19-第12章機(jī)械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)--

1、第12章 機(jī)械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)12-1 概述12-2 機(jī)械等效動力學(xué)模型12-3 機(jī)器運動方程式的建立和解法12-4 機(jī)器周期性速度波動調(diào)節(jié)方法和設(shè)計指標(biāo)12-5 飛輪設(shè)計1重點：等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動慣量、等效力、等效力矩的概念及其計算方法；機(jī)械運動產(chǎn)生速度波動的原因及其調(diào)節(jié)方法。難點： 機(jī)器運動方程式的建立及解法 計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量時最大盈虧功的計算。 2一、 機(jī)器運轉(zhuǎn)的三個階段啟動階段、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段、停車階段12-1 概述31. 穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段的狀況分析勻速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)：常數(shù)周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)：(t)=(t+Tp)非周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn) 勻速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，速度不需要調(diào)節(jié)。12-1 概述42. 速度波

2、動產(chǎn)生的不良后果在運動副中引起附加動壓力，加劇磨損，使工作可 靠性降低。引起彈性振動，消耗能量，使機(jī)械效率降低。影響機(jī)械的工藝過程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。載荷突然減小或增大時，發(fā)生飛車或停車事故。（1） 周期性速度波動的危害（2） 非周期性速度波動的危害12-1 概述5研究機(jī)械的真實運動周期性速度波動飛輪調(diào)速非周期性速度波動調(diào)速器調(diào)速3. 機(jī)器速度波動研究的目的及調(diào)節(jié)方法研究機(jī)械運轉(zhuǎn)速度的波動及其調(diào)節(jié)方法（1） 研究目的（2） 速度波動調(diào)節(jié)方法12-1 概述6 研究機(jī)器的運動和力的關(guān)系，必須研究所有運動構(gòu)件的動能變化和所有外力所作的功不方便。 對單自由系統(tǒng)，當(dāng)主動件的運動確定其他構(gòu)件的運動也確定。將

3、問題轉(zhuǎn)化為研究一個構(gòu)件的運動。一、等效力和等效力矩12-2 機(jī)械等效動力學(xué)模型Fd7替代前后機(jī)構(gòu)的運動不變，即功或功率不變 用作用在一個構(gòu)件上的假想力F或假想力矩M來替代作用在該機(jī)器上的所有外力和力矩。此假想力F或假想力矩M稱為等效力或等效力矩。 該構(gòu)件為等效構(gòu)件 研究點為等效點替代條件：一、等效力和等效力矩12-2 機(jī)械等效動力學(xué)模型8等效力或等效力矩作功：或各外力作功：兩者相等并化簡得等效力：等效力矩：12-2 機(jī)械等效動力學(xué)模型9等效力或等效力矩的性質(zhì)：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)）與速度比有關(guān)，只需知道比值，在不必知道機(jī)器真實 運動的情況下就可求得。有正負(fù)號區(qū)別。選

4、擇繞固定軸線轉(zhuǎn)動的構(gòu)件為等效構(gòu)件，則等效力與等效力 矩之間的關(guān)系：如果Fi 和Mi 隨時間等因素變化，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)的合力時不能使用這兩個量。12-2 機(jī)械等效動力學(xué)模型注意！10例12-1機(jī)構(gòu)的尺寸和位置，構(gòu)件2、3的重力，構(gòu)件5、6、7、8的齒數(shù)，氣體作用于活塞上的壓力及發(fā)動機(jī)的阻力矩。不計其余構(gòu)件的重力，求換算到構(gòu)件1 上的等效驅(qū)動力矩和等效阻力矩。12-2 機(jī)械等效動力學(xué)模型(1)求等效驅(qū)動力矩速度多邊形（轉(zhuǎn)90），力平移到作用點的速度影像上，然后對極點取力矩11例12-112-2 機(jī)械等效動力學(xué)模型(2)求等效阻力矩機(jī)

