等效等效質(zhì)量質(zhì)量 等效力等效力3311)(FvMFe若取若取移動構(gòu)件移動構(gòu)件為等效構(gòu)件，則其一般表達(dá)為：為等效構(gòu)件，則其一般表達(dá)為： )()(221vvmvJmiiiinie)()(cos1vMvvFFiiiiiniemeFev等效質(zhì)量

13、可以根據(jù)等效前后動能相等的原則求取。等效質(zhì)量可以根據(jù)等效前后動能相等的原則求取。 等效力可以根據(jù)等效前后功率相等的原則求取。等效力可以根據(jù)等效前后功率相等的原則求取。等效量的計(jì)算等效量的計(jì)算mjjjniiiiMvFN11cosmjjjniiiieMvFNM11cosmjjjniiiieMvFM11cosmjjjniiiievMvvFF11cos2、機(jī)械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型、機(jī)械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型 功率和不變功率和不變等效力等效力等效力矩等效力矩等效量的計(jì)算等效量的計(jì)算mjjjniiiJvmE12122121mjjjniiieJvmEJ12122212121mjjjniiieJvmJ1212)

14、()(mjjjniiievJvvmm1212)()(2、機(jī)械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型、機(jī)械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型 動能不變動能不變等效質(zhì)量等效質(zhì)量等效轉(zhuǎn)動慣量等效轉(zhuǎn)動慣量等效轉(zhuǎn)動慣量的特征：等效轉(zhuǎn)動慣量的特征：2、機(jī)械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型、機(jī)械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型 等效轉(zhuǎn)動慣量不僅與各構(gòu)件質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)，等效轉(zhuǎn)動慣量不僅與各構(gòu)件質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量有關(guān)， 而且與各構(gòu)件相對于等效構(gòu)件的速度比平方有關(guān)；而且與各構(gòu)件相對于等效構(gòu)件的速度比平方有關(guān)； 等效力矩與機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動構(gòu)件的真實(shí)速度無關(guān)。等效力矩與機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動構(gòu)件的真實(shí)速度無關(guān)。 等效轉(zhuǎn)動慣量是一個(gè)假想轉(zhuǎn)動慣量；等效轉(zhuǎn)動慣量是一個(gè)假想轉(zhuǎn)動慣量；等效力矩的

15、特征：等效力矩的特征：2、機(jī)械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型、機(jī)械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型 等效力矩為正，是等效驅(qū)動力矩，反之，為等效阻力矩；等效力矩為正，是等效驅(qū)動力矩，反之，為等效阻力矩； 等效力矩不僅與外力（矩）有關(guān)，而且與各構(gòu)件相對于等等效力矩不僅與外力（矩）有關(guān)，而且與各構(gòu)件相對于等 效構(gòu)件的速度比有關(guān)；效構(gòu)件的速度比有關(guān)； 等效力矩與機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動構(gòu)件的真實(shí)速度無關(guān)。等效力矩與機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動構(gòu)件的真實(shí)速度無關(guān)。 等效力矩是一個(gè)假想力矩；等效力矩是一個(gè)假想力矩；3、等效動力學(xué)模型的意義、等效動力學(xué)模型的意義等效構(gòu)件等效構(gòu)件 + + 等效質(zhì)量等效質(zhì)量( (轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)動慣量) + ) + 等效力等效力(

16、(力矩力矩) )等效力學(xué)模型JeMemeFeve 、 、S S、V V是某構(gòu)件的真實(shí)運(yùn)動；是某構(gòu)件的真實(shí)運(yùn)動；Me e是系統(tǒng)的等效力矩；是系統(tǒng)的等效力矩；J Je e是系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量。是系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量。F Fe e是系統(tǒng)的等效力；是系統(tǒng)的等效力；m me e是系統(tǒng)的等效質(zhì)量。是系統(tǒng)的等效質(zhì)量。注意：注意：例題例題：圖示機(jī)構(gòu)。已知圖示機(jī)構(gòu)。已知z z1 12020，J J1 1；z z2 26060，質(zhì)量中心在，質(zhì)量中心在B B點(diǎn)，點(diǎn)，其轉(zhuǎn)動慣量為其轉(zhuǎn)動慣量為J J2 2，曲柄長為，曲柄長為L L；滑塊質(zhì)量為；滑塊質(zhì)量為m m3 3 、m m4 4，其質(zhì)心在，其質(zhì)心在G G及及D D點(diǎn)。

