第章機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)

第12章機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)12-1概述12-2機(jī)械等效動(dòng)力學(xué)模型12-3機(jī)器運(yùn)動(dòng)方程式的建立和解法12-4機(jī)器周期性速度波動(dòng)調(diào)節(jié)方法和設(shè)計(jì)指標(biāo)12-5飛輪設(shè)計(jì)重點(diǎn)：等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、等效力、等效力矩的概念及其計(jì)算方法；機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生速度波動(dòng)的原因及其調(diào)節(jié)方法。難點(diǎn)：

機(jī)器運(yùn)動(dòng)方程式的建立及解法計(jì)算飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)最大盈虧功的計(jì)算。一、機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的三個(gè)階段啟動(dòng)階段、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段、停車(chē)階段12-1概述1.穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段的狀況分析①勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：ω＝常數(shù)②周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)：ω(t)=ω(t+Tp)③非周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度不需要調(diào)節(jié)。12-1概述2.速度波動(dòng)產(chǎn)生的不良后果①在運(yùn)動(dòng)副中引起附加動(dòng)壓力，加劇磨損，使工作可靠性降低。②引起彈性振動(dòng)，消耗能量，使機(jī)械效率降低。③影響機(jī)械的工藝過(guò)程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。載荷突然減小或增大時(shí)，發(fā)生飛車(chē)或停車(chē)事故。（1）周期性速度波動(dòng)的危害（2）非周期性速度波動(dòng)的危害12-1概述①研究機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)周期性速度波動(dòng)——飛輪調(diào)速非周期性速度波動(dòng)——調(diào)速器調(diào)速3.機(jī)器速度波動(dòng)研究的目的及調(diào)節(jié)方法②研究機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法（1）研究目的（2）速度波動(dòng)調(diào)節(jié)方法12-1概述研究機(jī)器的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，必須研究所有運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的動(dòng)能變化和所有外力所作的功——不方便。對(duì)單自由系統(tǒng)，當(dāng)主動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)確定——其他構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)也確定。將問(wèn)題轉(zhuǎn)化為研究一個(gè)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)。一、等效力和等效力矩12-2機(jī)械等效動(dòng)力學(xué)模型Fd替代前后機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)不變，即功或功率不變用作用在一個(gè)構(gòu)件上的假想力F或假想力矩M來(lái)替代作用在該機(jī)器上的所有已知外力和力矩。此假想力F或假想力矩M稱(chēng)為等效力或等效力矩。該構(gòu)件為等效構(gòu)件研究點(diǎn)為等效點(diǎn)替代條件：一、等效力和等效力矩12-2機(jī)械等效動(dòng)力學(xué)模型等效力或等效力矩作功：或各外力作功：兩者相等并化簡(jiǎn)得等效力：等效力矩：12-2機(jī)械等效動(dòng)力學(xué)模型等效力或等效力矩的性質(zhì)：①是機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)（與速度比有關(guān)，而速度與位置有關(guān)）②與速度比有關(guān)，只需知道比值，在不必知道機(jī)器真實(shí)運(yùn)動(dòng)的情況下就可求得。有正負(fù)號(hào)區(qū)別。③選擇繞固定軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的構(gòu)件為等效構(gòu)件，則等效力與等效力矩之間的關(guān)系：④如果Fi和Mi隨時(shí)間等因素變化，則等效力和等效力矩也隨之變化。