5、構(gòu)的尺寸和位置，構(gòu)件2、3的重力，構(gòu)件5、6、7、8的齒數(shù)，氣體作用于活塞上的壓力及發(fā)動機(jī)的阻力矩。不計其余構(gòu)件的重力，求換算到構(gòu)件1 上的等效驅(qū)動力矩和等效阻力矩。12二、 等效質(zhì)量和等效轉(zhuǎn)動慣量 當(dāng)取繞固定點回轉(zhuǎn)的構(gòu)件為等效構(gòu)件時，可以用一個與它共軸回轉(zhuǎn)的假想物體的轉(zhuǎn)動慣量來替代整個機(jī)器所有運動構(gòu)件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量，該假想轉(zhuǎn)動慣量稱為等效轉(zhuǎn)動慣量。假想的等效質(zhì)量（或等效轉(zhuǎn)動慣量）的動能應(yīng)等于機(jī)器所有運動構(gòu)件的動能之和。等效條件： 用集中在機(jī)器某一構(gòu)件上選定點的一個假想質(zhì)量來替代整個機(jī)器所有運動構(gòu)件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量，該假想質(zhì)量稱為等效質(zhì)量。為了方便起見，等效力、等效力矩、等效質(zhì)量、等效轉(zhuǎn)動慣

6、量的等效點和等效構(gòu)件取同一點和同一構(gòu)件。12-2 機(jī)械等效動力學(xué)模型13等效構(gòu)件的動能：或整個機(jī)器的動能兩者相等等效質(zhì)量：等效轉(zhuǎn)動慣量：12-2 機(jī)械等效動力學(xué)模型14等效質(zhì)量或等效轉(zhuǎn)動慣量的性質(zhì)： 是機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)（與速度比平方有關(guān)，而速度與位置有 關(guān)，而且總是正值） 與速度比平方有關(guān)，只需知道比值，在不必知道機(jī)器真實運 動的情況下就可求得。選擇繞固定軸線轉(zhuǎn)動的構(gòu)件為等效構(gòu)件，則等效質(zhì)量與等效 轉(zhuǎn)動慣量之間的關(guān)系：等效質(zhì)量和等效轉(zhuǎn)動慣量是假想的，并不是機(jī)構(gòu)所有運動構(gòu)件的質(zhì)量或轉(zhuǎn)動慣量的合成總和。力分析時不能使用這兩個量。12-2 機(jī)械等效動力學(xué)模型注意！1512-2 機(jī)械等效動力學(xué)模型在圖示

7、機(jī)組中，齒輪、6、7、8和飛輪9的轉(zhuǎn)動慣量J5、J6、J7、J8，曲柄1對于軸A的轉(zhuǎn)動慣量J1A，連桿對其質(zhì)心S2的轉(zhuǎn)動慣量JS2，連桿的質(zhì)量m2和活塞3的質(zhì)量m3，機(jī)構(gòu)的位置和各構(gòu)件的尺寸lAB、lBC和lBS2。求該機(jī)組所有運動構(gòu)件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量換算到曲柄銷B時的質(zhì)量m和換算到曲柄1的等效轉(zhuǎn)動慣量J。例12-2換算到曲柄銷的等效質(zhì)量：1612-2 機(jī)械等效動力學(xué)模型例12-2換算到曲柄銷的等效轉(zhuǎn)動慣量：在圖示機(jī)組中，齒輪、6、7、8和飛輪9的轉(zhuǎn)動慣量J5、J6、J7、J8，曲柄1對于軸A的轉(zhuǎn)動慣量J1A，連桿對其質(zhì)心S2的轉(zhuǎn)動慣量JS2，連桿的質(zhì)量m2和活塞3的質(zhì)量m3，機(jī)構(gòu)的位置和各構(gòu)

