第7章机械的运转及速度波动的调节课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《第7章机械的运转及速度波动的调节课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机械 运转 速度 波动 调节 课件
- 资源描述:
-
1、2022-11-291机械原理机电工程学院机械设计研究室Theory of Machines and Mechanisms2022-11-292第第7 7章章 机械的运转及其速度波动的调节机械的运转及其速度波动的调节(Motion of Mechanical Systems and Its Regulation)7-7-1 概述概述7-7-2 机械的运动方程式机械的运动方程式7-7-3 机械运动方程式的求解机械运动方程式的求解7-7-4 稳定运转状态下机械的周期性速度波动稳定运转状态下机械的周期性速度波动 及其调节及其调节2022-11-2937-1 7-1 概述概述1.研究在外力作用下机械的
2、真实运动规律,目的是为运动分研究在外力作用下机械的真实运动规律,目的是为运动分 析作准备析作准备。设计新的机械,或者分析现有机械的工作性能时,往往想知道机械运转的稳设计新的机械,或者分析现有机械的工作性能时,往往想知道机械运转的稳定性、构件的惯性力以及在运动副中产生的反力的大小、定性、构件的惯性力以及在运动副中产生的反力的大小、Vmax amax的大小,因的大小,因此要对机械进行运动分析。而前面所介绍的运动分析时,都假定原动件作匀速运此要对机械进行运动分析。而前面所介绍的运动分析时,都假定原动件作匀速运动动(const)。但在大多数情况下,。但在大多数情况下,const,而是力、力矩、机构位置
3、、构件质,而是力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量等参数的函数:量、转动惯量等参数的函数:F(P、M、m、J)。只有确定了的原动件运动。只有确定了的原动件运动的变化规律之后,才能进行运动分析和力分析,从而为设计新机械提供依据。的变化规律之后,才能进行运动分析和力分析,从而为设计新机械提供依据。这就是研究机器运转的目的。这就是研究机器运转的目的。2.研究机械运转速度的波动及其调节方法,目的是使机械的转研究机械运转速度的波动及其调节方法,目的是使机械的转速在允许范围内波动,而保证正常工作。速在允许范围内波动,而保证正常工作。一、研究内容及目的一、研究内容及目的 由于外力等因素随时间变化,机械的运
4、转速度将产生波动,过大的速度波动将由于外力等因素随时间变化,机械的运转速度将产生波动,过大的速度波动将会影响机械的正常工作,同时引起机械的振动、冲击和噪声。因此,需要对速度波会影响机械的正常工作,同时引起机械的振动、冲击和噪声。因此,需要对速度波动进行调节,控制速度波动在允许的范围内。速度波动过大,会产生恶果动进行调节,控制速度波动在允许的范围内。速度波动过大,会产生恶果2022-11-294二、机械运转过程的三个阶段二、机械运转过程的三个阶段稳定运转阶段的状况有:稳定运转阶段的状况有:匀速稳定运转:匀速稳定运转:常数常数t 稳定运转稳定运转周期周期变速稳定运转:变速稳定运转:(t)=(t+T
5、(t)=(t+Tp p)启动启动启动、稳定运转、停车。启动、稳定运转、停车。非非周期周期变速稳定运转变速稳定运转 停止停止m m t 稳定运转稳定运转启动启动停止停止m m t 稳定运转稳定运转启启动 停止停止匀速稳定运转时,速度匀速稳定运转时,速度不需要调节。不需要调节。后两种情况由于速度的波动,会产生以下不良后果:后两种情况由于速度的波动,会产生以下不良后果:2022-11-295速度波动产生的不良后果速度波动产生的不良后果:在运动副中引起附加动压力,加剧磨损,使工作可靠性降低。在运动副中引起附加动压力,加剧磨损,使工作可靠性降低。引起弹性振动,消耗能量,使机械效率降低。引起弹性振动,消耗
6、能量,使机械效率降低。影响机械的工艺过程,使产品质量下降。影响机械的工艺过程,使产品质量下降。载荷突然减小或增大时,发生飞车或停车事故载荷突然减小或增大时,发生飞车或停车事故为了减小这些不良影响,就必须对速度波动范围进行调节。为了减小这些不良影响,就必须对速度波动范围进行调节。速度波动调节的方法速度波动调节的方法(1)(1)对周期性速度波动,可在转动轴上安装一个质量较大的回对周期性速度波动,可在转动轴上安装一个质量较大的回转体(俗称飞轮)达到调速的目的。转体(俗称飞轮)达到调速的目的。(2)(2)对非周期性速度波动,需采用专门的调速器才能调节。对非周期性速度波动,需采用专门的调速器才能调节。本
