機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)

機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)第一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六§7-1

概述1．本章研究的內(nèi)容及目的在平面機(jī)構(gòu)分析中，一般假設(shè)原動件作等角速運(yùn)動，但實際上，由于驅(qū)動力，工作阻力及各構(gòu)件慣性的變化，往往使原動件的運(yùn)動隨時間而變化。（2）機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的波動及其調(diào)節(jié)方法（1）研究在外力作用下機(jī)械的運(yùn)動規(guī)律。機(jī)械原動件角速度變化，即所謂的機(jī)械速度波動，將在機(jī)構(gòu)運(yùn)動副中產(chǎn)生附加動壓力，降低機(jī)械效率，引起振動，影響機(jī)件壽命。第二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六2．機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的三個階段（1）起動階段——原動件的速度從零逐漸上升到開始穩(wěn)定的過程。特點：

Wd>Wr+Wf，即盈功部分用來增加機(jī)械的動能E，其運(yùn)轉(zhuǎn)速度逐漸加快，主動件作加速運(yùn)動。功能關(guān)系

Wd=（Wr+Wf）+E第三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六（2）穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段——原動件速度保持常數(shù)或在正常工作速度的平均值上下作周期性的速度波動

。類型：1）在一個波動周期T內(nèi)：Wd=Wr+Wf，

周期變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)（ω周期變化）

2）在任意瞬時：Wd=Wr+Wf，

等速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)（ω=常數(shù)）

第四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六（3）停車階段——原動件從正常工作速度值下降到零。特點：Wd=0E=-（Wr+Wf）機(jī)械在停車開始時的動能將繼續(xù)克服阻力作功，直至全部耗盡。**為了及時停車，可設(shè)置制動器。第五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六OFds重錘COFdsFd=Ks彈簧3

．驅(qū)動力和生產(chǎn)阻力（1）驅(qū)動力1）分類，作用在機(jī)械上的力常按其機(jī)械特性來分類。機(jī)械特性通常是指力（或力矩）和運(yùn)動參數(shù)（位移、速度、時間等）之間的關(guān)系。OMdω交流異步電動機(jī)第六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六MOωABC交流異步電動機(jī)2）驅(qū)動力的表達(dá)式當(dāng)用解析法研究機(jī)械在外力作用下的運(yùn)動時，原動機(jī)發(fā)出的驅(qū)動力必須以解析式表達(dá)。為了簡化計算，常將原動機(jī)的機(jī)械特性用簡單的多項式來近似表示。Nω0MnωnMdω設(shè)交流異步電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為Mn，額定角速度為ωn；同步轉(zhuǎn)速為ω0,此時轉(zhuǎn)矩為零。其機(jī)械特性曲線BC的部分,又常近似地以直線NC(或拋物線)來代替。其上任意一點所確定的驅(qū)動力矩Md可表達(dá)為Md=Mn(ω0－ω)/(ω0－ωn)式中Mn、ω0、ωn可由電動機(jī)產(chǎn)品目錄中查出。第七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六（2）工作阻力機(jī)械的執(zhí)行構(gòu)件所承受的生產(chǎn)阻力的變化規(guī)律，常取決于機(jī)械工藝過程的特點。按其機(jī)械特性來分，生產(chǎn)阻力可分為：常數(shù)執(zhí)行構(gòu)件的位置函數(shù)執(zhí)行構(gòu)件速度的函數(shù)時間的函數(shù)第八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六§7-2

機(jī)械的運(yùn)動方程式1．機(jī)械運(yùn)動方程的一般表達(dá)式動能定理：在dt時間間隔內(nèi)，動能變化=外力做功。即dE

=dW或dE=Pdt。因此一般表達(dá)式：

對于圖示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，其機(jī)械運(yùn)動方程為：第九頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六2．機(jī)械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型機(jī)械系統(tǒng)簡化為一個構(gòu)件——等效構(gòu)件（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)械系統(tǒng)的真實運(yùn)動原則：使系統(tǒng)轉(zhuǎn)化前后的動力學(xué)效果保持不變等效構(gòu)件的動能，應(yīng)等于整個系統(tǒng)的總動能—求Je和me等效構(gòu)件的功率，應(yīng)等于整個系統(tǒng)的功率—求Me和Fe等效力矩：Me

等效轉(zhuǎn)動慣量：Je等效力：Fe

等效質(zhì)量：me第十頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六等效轉(zhuǎn)動慣量（質(zhì)量）的特征：等效轉(zhuǎn)動慣量是一個假想轉(zhuǎn)動慣量；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)；等效轉(zhuǎn)動慣量與機(jī)械系統(tǒng)驅(qū)動構(gòu)件的真實速度無關(guān)。等效力矩（力）的特征：等效力矩是一個假想力矩；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)件的真實速度無關(guān)。第十一頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六2.等效構(gòu)件為移動構(gòu)件