17、輪點(diǎn)。輪1 1驅(qū)動力矩驅(qū)動力矩M M1 1，滑塊，滑塊4 4作用有阻抗力作用有阻抗力F F4 4，取曲柄為等效，取曲柄為等效構(gòu)件，試求圖示位置的等效轉(zhuǎn)動慣量構(gòu)件，試求圖示位置的等效轉(zhuǎn)動慣量J Je e及等效力矩及等效力矩M Me e 。而由速度分析可知：而由速度分析可知：解：根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量公式得：解：根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量公式得：mjjsjnisiieJvmJ1212)()(lvvc232224sinsinlvvc22224222322211)sin()()(lmlmJzzJJe22242321sin9lmlmJJ2244223322222211)()()()(vmvmJJJedv4cvc2p常量

18、常量變量變量忽略不計(jì)忽略不計(jì)解：根據(jù)等效力矩公式得：解：根據(jù)等效力矩公式得：例例 題題mjjjniiiieMvFM11cos)(180)(2404211VCOSFMMedv4cvc2p2412224211sin3)sin()(lFMlmFzzMMe一、機(jī)械速度波動產(chǎn)生原因及其調(diào)節(jié)的方法一、機(jī)械速度波動產(chǎn)生原因及其調(diào)節(jié)的方法 圖示某一機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)圖示某一機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，等效構(gòu)件在一個(gè)周期過程中，等效構(gòu)件在一個(gè)周期 T中所受等效驅(qū)動力矩中所受等效驅(qū)動力矩Mer( )與等效阻抗力矩與等效阻抗力矩Mer( )的變化的變化曲線。驅(qū)動功與阻抗功為：曲線。驅(qū)動功與阻抗功為： adMWdd)()(ad

19、MWrr)()(機(jī)械動能的增量為機(jī)械動能的增量為: :分析：分析：2/)(2/)()()(22aeaerdrdJJdMMWWEabc段：由于段：由于Med Mer，故，故Wd Wr， 即即Wbc0，E 0，則，則 稱之為稱之為盈功盈功。 在這一段運(yùn)動過程中，等效構(gòu)在這一段運(yùn)動過程中，等效構(gòu)件的角速度由于動能的增加而上升。件的角速度由于動能的增加而上升。cd段：由于段：由于Med Mer，故，故Wd Wr， 即即Wcd 0，E 0，則，則 稱之為稱之為虧功。虧功。 在這一階段，等效構(gòu)件的角在這一階段，等效構(gòu)件的角速度由于動能減少而下降。速度由于動能減少而下降。 但在一個(gè)公共周期內(nèi)，驅(qū)動但在一個(gè)公

20、共周期內(nèi)，驅(qū)動功等于阻抗功，機(jī)械動能的增量功等于阻抗功，機(jī)械動能的增量等于零，即：等于零，即： 于是經(jīng)過等效力矩與等效轉(zhuǎn)于是經(jīng)過等效力矩與等效轉(zhuǎn)動慣量變化的一個(gè)公共周期，機(jī)動慣量變化的一個(gè)公共周期，機(jī)械的動能又恢復(fù)到原來的數(shù)值，械的動能又恢復(fù)到原來的數(shù)值，故等效構(gòu)件的角速度也將恢復(fù)到故等效構(gòu)件的角速度也將恢復(fù)到原來的數(shù)值。由此可知，等效構(gòu)原來的數(shù)值。由此可知，等效構(gòu)件的角速度在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將件的角速度在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)過程中將呈現(xiàn)周期性的波動。呈現(xiàn)周期性的波動。abbccddeeaWmax 算出各區(qū)間功的增量后，就算出各區(qū)間功的增量后，就可以畫出機(jī)械系統(tǒng)在一個(gè)運(yùn)動循可以畫出機(jī)械系統(tǒng)在一個(gè)運(yùn)動循環(huán)內(nèi)功

