第7讲 第7章 机械的运转及其速度机构的运动分析

1、 本章目录： 7-1 概述；概述； 7-2 机械机械的运动方程式；的运动方程式； 7-3 机械运动机械运动方程的求解；方程的求解； 7-4 机械机械周期性速度波动及其调节周期性速度波动及其调节； 7-5 机械非周期性速度波动机械非周期性速度波动及其调节及其调节； 1、 7-1 概述概述 力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量 驱动力是由原动机提供的动力，根据其 特性的不同，它们可以是不同运动参数 的函数： 7-2 机械机械的运动方程的运动方程式式 x y 1 2 3 s2 O A B 1 1 Md 1 F3v3 7-2 机械机械的运动方程的运动方程式式 x y O A B 1 1 Je O A

2、 1 (a) Fe v3 me (b) 7-2 机械机械的运动方程的运动方程式式 一般结论一般结论： 7-2 机械机械的运动方程的运动方程式式 t Wd Wr + Wf = Wd = Wr + Wf = 0 7-4 机械机械周期性速度波动及其周期性速度波动及其调节调节 m m t m m t t 7-4 机械机械周期性速度波动及其周期性速度波动及其调节调节 Md B N A C 0 0 0 工作转速 7-2 机械机械的运动方程的运动方程式式 s s Md 7-2 机械机械的运动方程的运动方程式式 7-4 机械机械周期性速度波动及其周期性速度波动及其调节调节 7-4 机械机械周期性速度波动及其周

3、期性速度波动及其调节调节 dMW a dd )()( dMW a rr )()( )()( rd WWE Md Mr a bc d e a a dMM rd )()( 22 2 1 )()( 2 1 aa JJ 根据能量守恒，外力所作功等于动能增量。 Md Mr Md Mr a bc d e a MdMr 盈功盈功“” b-cb-c MdMr 盈功盈功“” d-ed-e MdMr 亏功亏功“” e-ae-a W Wd d= =W Wr r 即：即： = 0 动能的变化曲线E()、和速度曲线()分别如图所示： E () a a dr EMMd 22 2 1 2 1 aaaa JJ E=0 aa

4、区区 间间 外力矩所作功外力矩所作功 主轴的主轴的 动能动能E T m d T 0 1 T T 对于周期性速度波动的机械，加装飞 轮可以对速度波动的范围进行调节。 下面介绍有关原理。 max max min min 7-4 机械机械周期性速度波动及其周期性速度波动及其调节调节 7-4 机械机械周期性速度波动及其周期性速度波动及其调节调节 如如: max min， m110，m2100 则：则：1(maxmin) / m1 = 2(maxmin) / m2 = 由由m(max +min) /2 以及上式可得：以及上式可得： 机器1速度波动对平均速度的影响程 度为10%，而机器2的影响程度达到1%

5、 7-4 机械机械周期性速度波动及其周期性速度波动及其调节调节 对于不同的机器，因工作性质不同而取不同的值对于不同的机器，因工作性质不同而取不同的值。 设计时要求：设计时要求： 造纸造纸织布织布 1/401/401/501/50 纺纱机纺纱机 1/601/601/1001/100 发电机发电机 1/1001/1001/3001/300 机械名称机械名称 机械名称机械名称 机械名称机械名称 碎石机碎石机 1/51/51/201/20汽车拖拉机汽车拖拉机 1/201/201/601/60 冲床、冲床、剪床剪床 1/71/71/101/10 切削机床切削机床 1/301/301/401/40 轧压机

6、轧压机 1/101/101/201/20 水泵、风机水泵、风机 1/301/301/501/50 表表7-2 7-2 常用机械运转速度不均匀系数的许用值常用机械运转速度不均匀系数的许用值 驱动发电机的活塞式内燃机，主轴速度波动范围太大，势必影响输出电压的稳定性，故这类机械的 应取小些；反之，如冲床、破碎机等机械，速度波动大也不影响其工作性能，故可取大些 7-4 机械机械周期性速度波动及其周期性速度波动及其调节调节 Md Mr a bc d e a E 加装飞轮的目的就是为了增加机器的转动惯量进而起到调节速度 波动的目的。为什么加装飞轮之后就能减小速度的波动呢？ max max E Emax m

7、ax min min E Emin min 7-4 机械机械周期性速度波动及其周期性速度波动及其调节调节 当当J JF F 运转平稳。运转平稳。 v飞轮调速的实质飞轮调速的实质：起能量储存器的作用。转速增高时，将：起能量储存器的作用。转速增高时，将 多余能量转化为飞轮的动能储存起来，限制增速的幅度；转多余能量转化为飞轮的动能储存起来，限制增速的幅度；转 速降低时，将能量释放出来，阻止速度降低。速降低时，将能量释放出来，阻止速度降低。 7-4 机械机械周期性速度波动及其周期性速度波动及其调节调节 锻压机械：在一个运动循环内，工作时间短，但载荷峰值大，锻压机械：在一个运动循环内，工作时间短，但载荷

8、峰值大， 利用飞轮在非工作时间内储存的能量来克服尖峰载荷，选用小利用飞轮在非工作时间内储存的能量来克服尖峰载荷，选用小 功率原动机以降低成本。功率原动机以降低成本。 应用应用：玩具小车、锻压机械、缝纫机：玩具小车、锻压机械、缝纫机 缝纫机等机械利用飞轮顺利越过死点位置。缝纫机等机械利用飞轮顺利越过死点位置。 玩具小车利用飞轮提供前进的动力；玩具小车利用飞轮提供前进的动力； 7-4 机械机械周期性速度波动及其周期性速度波动及其调节调节 7-4 机械机械周期性速度波动及其周期性速度波动及其调节调节 Md Mr E a bc d e a vW Wmax的确定方法的确定方法 W WmaxE EmaxE

9、 Emin E Emax W Wmax E Emax max E Emin min 可用折线代替曲线求得E 7-4 机械机械周期性速度波动及其周期性速度波动及其调节调节 2 0 2 dr MM d 111 102(10)5 222 2 d M 三个三角形面积之和 0 0/4/4 /4/4 3/43/4 3/43/4 9/89/8 9/89/8 11/811/8 11/811/8 13/813/8 13/813/8 15/815/8 15/815/8 22 10/1610/16 -20/16-20/16 15/16 15/16 -10/16-10/16 10/1610/16-10/16-10/1

10、6 5/165/16 区间区间 面积面积 1010 Mr 作能量指示图 22 kN-m 3/23/2 0 0 Md 10/16 10/16 7-4 机械机械周期性速度波动及其周期性速度波动及其调节调节 由能量指示图，得：由能量指示图，得： W Wmax max 10/16 10/1610/16 7-4 机械机械非周期性速度波动及其非周期性速度波动及其调节调节 离心式调速器的工作原理：离心式调速器的工作原理： 发动机用油发动机用油 油箱供油油箱供油 油箱供油油箱供油 发动机用油发动机用油 油箱供油油箱供油 进油减少进油减少 转速降低转速降低 开口增大开口增大 回油增加回油增加 7-3： 在电机驱动剪床的机组中，阻力矩Mr变化曲线如图，驱动力 矩Md=常数，n=1500r/min， =0.05，Jv、JC忽略不计，求安装在电机 轴上的飞轮转动惯量JF。 M 2 23 4 解：1、求Md 由变速稳定运转条件，得： 2 0 2 rd M dM