等效力和等效力矩不是機(jī)構(gòu)的合力和合力矩。求解機(jī)構(gòu)的合力時(shí)不能使用這兩個(gè)量。12-2機(jī)械等效動(dòng)力學(xué)模型注意！例12-1已知機(jī)機(jī)構(gòu)的的尺寸寸和位位置，，構(gòu)件件2、、3的的重力力，構(gòu)構(gòu)件5、6、7、8的齒齒數(shù)，，氣體體作用用于活活塞上上的壓壓力及及發(fā)動(dòng)動(dòng)機(jī)的的阻力力矩。。不計(jì)計(jì)其余余構(gòu)件件的重重力，，求換換算到到構(gòu)件件1上上的的等效效驅(qū)動(dòng)動(dòng)力矩矩和等等效阻阻力矩矩。12-2機(jī)機(jī)械等效效動(dòng)力學(xué)模型型(1)求等等效驅(qū)動(dòng)力力矩速度多邊形形（轉(zhuǎn)90°），力平移移到作用點(diǎn)點(diǎn)的速度影影像上，然然后對(duì)極點(diǎn)點(diǎn)取力矩例12-112-2機(jī)機(jī)械等效效動(dòng)力學(xué)模型型(2)求等等效阻力矩矩已知機(jī)構(gòu)的的尺寸和位位置，構(gòu)件件2、3的的重力，構(gòu)構(gòu)件5、6、7、8的齒數(shù)，，氣體作用用于活塞上上的壓力及及發(fā)動(dòng)機(jī)的的阻力矩。。不計(jì)其余余構(gòu)件的重重力，求換換算到構(gòu)件件1上的的等效驅(qū)動(dòng)動(dòng)力矩和等等效阻力矩矩。二、等效效質(zhì)量和等等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣慣量當(dāng)取繞固定定點(diǎn)回轉(zhuǎn)的的構(gòu)件為等等效構(gòu)件時(shí)時(shí)，可以用用一個(gè)與它它共軸回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的假想物物體的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量來(lái)替替代整個(gè)機(jī)機(jī)器所有運(yùn)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的的質(zhì)量和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，，該假想轉(zhuǎn)動(dòng)慣慣量稱(chēng)為等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣慣量。假想的等效質(zhì)量（或等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣慣量）的動(dòng)能應(yīng)應(yīng)等于機(jī)器器所有運(yùn)動(dòng)動(dòng)構(gòu)件的動(dòng)動(dòng)能之和。。等效條件：：用集中在機(jī)機(jī)器某一構(gòu)構(gòu)件上選定定點(diǎn)的一個(gè)個(gè)假想質(zhì)量來(lái)替代整個(gè)個(gè)機(jī)器所有有運(yùn)動(dòng)構(gòu)件件的質(zhì)量和和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量，該假想質(zhì)量稱(chēng)為等效質(zhì)量。為了方便起起見(jiàn)，等效效力、等效效力矩、等等效質(zhì)量、、等效轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量的等等效點(diǎn)和等等效構(gòu)件取取同一點(diǎn)和和同一構(gòu)件件。12-2機(jī)機(jī)械等效效動(dòng)力學(xué)模型型等效構(gòu)件的的動(dòng)能：或整個(gè)機(jī)器的動(dòng)能兩者相等等效質(zhì)量：等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：12-2機(jī)機(jī)械等效效動(dòng)力學(xué)模型型等效質(zhì)量或或等效轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量的性性質(zhì)：①是機(jī)機(jī)構(gòu)位置的的函數(shù)（與與速度比平平方有關(guān)，，而速度與與位置有關(guān)，而且總總是正值））②與速速度比平方方有關(guān)，只只需知道比比值，在不不必知道機(jī)機(jī)器真實(shí)運(yùn)運(yùn)動(dòng)的情況下下就可求得得。選擇繞固定定軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)的構(gòu)件為為等效構(gòu)件件，則等效效質(zhì)量與等等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之之間的關(guān)系系：等效質(zhì)量和和等效轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量是假假想的，并并不是機(jī)構(gòu)構(gòu)所有運(yùn)動(dòng)動(dòng)構(gòu)件的質(zhì)質(zhì)量或轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量的合合成總和。。力分析時(shí)時(shí)不能使用用這兩個(gè)量量。12-2機(jī)機(jī)械等效效動(dòng)力學(xué)模型型注意！