21、的增量變化曲線，如圖環(huán)內(nèi)功的增量變化曲線，如圖b。最大盈虧功為：最大盈虧功為：Wmax = EmaxEmin = Wbc = dMMrd)()( 由于由于Wmax只與曲線的峰、只與曲線的峰、谷頂有關(guān)，與其具體的形狀無關(guān)，谷頂有關(guān)，與其具體的形狀無關(guān)，故可用故可用功能指示圖功能指示圖代替它。代替它。二、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的平均角速度和不均勻系數(shù)二、機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的平均角速度和不均勻系數(shù)CmaxminmABDTOt平均角速度平均角速度)(21minmaxm(1)TmTd030nm速度不均勻系數(shù)速度不均勻系數(shù)mminmax(2)21 (maxm)21 (minm則得：則得：22min2max2m由由(1)(1)和和

22、(2)(2)解得解得mminmax討論：討論：（1）由公式可知，若）由公式可知，若m一定，當(dāng)一定，當(dāng)，則，則maxmin， 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)愈平穩(wěn)；反之，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)愈不平穩(wěn)。設(shè)計(jì)時(shí)為機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)愈平穩(wěn)；反之，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)愈不平穩(wěn)。設(shè)計(jì)時(shí)為 使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，要求其速度不均勻系數(shù)不超過允許值。使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，要求其速度不均勻系數(shù)不超過允許值。即：即： （2）若）若 ，會影響機(jī)器的正常工作。如推動照明用的發(fā)，會影響機(jī)器的正常工作。如推動照明用的發(fā) 動機(jī)的活塞式原動機(jī)。若速度波動動機(jī)的活塞式原動機(jī)。若速度波動 ， ，則，則I、V變化變化 大，使燈忽暗忽明。大，使燈忽暗忽明。 若不滿足條件，可在機(jī)械中安裝飛輪以調(diào)節(jié)機(jī)械的

23、周期性速度波動。若不滿足條件，可在機(jī)械中安裝飛輪以調(diào)節(jié)機(jī)械的周期性速度波動。三、飛輪的設(shè)計(jì)原理三、飛輪的設(shè)計(jì)原理飛輪飛輪 具有很大轉(zhuǎn)動慣量的回轉(zhuǎn)構(gòu)件。具有很大轉(zhuǎn)動慣量的回轉(zhuǎn)構(gòu)件。其作用：其作用： 裝置飛輪的實(shí)質(zhì)就是增加機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。裝置飛輪的實(shí)質(zhì)就是增加機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。飛輪在系統(tǒng)中的飛輪在系統(tǒng)中的作用相當(dāng)于一個(gè)容量很大的儲能器作用相當(dāng)于一個(gè)容量很大的儲能器。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)盈功，它將多余的能量以動能形式當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)盈功，它將多余的能量以動能形式“儲存儲存”起來，并使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度升高幅度減?。环粗?，當(dāng)起來，并使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度升高幅度減?。环粗?，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)虧功時(shí)，它將系統(tǒng)出現(xiàn)虧功時(shí)，它將“儲存儲存

24、”的動能釋放出來以彌的動能釋放出來以彌補(bǔ)能量的不足，并使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度下降的幅度減小。補(bǔ)能量的不足，并使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度下降的幅度減小。從而減小了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動的程度，。從而減小了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動的程度，。 由于機(jī)械中其他運(yùn)動構(gòu)件的動能比飛輪的動能小由于機(jī)械中其他運(yùn)動構(gòu)件的動能比飛輪的動能小很多，一般近似認(rèn)為飛輪的動能就等于整個(gè)機(jī)械所具很多，一般近似認(rèn)為飛輪的動能就等于整個(gè)機(jī)械所具有的動能。即飛輪動能的最大變化量有的動能。即飛輪動能的最大變化量Emax應(yīng)等于機(jī)應(yīng)等于機(jī)械最大盈虧功械最大盈虧功Wmax。)(212min2maxminmaxmaxmaxJEEEW2minmaxminmax2)(mJJ3

