第7章机械的运转与调速.ppt

第七章 机械的运转及其速度波动的调节,71 研究目的及方法,72 机械的运动方程式,73 机械运动方程的求解,74 机械周期性速度波动及其调节,75 机械非周期性速度波动及其调节,71 研究的目的及方法,一、研究内容及目的,1.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。前述运动分析曾假定是常数，但实际上是变化的,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、Vmax amax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，都假定运动件作匀速运动(const)。但在大多数情况下，const，而是力、力矩、机构位置、构件质量、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。,2.研究机械运转速度的波动及其调节方法，目的是使机械的转速在允许范围内波动，而保证正常工作。,运动分析时，都假定原动件作匀速运动:const,实际上是多个参数的函数：F(P、M、m、J),力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,作者：潘存云教授,机械的运转过程:,稳定运转阶段的状况有：,匀速稳定运转：常数,周期变速稳定运转：(t)=(t+Tp),三个阶段：启动、稳定运转、停车。,非周期变速稳定运转,匀速稳定运转时，速度不需要调节。,后两种情况由于速度的波动，会产生以下不良后果：,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。,引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低。,影响机械的工艺过程，使产品质量下降。,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。,二、速度波动调节的方法,1.对周期性速度波动，可在转动轴上安装一个质量较 大的回转体（俗称飞轮）达到调速的目的。,2.对非周期性速度波动，需采用专门的调速器才能调节。,本章仅讨论飞轮调速问题。,作者：潘存云教授,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，它们可以是不同运动参数的函数：,蒸汽机与内然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的函数：,机械特性曲线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。,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。一般较复杂,工程上常将特性曲线作近似处理，如用通过额定转矩点N的直线NC代替曲线NC,Md=M(s),Md=M(),交流异步电动机的机械特性曲线,Md=Mn(0)/(0n),其中Mn额定转矩,0 同步角速度机器铭牌,n 额定角速度,工作转速,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。,生产阻力为时间的函数，如球磨机、揉面机等；,作者：潘存云教授,x,y,1,一、机器运动方程的一般表达式,动能定律：机械系统在时间t内的的动能增量E应等于作用于该系统所有各外力的元功W。,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、转动惯量,驱动力矩M1，阻力F3。,动能增量为：,外力所作的功：,dW=Pdt,dE=d(J121/2,72 机械的运动方程式,写成微分形式 dE=dW,瞬时功率为：,P=M11+F3 v3cos3,=M11F3 v3,2,Js222/2m2v2s2/2,m3v23/2),1,=(M11+F3 v3cos3)dt,运动方程为：,d(J121/2Jc222/2m2v2c2/2m3v23/2),推广到一般，设有n个活动构件，用Ei表示其动能。则有：,设作用在构件i上的外力为Fi，力矩Mi为，力Fi 作用点的速度为vi。则瞬时功率为：,机器运动方程的一般表达式为：,式中i为Fi与vi之间的夹角，Mi与i方向相同时取“”，相反时取“”。,上述方程，必须首先求出n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。,(M11F3 v3)dt,二、机械系统的等效动力学模型,d(J121/2Jc222/2m2v2c2/2m3v23/2),上例有结论：,重写为：,右边小括号内的各项具有转动惯量的量纲，,d21/2(J1Jc222/21m2v2c2/21m3v23/21),则有：d(Je21/2)=Me1 dt,令：Je=(J1Jc222/21),(M11F3 v3)dt,1(M1 F3 v3/1)dt,M e=M 1F3 v3/1,=Med,左边小括号内的各项具有力矩的量纲。,