—求等效質(zhì)量me和等效力Fe2）瞬時功率相等——求Fe1）動能相等——求me第十二頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六例：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

1)等效構(gòu)件為轉(zhuǎn)動構(gòu)件時，求Je和Me。

第十三頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六例：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)

2)等效構(gòu)件為移動構(gòu)件時，求me和Fe。

第十四頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六§7-3

機(jī)械的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)1．機(jī)械的周期性速度波動機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段，其原動件的角速度ω在其恒定的平均角速度ωm上下瞬時的變化（即出現(xiàn)波動），但在一個周期T的始末，其角速度是相等的，這時機(jī)械具有的動能是相等的。這種速度波動就稱為機(jī)械的周期性速度波動。（1）產(chǎn)生周期性速度波動的原因贏功（Med>Mer）：E增加（速度加快）虧功（Med<Mer）：

E降低（速度降低）從而產(chǎn)生速度波動。

第十五頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六（2）周期性速度波動程度的描述機(jī)械速度的高低，工程上通常用機(jī)械的平均角速度ωm（即算術(shù)平均值）來表示。即ωm＝（ωmax＋ωmin）/2對于不同的機(jī)械，δ的要求不同，機(jī)械速度波動的程度，則通常用機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)δ來表示，其定義為角速度波動的幅度與平均值之比，即δ＝（ωmax－ωmin）/ωmωφOφTωminωmax故規(guī)定有許用值[δ](表7-2)。第十六頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六2．周期性速度波動的調(diào)節(jié)（1）周期性速度波動調(diào)節(jié)的方法機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的速度波動對機(jī)械的工作是不利的，它不僅影響機(jī)械的工作質(zhì)量，而且會影響到機(jī)械的效率和壽命，所以必須加以控制和調(diào)節(jié)，將其限制在許可的范圍內(nèi)。

機(jī)械速度波動的調(diào)節(jié)就是要設(shè)法減小機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)δ，使其不超過許用值，即

δ≤[δ]機(jī)械的周期性波動調(diào)節(jié)的方法就是在機(jī)械中安裝飛輪——具有很大轉(zhuǎn)動慣量的回轉(zhuǎn)構(gòu)件。（2）飛輪調(diào)速的基本原理

機(jī)械出現(xiàn)盈功時，飛輪以動能的形式存儲能量；機(jī)械出現(xiàn)虧功時，飛輪釋放其存儲的能量。第十七頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六當(dāng)機(jī)械系統(tǒng)的等效構(gòu)件上裝加一個轉(zhuǎn)動慣量為JF的飛輪之后，需飛輪儲存的最大盈虧功為ΔWmax＝Emax－Emin，這時等效構(gòu)件的運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)則為

δ＝ΔWmax/（Je＋JF）ωm2由此可知，只要JF足夠大，就可使δ減少，則滿足δ≤[δ]，即達(dá)到了調(diào)速的目的。（3）飛輪轉(zhuǎn)動慣量的近似計算為了使機(jī)械系統(tǒng)滿足調(diào)速的要求，需裝加在等效構(gòu)件上的飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為JF的計算公式為則Je

可忽略不計，有JF≥ΔWmax/(ωm2[δ]）。則JF≥900ΔWmax/(nm2π2[δ]）。JF≥ΔWmax/(ωm2[δ]）－Je如果Je<<JF，如果用平均轉(zhuǎn)速nm(r/min)計算，由此可知,飛輪轉(zhuǎn)動慣量計算的關(guān)鍵是最大盈虧功ΔWmax的確定。第十八頁，共二十頁，編輯于2023年，星期六1）關(guān)于飛輪調(diào)速的幾個重要結(jié)論分析JF≥ΔWmax/(ωm2[δ]）可知：當(dāng)ΔWmax與ωm一定時，如[δ]取值很小，則JF就需很大。

JF不可能為無窮大，而ΔWmax與ωm又都為有限值，所以[δ]不可能為零。當(dāng)ΔWmax與ωm一定時，JF與ωm的平方值成反比。說明

過分追求機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的均勻性，就會使飛輪過于笨重。說明

安裝飛輪不可能將機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動消除，而只能使波動的幅度減小而已。

說明

在獲得同樣的調(diào)節(jié)效果的情況下，最好將飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。這樣有利于減少飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。在實際設(shè)計時，還應(yīng)考慮安裝軸的剛性和結(jié)構(gòu)上的可能性等因素。第十九頁，共二十頁，編輯于2023年