25、0nm22max900nWJE Emaxmax、E Eminmin角速度為最大、角速度為最大、最小的位置所具有的動能；最小的位置所具有的動能； 分析分析：22max900nWJ1）當(dāng)當(dāng)Wmax與與 一定時(shí)，一定時(shí)，J與與n的平方值成反比，為的平方值成反比，為 減小飛輪轉(zhuǎn)動慣量，飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。減小飛輪轉(zhuǎn)動慣量，飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。2）當(dāng)當(dāng)Wmax與與n一定時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)動慣量一定時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)動慣量J與速度不與速度不 均勻系數(shù)均勻系數(shù) 成反比。成反比。J越大，越大， 越小，機(jī)械越接近勻越小，機(jī)械越接近勻 速；速；但過分追求機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的均勻性，將會使飛輪過但過分追求機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的均勻性，將

26、會使飛輪過 于笨重。于笨重。四、飛輪尺寸的確定四、飛輪尺寸的確定 由輪緣由輪緣A、輪轂輪轂B和輪輻和輪輻c三部三部分組成。設(shè)分組成。設(shè)GA為輪緣的重量，為輪緣的重量，D1，D2和和D分別為輪緣的外徑、內(nèi)徑與分別為輪緣的外徑、內(nèi)徑與平均直徑，則輪緣轉(zhuǎn)動慣量近似為：平均直徑，則輪緣轉(zhuǎn)動慣量近似為：JJJJA A=G=GA A(D(D1 12 2+D+D2 22 2)/8g G)/8g GA AD D2 2/4g /4g 或或 G GA AD D2 2 = 4gJ = 4gJJ 飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，飛輪的轉(zhuǎn)動慣量，GAD2飛輪矩，單位：飛輪矩，單位：Nm2 。4、飛輪尺寸的確定、飛輪尺寸的確定設(shè)輪緣的寬

27、度為設(shè)輪緣的寬度為b，材料單位體積的，材料單位體積的重量為重量為（N/m3)，則，則GA=DHb。于是于是 Hb= GA /(D)式中式中D、H及及b的單位為的單位為m。 當(dāng)飛輪的材料及比值當(dāng)飛輪的材料及比值Hb選定后，由上式即可求得輪緣的選定后，由上式即可求得輪緣的橫剖面尺寸橫剖面尺寸H和和b。五、機(jī)械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)五、機(jī)械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié) 機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，若等效力矩的變化是非周期性的，機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，若等效力矩的變化是非周期性的，則機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度將出現(xiàn)非周期性的波動，從而破壞機(jī)械則機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度將出現(xiàn)非周期性的波動，從而破壞機(jī)械的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。須進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使機(jī)械

28、恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。須進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使機(jī)械恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。 機(jī)械非周期性速度波動的調(diào)節(jié)，對于選用電動機(jī)作為機(jī)械非周期性速度波動的調(diào)節(jié)，對于選用電動機(jī)作為原動機(jī)的機(jī)械，其本身就有自調(diào)性，可使驅(qū)動力矩和工作原動機(jī)的機(jī)械，其本身就有自調(diào)性，可使驅(qū)動力矩和工作阻力矩協(xié)調(diào)一致。阻力矩協(xié)調(diào)一致。 若機(jī)械的原動機(jī)為蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)等時(shí)，就若機(jī)械的原動機(jī)為蒸汽機(jī)、汽輪機(jī)或內(nèi)燃機(jī)等時(shí)，就必須安裝一種專門的調(diào)節(jié)裝置必須安裝一種專門的調(diào)節(jié)裝置調(diào)速器來調(diào)節(jié)機(jī)械出現(xiàn)調(diào)速器來調(diào)節(jié)機(jī)械出現(xiàn)的非周期性速度波動。的非周期性速度波動。離心式調(diào)速器離心式調(diào)速器五、機(jī)械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)五、機(jī)械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié) 原因：機(jī)械工作阻力或者驅(qū)動力在工作過程中發(fā)生突變。原因：機(jī)械工作阻力或者驅(qū)動力在工作過程中發(fā)生突變。例例 題：題： 圖為發(fā)動機(jī)的輸出力矩圖為發(fā)動機(jī)的輸出力矩(M(Md d) )圖，且等效阻力矩圖