8、件的尺寸lAB、lBC和lBS2。求該機(jī)組所有運動構(gòu)件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量換算到曲柄銷B時的質(zhì)量m和換算到曲柄1的等效轉(zhuǎn)動慣量J。17一、機(jī)器運動方程的建立12-3 機(jī)器運動方程式 的建立和解法：等效驅(qū)動力作的功：等效阻力作的功：等效驅(qū)動力矩作的功：等效阻力矩作的功1. 動能形式的機(jī)器運動方程式等效構(gòu)件為移動件等效構(gòu)件為轉(zhuǎn)動件18將上兩式微分：等效點的切向加速度2. 力或力矩形式的機(jī)器運動方程式等效構(gòu)件為移動件等效構(gòu)件為轉(zhuǎn)動件12-3 機(jī)器運動方程式的建立和解法：等效構(gòu)件的角加速度191. 解析法（以等效構(gòu)件是轉(zhuǎn)動件為例）由可解得：二、 機(jī)器運動方程的求解主要研究力是機(jī)構(gòu)位置函數(shù)時，等效構(gòu)件真實運

9、動的求法 等效力（或力矩）是機(jī)構(gòu)位置函數(shù)時，適宜采用動能形式的機(jī)器運動方程式。（1）求等效構(gòu)件的角速度W=E-E0=E剩余功（盈虧功）12-3 機(jī)器運動方程式的建立和解法20由 顯然，可由M求出、t，而這是描述機(jī)械真實運動的三個指標(biāo)。（2）求等效構(gòu)件的角加速度角速度對時間求導(dǎo)：（3）求機(jī)器的運動時間t有12-3 機(jī)器運動方程式的建立和解法21: Md、Mr，如圖aMd與Mr相減，得圖b 按 ， 得E，圖c2. 圖解法 求出等效轉(zhuǎn)動慣量曲線J=J()，將J和E代入 ，得到() 將曲線()微分的() 求曲線()的倒函數(shù)曲線，將倒函數(shù)曲線積分得t()12-3 機(jī)器運動方程式的建立和解法221. 產(chǎn)生

10、周期性速度波動的原因12-4 機(jī)器周期性速度波動的 調(diào)節(jié)方法和設(shè)計指標(biāo)驅(qū)動力矩和阻力矩作功并不時時相等，引起機(jī)器動能的變化，從而產(chǎn)生速度波動。232. 周期性速度波動的調(diào)節(jié)方法驅(qū)動力矩和阻力矩作功并不時時相等。但一個運動循環(huán)內(nèi)相等。如下式： 起能量儲存器的作用。轉(zhuǎn)速增高時，將多于能量轉(zhuǎn)化為飛輪的動能儲存起來，限制增速的幅度；轉(zhuǎn)速降低時，將能量釋放出來，阻止速度降低。調(diào)速方法：飛輪調(diào)速12-4 機(jī)器周期性速度波動調(diào)節(jié)方法和設(shè)計指標(biāo)243. 周期性速度波動的調(diào)節(jié)指標(biāo) 平均速度：不均勻系數(shù)：設(shè)計時要保證 ， 見書p443 指標(biāo)：m和時，可求出等效構(gòu)件的最大和最小轉(zhuǎn)速：12-4 機(jī)器周期性速度波動調(diào)節(jié)方法和設(shè)計指標(biāo)2512-5 飛輪設(shè)計常量變量，常忽略不計飛輪轉(zhuǎn)動慣量 飛輪設(shè)計的根本問題是根據(jù)機(jī)器的實際所需的平均速度和不均勻系數(shù)來確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量。在等效構(gòu)件上安裝飛輪后的機(jī)器，其等效轉(zhuǎn)動慣量為：1. 根本問題26W：最大剩余功，可用能量指示圖來求解。2. 力是機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)時，飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算法機(jī)器從min至max的能量變化為：從而：JC與JF相比很小，可忽略不計27 W、m一定，愈小，JF愈大說明: JF不可能為無窮大，也不可能為零，即安裝飛輪后機(jī)械運轉(zhuǎn)的速度仍有周期性波動，只是波動幅度減小 W、 一定時， JF與 2m成