12-2機(jī)機(jī)械等效效動(dòng)力學(xué)模型型在圖示機(jī)組組中，已知知齒輪、6、7、8和飛輪9的轉(zhuǎn)動(dòng)慣慣量J5、J6、J7、J8，曲柄1對(duì)對(duì)于軸A的的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量J1A，連桿對(duì)其其質(zhì)心S2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量JS2，連桿的質(zhì)質(zhì)量m2和活塞3的的質(zhì)量m3，機(jī)構(gòu)的位位置和各構(gòu)構(gòu)件的尺寸寸lAB、lBC和lBS2。求該機(jī)組組所有運(yùn)動(dòng)動(dòng)構(gòu)件的質(zhì)質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量換算算到曲柄銷(xiāo)銷(xiāo)B時(shí)的質(zhì)質(zhì)量m和換換算到曲柄柄1的等效效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量J。例12-2換算到曲柄柄銷(xiāo)的等效效質(zhì)量：12-2機(jī)機(jī)械等效效動(dòng)力學(xué)模型型例12-2換算到曲柄柄銷(xiāo)的等效效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：在圖示機(jī)組組中，已知知齒輪、6、7、8和飛輪9的轉(zhuǎn)動(dòng)慣慣量J5、J6、J7、J8，曲柄1對(duì)對(duì)于軸A的的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量J1A，連桿對(duì)其其質(zhì)心S2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量JS2，連桿的質(zhì)質(zhì)量m2和活塞3的的質(zhì)量m3，機(jī)構(gòu)的位位置和各構(gòu)構(gòu)件的尺寸寸lAB、lBC和lBS2。求該機(jī)組組所有運(yùn)動(dòng)動(dòng)構(gòu)件的質(zhì)質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣量換算算到曲柄銷(xiāo)銷(xiāo)B時(shí)的質(zhì)質(zhì)量m和換換算到曲柄柄1的等效效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量量J。一、機(jī)器運(yùn)運(yùn)動(dòng)方程的的建立12-3機(jī)機(jī)器運(yùn)運(yùn)動(dòng)方程式式的建立和解解法：等效驅(qū)動(dòng)動(dòng)力作的功功：等效阻力力作的功：等效驅(qū)動(dòng)動(dòng)力矩作的的功：等效阻力力矩作的功功1.動(dòng)能能形式的機(jī)機(jī)器運(yùn)動(dòng)方方程式——等效構(gòu)構(gòu)件為移動(dòng)動(dòng)件——等效構(gòu)構(gòu)件為轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)件將上兩式微微分：：等效點(diǎn)的的切向加速速度2.力或或力矩形式式的機(jī)器運(yùn)運(yùn)動(dòng)方程式式——等效構(gòu)構(gòu)件為移動(dòng)動(dòng)件——等效構(gòu)構(gòu)件為轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)件12-3機(jī)機(jī)器運(yùn)動(dòng)動(dòng)方程式的的建立和解解法：等效構(gòu)件件的角加速速度1.解析析法（以等等效構(gòu)件是是轉(zhuǎn)動(dòng)件為為例）由可解得：二、機(jī)器器運(yùn)動(dòng)方程程的求解主要研究力力是機(jī)構(gòu)位位置函數(shù)時(shí)時(shí)，等效構(gòu)構(gòu)件真實(shí)運(yùn)運(yùn)動(dòng)的求法法等效力（或或力矩）是是機(jī)構(gòu)位置置函數(shù)時(shí)，，適宜采用用動(dòng)能形式式的機(jī)器運(yùn)運(yùn)動(dòng)方程式式。（1）求等等效構(gòu)件的的角速度ωωW=E-E0=△E———剩余功（（盈虧功））12-3機(jī)機(jī)器運(yùn)動(dòng)動(dòng)方程式的的建立和解解法由顯然，可由由已知M求求出ω、αα、t，而而這是描述述機(jī)械真實(shí)實(shí)運(yùn)動(dòng)的三三個(gè)指標(biāo)。。（2）求等等效構(gòu)件的的角加速度度α角速度對(duì)時(shí)時(shí)間求導(dǎo)：：（3）求機(jī)機(jī)器的運(yùn)動(dòng)動(dòng)時(shí)間t有12-3機(jī)機(jī)器運(yùn)動(dòng)動(dòng)方程式的的建立和解解法①已知:Md、Mr，如圖a②Md與Mr相減，得圖圖b③按，得E，圖c2.圖解解法④求出等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量曲線(xiàn)J=J(φ)，將J和E代入，得到ω(φ)⑤將曲線(xiàn)ω(φ)微分的αα(φ)⑥求曲線(xiàn)ω(φ)的倒函數(shù)數(shù)曲線(xiàn)，將將倒函數(shù)曲曲線(xiàn)積分得得t(φ)12-3機(jī)機(jī)器器運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)方方程程式式的的建建立立和和解解法法1.