十二章机器的运转及其速度波动的调节ppt课件

1、第十二章 机器的运转及其速度动摇的调理12-1 研讨机器运转及其速度动摇的调理的目的研讨机器运转的目的w 设计新机器或分析现有机器的任务性能，需求确定机器原动件的真实运动规律。调理机器速度动摇的目的w 调理机器周期性动摇程度，使之限制在允许范围内，以减少其呵斥的危害程度。w 防止非周期性速度动摇所引起的机器毁坏或者停车。12-2 机器等效动力学模型等效动力学模型的建立w 将单自在度的机械系统简化成一个构件称为等效构件，建立简单的等效动力学模型。w 根据质点系动能定理，将作用于机械系统上的一切外力和外力矩、一切构件的质量和转动惯量，都向等效构件转化。w 转化的原那么：使该系统转化前后的动力学效果

2、坚持不变。即： w 等效构件的质量或转动惯量所具有的动能，应等于整个系统的总动能； w 等效构件上的等效能、等效能矩所做的功或所产生的功率，应等于整个系统的一切力、一切力矩所做功或所产生的功率之和。等效动力学模型的建立w 通常将绕定轴转动或作直线挪动的构件取为等效构件。等效能和等效能矩w 在等效构件AB上，设F是在等效点B上的等效能w 或者设M是等效能矩w 那么等效能或等效能矩的功率为MPFvPB等效能和等效能矩w 设作用在机械上的外力为 Fi(i=1,2,k)，作用点的速度为ui，Fi的方向和ui的方向间夹角为qi，w 作用在机械中的外力矩为 Mi(i=1,2,m)，受力矩 Mi作用的构件

3、i 的角速度为wi，w 那么作用在机械中一切外力和外力矩所产生的功率之和为kiiikiiiikiiMvFP111cosMi和i同向取“+，否那么“- 等效能和等效能矩w 讨论w 等效能F和等效能矩M只与各速度比有关，是机构位置的函数。w 不用知道各个速度的真实数值。w 假设等效构件是定轴转动的构件，F和M可以互推。w F、M也能够是时间或角速度的函数kiiikiiiiBMvFFv11cos或 kiiikiiiiMvFM11coskiBiikiBiiivMvvFF11coskiiikiiiiMvFM11cos等效质量和等效转动惯量w 在前述同一等效构件AB上，设m是在等效点B上的等效质量w 或者

4、设J是等效转动惯量w 那么等效构件的动能为222121JEmvEB等效质量和等效转动惯量w 设机械系统中各运动构件的质量为 mi(i=1,2,k)，其质心Si的速度为 uSi；w 各运动构件对其质心轴线的转动惯量为 JSi (i=1,2,k)，角速度为 wi，w 那么整个机械系统所具有的动能为kiiSikiSiikiiJvmE121212121等效质量和等效转动惯量w 讨论w m和J由速度比的平方而定，总为正值； m和J仅是机构位置的函数。w 不用知道各速度的真实值。w 假设等效构件是定轴转动的构件，m和J可以互推。假设等效构件是挪动构件, vB=挪动速度 kikiiSiSiiBJvmmv11

5、222212121或 kikiiSiSiiJvmJ11222212121kiBiSiBSikiivJvvmm1221kiiSiSikiiJvmJ122112-3 机器运动方程式的建立及解法一、机器运动方程式的建立 1、动能方式的机器运动方程式 不思索摩擦力，将重力归并入驱动力或阻力 设WFd某一位移过程中等效驱动力所作的功 WMd某一位移过程中等效驱动力矩所作的功 WFr某一位移过程中等效阻力所作的功 WMr某一位移过程中等效阻力矩所作的功 m 某一位移终了时的等效质量 m0某一位移开场时的等效质量 J 某一位移终了时的等效转动惯量 J0某一位移开场时的等效转动惯量 v ( )某一位移终了时等

6、效点的速度角速度 v0(0)某一位移开场时等效点的速度角速度 机器的动能方程式可写成 20022121vmmvWWFrFd或 20022121JJWWMrMd2、力或力矩方式的机器运动方程式 ssssrdrdFrFdFdsdsFFdsFdsFWW0000)(rdFFF式中s为等效点的位移 sFrFdFdsvmmvWW020022121将上式微分 0)21()(20mvdsdFdsdsds)(221/22122dsdmvdtdvmdsdmvdtdsdtdvvmF)(22dsdmvmaFt其中at等效点的切向加速度 )(22ddJJM假设是力矩方式，用Md，Mr，J，分别交换相应变量二、机器运动方

7、程式的解法 留意机器的机械特性表示机器力参数与运动参数间的关系。如：有的机器的驱动力是机构位置的函数 有的机器的驱动力是速度的函数 有的机器的驱动力是常数。 阻力亦或者是机构位置的函数，或者是速度位置的函数，或者是常数。 机器的等效质量等效转动惯量是机构位置的函数 研讨机器的真实运动时，必需分别情况加以处置。 实践中处理很多机器的真实运动时，近似地以为驱动力和阻力是其中机构位置的函数。 因此，解机器运动方程式时，主要研讨力是机构位置函数时其等效构件的真实运动。 1、解析法 当等效能力矩是机构位置的函数时，宜采用动能方式的运动方程式 假设等效构件为挪动构件，采用 20022121vmmvWWFr

