哈工大機(jī)械原理考研-第7章理論部分

1、第7章 機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)7.1 基本要求1 掌握機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)有哪三個階段？機(jī)械系統(tǒng)的功、能量和原動件運(yùn)動速度的特點(diǎn)。掌握確定作用在機(jī)械上的驅(qū)動力和生產(chǎn)阻力。了解作用在機(jī)械上的外力和某些運(yùn)動參數(shù)之間的關(guān)系。2 掌握建立單自由度機(jī)械系統(tǒng)的等效力學(xué)模型的基本思路及建立運(yùn)動方程式的方法。掌握確定機(jī)械系統(tǒng)的等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動慣量、等效力、等效力矩的方法。3 掌握當(dāng)?shù)刃Я睾偷刃мD(zhuǎn)動慣量均是機(jī)構(gòu)位置函數(shù)時，求解機(jī)械系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動規(guī)律。4 掌握機(jī)械的周期性速度波動的原因及飛輪調(diào)節(jié)周期性速度波動的基本原理。5 掌握機(jī)械周期性速度波動的平均角速度、速度不均勻系數(shù)和最大盈虧功的基本概念。掌握計算最大盈虧

2、功的方法。6 掌握飛輪的轉(zhuǎn)動慣量的計算方法及飛輪的幾何尺寸的確定。7 了解機(jī)械的非周期性速度波動的調(diào)節(jié)。 7.2 內(nèi)容提要一、本章重點(diǎn) 本章的重點(diǎn)是：機(jī)械系統(tǒng)等效動力學(xué)模型的建立及其求解；機(jī)械運(yùn)動速度波動及其調(diào)節(jié)方法。1 機(jī)械運(yùn)動轉(zhuǎn)過程及其特征 一般機(jī)械運(yùn)動過程都要經(jīng)歷起動、穩(wěn)定運(yùn)動、停車三個階段。在起動階段驅(qū)動大于阻抗功，機(jī)械的速度逐漸增加；機(jī)械的工作過程一般在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段，在該階段，原動件的平均角速度保持穩(wěn)定，但因每個瞬時的驅(qū)動功與阻抗功不相等，機(jī)械的速度會發(fā)生波動。在一個運(yùn)動周期的始末，機(jī)械的速度卻是相等的, 其它時間角速度在平均角速度上下波動。在停車階段，一般已撤去驅(qū)動力，機(jī)械系統(tǒng)在阻

3、抗力作用下，速度逐漸降低，最后停止。2機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)模型的建立及求解（1） 機(jī)械系統(tǒng)等效動力學(xué)模型為了簡化機(jī)械系統(tǒng)求解過程，取一個轉(zhuǎn)動構(gòu)件或移動構(gòu)件，假想它具有等效轉(zhuǎn)動慣量或等效質(zhì)量，其上作用有等效力矩或等效力，這個構(gòu)件成為等效構(gòu)件。對于單自由度機(jī)械系統(tǒng)，以等效構(gòu)件建立的動力學(xué)模型稱為等效動力學(xué)模型。等效原則是等效構(gòu)件所具有的動能等于原機(jī)械系統(tǒng)的動能，其上作用的力或力矩的瞬時功率等于作用在原機(jī)械系統(tǒng)上的所有外力（力矩）在同一瞬時功率的代數(shù)和。該等效構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量（質(zhì)量）稱為等效傳動慣量（等效質(zhì)量）；作用在此等效構(gòu)個上的力矩（力）稱為等效力矩（等效力）。 如果取轉(zhuǎn)動構(gòu)件為等效構(gòu)件，等效轉(zhuǎn)動慣量按

4、下式計算： （9-1）等效力矩按下式計算： （9-2） 如果取移動構(gòu)件為等效構(gòu)件，等效質(zhì)量按下式計算： （9-3） 等效力按下式計算： （9-4）（2）機(jī)械運(yùn)動方程式的求解。建立等效動力學(xué)模型后，機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動方程式簡化 （9-5）對上式進(jìn)行推演，可得力矩形式的機(jī)械運(yùn)動方程式 （9-6）動能形式的機(jī)械運(yùn)動方程式 （9-7）對于不同的機(jī)械系統(tǒng)，等效轉(zhuǎn)動慣量是機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)（或常數(shù)），而等效力矩可能是位置、速度或時間的函數(shù)。求解時，可視具體情況，利用式（9-5）、（9-6）或（9-7）來進(jìn)行求解。若等效力矩Me=常數(shù)，等效轉(zhuǎn)動慣量Je=常數(shù)，則由式（9-6）得 （9-8）如果已知初始條件為當(dāng)t=t

5、0時，則得 （9-9） （9-10）3機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度波動及其調(diào)節(jié)方法（1） 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度波動的原因 作用在機(jī)械上的驅(qū)動力（力矩）和阻抗力（力矩）通常是變化的，在某一瞬時，其所做的驅(qū)動功與阻抗功一般是不相等的，即出現(xiàn)盈功或虧功，從而使機(jī)械的速度增加或減小，產(chǎn)生速度的波動。若等效力矩Med，Mer的變化是周期性的，在Med，Mer和等效轉(zhuǎn)動慣量Je變化的公共周期內(nèi)，驅(qū)動功等于阻抗功，機(jī)械動能增量為零，則等效構(gòu)件的角速度在公共周期的始末是相等的，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度波動將呈現(xiàn)周期性。 若等效力矩Med，Mer的變化是非周期性的，則機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度波動將呈現(xiàn)非周期性。（2） 機(jī)械運(yùn)動速度波動的調(diào)節(jié) 對于周期

6、性速度波動，在等效力矩一定的情況下，加大等效構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量，將會使等效構(gòu)件的角加速度減小，可以使機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)趨于均勻。因此，對于周期性速度波動，可以通過安裝具有很大轉(zhuǎn)動慣量的回轉(zhuǎn)構(gòu)件 飛輪來調(diào)節(jié)。對于非周期性速度波動，其調(diào)節(jié)就是設(shè)法使驅(qū)動力矩Med和阻力矩Mer恢復(fù)平衡關(guān)系。對于選用電動機(jī)作為原動機(jī)的機(jī)械，其本身有自調(diào)性，即本身就可以使驅(qū)動力矩和工作阻力矩協(xié)調(diào)一致，能自動地重新建立能量平衡關(guān)系。而對于蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等為原動機(jī)的機(jī)械，其調(diào)節(jié)非周期性速度波動的方法是安裝調(diào)速器來實(shí)現(xiàn)。（3） 飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算 機(jī)械周期性速度波動的程度可用機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)來表示，其定義為角速度波動的幅度與平均角速度之比，即：，其中為平均角速度，且。 設(shè)計時，應(yīng)使小于其允許值，即。為此所需的飛輪轉(zhuǎn)動慣量為 （9-11）若特小于，可忽略不計，則有 （9-12）式中 最大盈虧功，n 額定轉(zhuǎn)速（r/min）。二、 本章難點(diǎn) 1 等效轉(zhuǎn)動慣量、等效力矩和等效質(zhì)量和等效力的概念和求解方法2最大盈虧功的概念和求解方法 最大盈虧功是