机械的运转及其速度波动的调节

1、1，8，1，研究机器运行和速度波动调整的目的机器的实际运动规律是由机械作用的外力、每个零部件的质量、尺寸和惯性矩等因素决定的，研究外力作用下机器的实际运动是机械力学的基本问题。本章主要研究两个问题：研究外力作用下单自由度机械系统的实际运动规律。建立力和运动参数之间的运动微分方程，了解研究实际运动规律的方法。其次，研究机器运行速度波动的原因及其调节方法。8，3，2，机械运动过程的第三阶段，1，启动阶段：外力对系统执行正工作(Wd-Wr0)，系统的动能增加(E=Wd-Wr)，机器的工作速度增加，达到工作速度。机器操作过程一般要经历启动、稳定操作和停车阶段三个阶段。4，2，稳定运行阶段：由于外力的变

2、化，机器的运行速度波动，但平均速度稳定。因此，系统的动能保持稳定。外力在波动期间作用为零(Wd-Wr=0)。在一个周期中，整个周期的动能相同(EA=EB)，原始运动零件的速度也相同(图a，b两点)，但在一个周期内的任何部分，驱动和阻抗操作都不一定相同，机械动能增加或减少，瞬间速度波动。这种稳定的操作称为周期性变速稳定操作。像刨床、打孔等很多机械运动就是这样。还有一些机器，例如鼓风机、提升机等，具有匀速运动的先导运动的运动速度。5，3，停止阶段：通常此时驱动力为零，机器系统按正常运行速度逐渐减速，直到停止。此阶段内的功能关系为Wr=E。很多机器安装制动以减少停车时间，增加阻力。此时，在上面，Wr

3、除了摩擦消耗的工作外，主要是制动器所做的工作。6，3，机械工作力和生产阻力，原动机产生的驱动力是机械运动参数(位移、速度或时间)的函数，通常称为原动机的机械特性。三相异步电动机的驱动力是旋转速度的函数。如图所示，不同的原始动机具有不同的机械特性。为了方便地用分析方法研究外力引起的机械运动，必须用分析公式表示原动机的驱动力。图示中的特征曲线可由通过n点和c点的一条直线近似取代。直线方程式为MD=Mn (0-)/(0-n)，0是马达同步角度速度。n是马达额定角速度，Mn是马达额定扭矩。8，生产阻力与运动参数的关系由机床的徐璐其他工艺过程确定，例如车床的生产阻力为常数，鼓风机、离心机的生产阻力为速度

4、的函数，曲柄压力机的生产阻力为位移的函数等。机械系统复杂多样，在进行力学研究时，一般需要将复杂的机械系统简化为按一定原则容易研究的等效力学模型。为了研究单自由度机械系统的实际行为，可以将机械系统等效性转换为只有一个独立运动与机构中相应零部件运动相匹配的等效零部件。8，10，等效变换的原则是等效元件的等效质量或等效惯性矩的动能等于原始机械系统的总动能。等效元件中的作用或力矩产生的瞬时功率等于原始机械系统中所有外力产生的瞬时功率之和。具有等效质量或等效惯性矩的此等效元件称为原始机械系统的等效动态模型。对于单自由度机械系统，确定一个零部件的运动将决定另一个零部件的运动，因此，可以研究等效零部件的运动

5、规律以确定原始机械系统的运动。基本概念，1，等效构件：具有与原始机械系统等效的质量或等效惯性矩、相同的效果或等效力矩，且行为与原始机械系统中相应构件的行为保持相同的构件。2，等效条件：(1)等效零部件具有的动能等于原始机械系统的总动能。(2)等效部件的瞬时功率等于原始机械系统的总瞬时功率。3，等效参数：(1)等效质量me，等效惯性矩je；(2)等效Fe，等效扭矩Me。12、单自由度机械系统通常使用等效零部件作为等效动态模型。如果对等元件是绕机架旋转的元件，则模型为图a。如果对等元件是移动滑棒，则模型为图b。图a，图b，1，等效动态模型，13，2，确定等效参数，1等效质量和等效惯性矩基于等效原理