產(chǎn)產(chǎn)生生周周期期性性速速度度波波動(dòng)動(dòng)的的原原因因12-4機(jī)機(jī)器器周周期期性性速速度度波波動(dòng)動(dòng)的的調(diào)節(jié)節(jié)方方法法和和設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)指指標(biāo)標(biāo)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力力矩矩和和阻阻力力矩矩作作功功并并不不時(shí)時(shí)時(shí)時(shí)相相等等，，引引起起機(jī)機(jī)器器動(dòng)動(dòng)能能的的變變化化，，從從而而產(chǎn)產(chǎn)生生速速度度波波動(dòng)動(dòng)。。2.周周期期性性速速度度波波動(dòng)動(dòng)的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)方方法法驅(qū)動(dòng)動(dòng)力力矩矩和和阻阻力力矩矩作作功功并并不不時(shí)時(shí)時(shí)時(shí)相相等等。。但但一一個(gè)個(gè)運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)循循環(huán)環(huán)內(nèi)內(nèi)相相等等。。如如下下式式：：起能能量量?jī)?chǔ)儲(chǔ)存存器器的的作作用用。。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速增增高高時(shí)時(shí)，，將將多多于于能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為飛飛輪輪的的動(dòng)動(dòng)能能儲(chǔ)儲(chǔ)存存起起來(lái)來(lái)，，限限制制增增速速的的幅幅度度；；轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速降降低低時(shí)時(shí)，，將將能能量量釋釋放放出出來(lái)來(lái)，，阻阻止止速速度度降降低低。。調(diào)速速方方法法：：飛飛輪輪調(diào)調(diào)速速12-4機(jī)機(jī)器器周周期期性性速速度度波波動(dòng)動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)方方法法和和設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)指指標(biāo)標(biāo)3.周周期期性性速速度度波波動(dòng)動(dòng)的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)指指標(biāo)標(biāo)①平平均均速速度度：：②不不均均勻勻系系數(shù)數(shù)：：設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)時(shí)要要保保證證δδ≤≤[δδ]，，[δδ]見(jiàn)見(jiàn)書(shū)書(shū)p443指標(biāo)標(biāo)：：已知知ωωm和δδ時(shí)時(shí)，，可可求求出出等等效效構(gòu)構(gòu)件件的的最最大大和和最最小小轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速：：12-4機(jī)機(jī)器器周周期期性性速速度度波波動(dòng)動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)方方法法和和設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)指指標(biāo)標(biāo)12-5飛飛輪輪設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)常量量變量量，，常常忽忽略略不不計(jì)計(jì)飛輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣慣量量飛輪輪設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的基基本本問(wèn)問(wèn)題題是是根根據(jù)據(jù)機(jī)機(jī)器器的的實(shí)實(shí)際際所所需需的的平平均均速速度度和和不不均均勻勻系系數(shù)數(shù)來(lái)來(lái)確確定定飛飛輪輪的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣慣量量。。在等等效效構(gòu)構(gòu)件件上上安安裝裝飛飛輪輪后后的的機(jī)機(jī)器器，，其其等等效效轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣慣量量為為：：1.基基本本問(wèn)問(wèn)題題[W]：：最最大大剩剩余余功功，，可可用用能能量量指指示示圖圖來(lái)來(lái)求求解解。。2.力力是是機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)位位置置的的函函數(shù)數(shù)時(shí)時(shí)，，飛飛輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)慣慣量量的的計(jì)計(jì)算算法法機(jī)器器從從ωωmin至ωωmax