7、章仅讨论飞轮调速问题。本章仅讨论飞轮调速问题。2022-11-296三、作用在机械上的驱动力和生产阻力三、作用在机械上的驱动力和生产阻力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:不同运动参数的函数:蒸汽机与内燃机发出的驱动力是活塞位置的函数:蒸汽机与内燃机发出的驱动力是活塞位置的函数:电动机提供的驱动力矩是转子角速度电动机提供的驱动力矩是转子角速度 的函数:的函数:机械特性曲线机械特性曲线原动机发出的驱动力(或原动机发出的驱动力(或力矩)与运动参数之间的函数关系曲线。力矩)与运动参数之间的函数关系曲线。当
8、用解析法研究机械在外力作用下,驱动当用解析法研究机械在外力作用下,驱动力必须以解析表达式给出。力必须以解析表达式给出。一般较复杂工程上常将特性曲线作近似处理,如工程上常将特性曲线作近似处理,如Md=M(s)Md=M()BN Md 交流异步电动机的机械特性曲线交流异步电动机的机械特性曲线AC用通过额定转矩点用通过额定转矩点N N的的直线直线NCNC代替代替曲线曲线NCNCn n0 0Md=Mn(0)/(0 n)其中其中Mn额定转矩,额定转矩,n 额定角速度,额定角速度,0 同步角速度同步角速度2022-11-297 生产阻力取决于生产工艺过程的特点,有如下几种情况:生产阻力取决于生产工艺过程的特
9、点,有如下几种情况:生产阻力为常数,如车床;生产阻力为常数,如车床;生产阻力为机构位置的函数,如压力机生产阻力为机构位置的函数,如压力机;生产阻力为执行构件速度的函数,如鼓风机、搅拌机等;生产阻力为执行构件速度的函数,如鼓风机、搅拌机等;驱动力和生产阻力的确定,涉及到许多专门知识,已超出本课程的范围。本课程所讨论机械在外力作用下运动时,假定外力为已知。本课程所讨论机械在外力作用下运动时,假定外力为已知。生产阻力为时间的函数,如球磨机、揉面机等;生产阻力为时间的函数,如球磨机、揉面机等;2022-11-298一、机械运动方程的一般表达式一、机械运动方程的一般表达式动能定律:机械系统在时间动能定律
10、:机械系统在时间t t内的的动能增量内的的动能增量E E应等于作用应等于作用于该系统所有各外力的元功于该系统所有各外力的元功W W。举例:图示曲柄滑块机构中,设已知各构举例:图示曲柄滑块机构中,设已知各构件角速度、质量、质心位置、质心速度、件角速度、质量、质心位置、质心速度、转动惯量转动惯量,驱动力矩驱动力矩M1,阻力,阻力F F3 3。动能增量为:动能增量为:外力所作的功:外力所作的功:dW=NdtdE=d(J121/27-2 7-2 机械的运动方程式机械的运动方程式写成微分形式:写成微分形式:dE=dWdE=dW瞬时功率为:瞬时功率为:N=M11+F3 v3coscos3=M11F3 v3
11、 2Js222/2m2v2s2/2m3v23/2)M11xy123s2OAB1 1v3 v2F3=(M11+F3 v3coscos3)dt2022-11-299运动方程为:运动方程为:d(J121/2Jc222/2m2v2c2/2m3v23/2)推广到一般,设机械系统有推广到一般,设机械系统有n n个活动构件,用个活动构件,用Ei表示其动能。则:表示其动能。则:设作用在构件设作用在构件i上的外力为上的外力为Fi,力矩为,力矩为Mi,力,力Fi 作用点的速度作用点的速度为为vi。则瞬时功率为:。则瞬时功率为:机器运动方程的一般表达式为:机器运动方程的一般表达式为:式中式中i为为Fi与与vi之间的
12、夹角,之间的夹角,Mi与与i方向相同时取方向相同时取“”,相反时取相反时取“”。niiEE1niiNN1上述方程,必须首先求出上述方程,必须首先求出n n个构件的动能与功率的总和,然后个构件的动能与功率的总和,然后才能求解。此过程相当繁琐,必须进行简化处理。才能求解。此过程相当繁琐,必须进行简化处理。(M11F3 v3)dtniiciiiJvm122)2121(niniiiiiiMvF11cos)2121(122niiciiiJvmddtMvFniniiiiiicos112022-11-2910二、机械系统的等效动力学模型二、机械系统的等效动力学模型 d(J121/2Jc222/2m2v2c2