6、等效组件具有的动能等于原始机械系统的总动能。对于具有I作用中构件的机械系统，如果构件I的质量为mi，相对质心Ci的惯性矩为JCi，质心Ci的速度为vCi，元件的角速度为I，则系统的总动能为：同样，如果选择移动速度为v的滑块作为等效构件，则等效质量me的正则表达式为：如果选择角速度为的旋转构件，则等效零部件的动能为：(96)根据上述等效原理EeE，能够获得等效惯性矩的Je的正则表达式可以根据、(97)、(98)、(15)、二次和等效力矩、等效原理或等效力矩产生的瞬时功率与机械系统中所有外力和外部力矩相同的瞬时功率之和来确定。对于具有n个作用中元件的机械系统，元件I中的力为Fi，力矩为Mi，力Fi

7、作用点的速度为VI，元件I的角速度为I，则系统的总瞬时功率为：其中I是力Fi和速度VI方向的角度。同样，如果选择速度为v的移动构件作为等效构件，则各向同性Fe的正则表达式如下所示：如果选择角速度为的旋转构件作为等效构件，则等效构件的瞬时功率为：根据等效原理，找出等效力矩Me的正则表达式：3、是、图标曲柄滑块机构、已知构件1惯性矩J1、构件2质量m2、质心S2、惯性矩Jc2、构件3质量m3、构件1具有驱动力矩M1、构件3具有电阻F3的等效构件的等效参数。(1)如果零部件1是等效零部件，则等效运动模型为图a。等效元件的角速度等于元件1的角速度。等效惯性矩Je可用等效动能求得。等效力矩Me可通过等效

8、功率获得。(2)如果滑块3是等效组件，则等效动态模型是与图b、等效组件3具有相同速度的v3。在上一节中，您建立了单自由度机械系统的等效动力学模型等效元件。目的通过该模型研究机器的实际运动规律，建立外力和实际运动之间的运动方程。动能定理：在机器运转过程中，所有外力产生的原力dw必须等于机器系统动能的增加dE，才能产生其间的运动方程。8，21，1，机械运动方程的建立，1，能量形式的运动方程，机械运行中任意时间间隔dt内所有外力的原力dW必须等于机械系统动能的增加dE，即dWdE。如果等效构件是旋转构件，则等效性是能量微分形式的机械运动方程。其中Md-Mr=M设定等效驱动力矩和等效阻力矩、自下而上积

9、分和初始条件，以获得能量积分形式的机械运动方程式、2、力矩形式的运动方程式、等效转换后力矩形式的机械运动方程式(等效构件为角速度)。以上三种方程形式在解决徐璐其他问题时徐璐发挥不同的作用，可以灵活使用。第一，周期速度波动的调节1，周期速度波动的原因先导是波动的工作过程波动，机器稳定运行时，等效驱动力矩和等效阻力力矩的周期变化会引起机械速度的周期波动。，8，2，平均角速度和速度非均匀系数，平均角速度m表示一个运动循环内每个速度的平均值，在工程中通常计算如下：机器速度波动的程度可以用速度非均匀系数来表示。换句话说：不同的机器允许速度变化的程度不同。此表列出了设计时常用的一些机械速度不均匀系数允许值

10、，以供参考。3，飞轮调节周期性速度波动的基本原理，机器稳定运行时机械作用的外力(驱动力、生产阻力)总是发生变化，引起机器运行速度的波动。如果外力的变化是随机的，非周期性的，那么由此产生的速度波动也是非周期性的，非周期性的速度波动需要特殊的调速器来调节速度。如果外力的变化是周期性的，产生的速度变化也是周期性的，如图所示。外力的周期性变化导致外力对系统的作用也周期性变化。根据动能定理，系统的动能也定期变化。在机器上安装具有等效惯性矩JF的飞轮后，系统动能的最大变化量将更改为：同期内外力对系统执行的最大损益，即速度不均匀系数。显然，安装飞轮会降低速度不均匀系数。理论上总是有足够大的飞轮JF，可以将机器的速度波动降低到允许的范围内。30，