8、Fd假设等效构件为转动构件，采用 20022121JJWWMrMd角位移 0rdMMM00200222EEEJJMdWWWMrMdW该区间的剩余功盈亏功 E动能增量 JJWJJMdJ200200220假设从起动开场算起 WEE, 0, 000JEMdJ220),(),(JJMM)(1求等效构件的角速度 2求等效构件的角加速度 dddtddddtddd可由 JEMdJ220求导得 3求机器的运动时间t dtdddt ttddt0000dtt00dtt假设从起动开场算起 00t0dt以上求解过程阐明，知 ，便能准确求出机器的真实运动规律。 )(),(JJMM12-4 机器周期性速度动摇的调理方法和

9、设计目的调理方法w 发生周期性速度动摇的机器作变速稳定运动在一个运动循环内动能的变化量：定值cJcJ222121调理方法w 飞轮w 在机器中某一回转轴上添加的适当的质量，以坚持速度不致变化太大。w 储存了一定机械能的元件，任务时不断吸收或释放动能 w用途w降低周期性速度动摇程度w协助机器度过死点w可以节省动力设计目的w 机器运转不均匀系数w 定义式21minmax0minmax算术平均角速度常使用循环转角平均角速度，式中：mppmmmpd设计目的21212:minmaxminmaxminmaxminmaxmmm，则，已知，则，已知公式的一些变形平稳稳程度，值的大小说明运转的平稳定运动的特征指标

10、12-5 飞轮设计根本问题w 飞轮设计的根本问题是根据机器实践所需的平均速度m和答应的不均匀系数(即机器所允许的min，和max)来确定飞轮的转动惯量JFw 注不需飞轮的机器：电动机、汽轮机、六缸以上二冲程发动机、八缸以上四冲程发动机、星形航空发动机螺旋桨例：冲压机的飞轮w 某冲压机的飞轮以=200rpm (20.9 rad/s)的平均速度运动，电动机经过一组齿轮驱动冲压机每2秒冲一个孔。假设实践的冲压步骤需0.2s，每冲一个孔吸收4kJ的能量。求产生不均匀系数=0.1所需的飞轮的转动惯量JF 。w 偏于平安的假定是，各运动零件惯量与飞轮相比可略去不计。例：冲压机的飞轮w 解：由电动机提供的平

11、均功率为4kJ/2s= 2kW。假设转速完全坚持不变，那么输出功率亦坚持不变，将以均匀的速率供应能量。w 对于大部分循环，电动机使飞轮加速直至最高转速。最高转速正好出如今冲孔前。在冲孔加工的0.2s后，飞轮降至最低转速。w 在冲孔时，电动机供应20.2=0.4s的能量。其他3.6kJ能量来自飞轮动能的释放。w 在各次冲孔之间的1.8s内，电动机再逐渐使飞轮添加3.6kJ的能量积累。例：冲压机的飞轮w 列式kJEW3106 . 32minmaxminmax2min2max2121mFFFJJJE22321 .829 .201 . 0106 . 3mkgEJmF最大剩余功Ww 是由飞轮储存的最大的

12、能量变化量w 力是位置的函数时w 实线Md，虚线Mrw 剩余力矩M= Md-Mr w E ， M的积分极值出如今剩余力矩M为0处临界点最大剩余功Ww 该机械系统在c点处具有最小的动能增量Emin，对应于最大的亏功Wmin=Wac (从a累计到c)w 在f点处，机械具有最大的动能增量Emax，对应于最大的盈功Wmax=Waf (从a累计到f)w 两者之差称为最大剩余功或最大盈亏功，记作W飞轮惯量简易计算公式效惯量除飞轮外其余构件的等飞轮惯量RFRFFmFJJJJJWJ2飞轮主要尺寸确实定w 轮形飞轮w 设飞轮外径为D1，轮缘内径为D2，轮缘厚度H，轮缘质量为m，那么飞轮的转动惯量为 82221D

13、DmJF42DmJF飞轮主要尺寸确实定w 盘形飞轮w 设m，D和B分别为其质量、外径及宽度，那么飞轮的转动惯量为82DmJF12-6 机器非周期性速度动摇的调理方法非周期性速度动摇w 含义w 机械在运转过程中，等效能矩 (M=Md-Mr) 发生非周期性的变化，稳定运转形状被改动，这时出现的速度动摇称为非周期性速度动摇。非周期性速度动摇w 缘由w 任务阻力或驱动力在机械运转过程中发生突变。w 输入能量与输出能量在一段较长时间内失衡所致。w 例如：发电机-内燃机机组w 内燃机所发生的驱动功不变w 外界载荷忽然减少短时间不恢复发电机驱动功阻力功主轴角速度引起危害非周期性速度动摇w 调理方法w 必需运用调速器w 飞轮不起调理作用！w