13、/2m3v23/2)上例有结论:上例有结论:重写为重写为:左边括号内具有转动惯量的量纲左边括号内具有转动惯量的量纲,d21/2(J1Jc222/21m2v2c2/21m3v23/21)则有:则有:d(Je21 /2)=Me1 dt令:令:Je=(J1Jc222 /21),(M11F3 v3)dt1(M1 F3 v3/1)dtM e=M 1F3 v3/1 =Med右边括号内具有力矩的量纲。右边括号内具有力矩的量纲。2022-11-2911称图称图(c)(c)为原系统的等效动力学模型,而把假想构件为原系统的等效动力学模型,而把假想构件1 1称为等称为等效构件,效构件,Je为等效转动惯量,为等效转动
14、惯量,Me为等效力矩。为等效力矩。同理,可把运动方程重写为同理,可把运动方程重写为:左边括号内具有质量的量纲左边括号内具有质量的量纲dv23/2(J121/v23Jc222/v23m2v2c2 /v23m3)v3(M11/v3 F3)dt2M11xy123s2OAB1 1v3 v2F2假想把原系统中的所有外力去掉,而只在构件1上作用有Me,且构件1的转动惯量为Je,其余构件无质量,如图(b)。则两个系统具有的动能相等,外力所作的功也相等,即两者的动力学效果完全一样。图(b)还可以进一步简化成图(c)。(a)(b)Me1JeMe(c)1Je令:令:me=(J121/v23Jc222/v23m2v
15、2c2 /v23m3)F e=M 11 /v3F3,右边括号内具有力的量纲。,右边括号内具有力的量纲。2022-11-2912则有:则有:d(me v23/2)=Fe v3 dt同样可知,图同样可知,图(d)(d)与图与图(a)(a)的动力学效果等效。称构件的动力学效果等效。称构件3 3为等为等效构件,效构件,me为等效质量,为等效质量,Fe为等效力。为等效力。2M11xy123s2OAB1 1v3 v2F2(a)(b)Fev3me(d)Fev3me等效替换的条件:等效替换的条件:(2)(2)等效构件所具有的动能应等于原系统所有运动构件的动能之和等效构件所具有的动能应等于原系统所有运动构件的动
16、能之和。(1)(1)等效力或力矩所作的功与原系统所有外力和外力矩所作的功相等等效力或力矩所作的功与原系统所有外力和外力矩所作的功相等:NeNi EeEiFe ds2022-11-2913一般结论一般结论:取转动构件作为等效构件:取转动构件作为等效构件:eMN niniiiiiieMvFM11cos2112)()(niniiciciieJvmJ221eJE 取移动构件作为等效构件:取移动构件作为等效构件:niiciniciievJvvmm1221)()(niiiiniiievMvvFF11)()(cos由两者动能相等由两者动能相等由两者功率相等由两者功率相等求得等效力矩:求得等效力矩:得等效转动
17、惯量:得等效转动惯量:niniiiiiiniiMvFN111cosnininiiciciiiJvmE111222121由两者功率相等由两者功率相等由两者动能相等由两者动能相等求得等效力:求得等效力:得等效质量:得等效质量:vFNe221vmEeniniiiiiiniiMvFN111cosnininiiciciiiJvmE1112221212022-11-2914分析:分析:由于各构件的质量由于各构件的质量mi和转动惯量和转动惯量Jci是定值,等效质量是定值,等效质量me和等效转动惯量和等效转动惯量Je只与速度比的平方有关只与速度比的平方有关,而与真实运动规而与真实运动规律无关,而速度比又随机构
18、位置变化,即:律无关,而速度比又随机构位置变化,即:niiciniciievJvvmm1212)()(me=me()而而Fi,Mi可能与可能与、t t有关,因此,等效力有关,因此,等效力Fe和等效力矩和等效力矩Me也是这些参数的函数:也是这些参数的函数:也可将驱动力和阻力分别进行等效处理,得出等效驱动力矩也可将驱动力和阻力分别进行等效处理,得出等效驱动力矩Med(或等效驱动力或等效驱动力Fed)和等效阻力矩和等效阻力矩Mer(或(或等效阻力等效阻力Fer),则有:,则有:Je=Je()Fe=Fe(,t)Me=Med MerMe=Me(,t)Fe=Fed Fer2112)()(niniicici
19、ieJvmJ特别强调:等效质量和等效转动惯量只是一个假想的质量或转动惯量它并不是机器所有运动构件的质量或转动惯量代数之和。2022-11-2915三、运动方程式的推演三、运动方程式的推演称称为为能量微分形式的运动方程式。能量微分形式的运动方程式。2.2.若已知初始条件:若已知初始条件:t=tt=t0 0时,时,=0 0,0 0,J Je e=J=Je0,e0,v vv v0 0,m me e=m=me0e0则对以上两表达式积分得:则对以上两表达式积分得:3.3.若对微分形式进行变换得若对微分形式进行变换得:dMJdee212020022121dMJJeee称为称为能量积分形式的运动方程。能量积
展开阅读全文