教学课件PPT机械运转及其速度波动的调节.pptx

8 机械的运转及其速度波动的调节 Chapter 8 Motion of Mechanical Systems and Its Velocity Fluctuation Regulation 8.1概述8.2　机械运动的微分方程及其解8.3　稳定运转状态下机械的周 期性速度波动及其调节提　要Chapter 8 Motion of Mechanical Systems and Its Velocity Fluctuation Regulation 研究机械在外力作用下的真实运动规律的分析与求解方法；提出了等效构件、等效质量与等效转动惯量的概念以及等效力与等效力矩的概念；研究了周期性速度波动的机械的速度波动的调节方法。8.1 概　述　机械在工作时，其上作用有驱动力（矩）、工作阻力（矩） 、重力、惯性力（矩）和摩擦力（矩），其中，驱动力矩（电机）常常是速度的函数，工作阻力常常是位移的函数。在它们的共同作用下，机器的速度常常是变化的，在构件之间的相互作用力中，惯性力分量有时超过或远远超过由负载引起的分量。　机械的运转及其速度波动的调节研究如何调节机器的速度大小以及使惯性力对机器的影响达到理想状态或较为理想状态。8.2　机械运动的微分方程及其解　对于单自由度机器，机械动力学将整个机器的动能视与一个假想构件的动能相等，将机器上全部外力（不包括重力）所做的功率视与一个假象构件上具有的功率相同，该假想构件称为等效构件。等效构件的运动规律与机器中某一个构件的运动规律相同。依据这一原理，将对机器的运动微分方程组（3n个）的求解问题转化为一个运动微分方程的求解问题，从而大大简化了求解过程。该运动微分方程为二阶变系数非齐次微分方程。研究机器在已知力作用下的运动时，作用在机器某一构件上的假想F或M代替作用在机器上所有已知外力和力矩。代替条件：机器的运动不变，即：假想力F或力矩M所作的功或所产生的功率等于所有被代替的力和力矩所作的功或所产生的功率之和。假想力F——等效力假想力矩M——等效力矩等效力或等效力矩作用的构件——等效构件等效力作用的点——等效点通常，选择根据其位置便于进行机器运动分析的构件为等效构件。ωMrMdt能量输入能量输出yx(a)　机械的逻辑构成与动力学分析方法干扰此处略去不计F＝1N个构件作用有n个阻力矩Mri(含有零阻力矩)n =N－1个可动 构件n =N－1个可动质量作用有n个阻力Fri (含有零阻力)n =N－1个转动惯量等效转动构件或等效移动构件二阶变系数非齐次微分方程转化为转化为图8.2F01 机械的逻辑构成与动力学分析方法机械Me1Je1(φ1)ω1yφ1x图8.2F02 等效转动构件(b) 　等效转动构件的动能E与等效转动惯量Je机械的动能E为等效转动构件的动能E为令机械的动能E等于等效转动构件的动能E，得等效转动惯量Je1为机械Me1Je1(φ1)ω1yφ1x图8.2F02 等效转动构件(c) 　等效转动构件的功率N与等效力矩Me机械的功率为等效转动构件的功率为令机械的功率等于等效转动构件的功率，得等效力矩Me1为Me1(φ1,ω1,t)ω1yJe1(φ1)φ1x图8.2F03等效转动构件的动力学(d) 　机械运动微分方程由能量守恒原理，即外力对机械所做的功dW等于机械动能的增量dE得　　dE ＝ dW分离变量得动能关于时间的导数形式为Me1(φ1,ω1,t)ω1yJe1(φ1)Me1(φ1,ω1,t)φ1yJe1xφ1x图8.2F03等效转动构件的动力学图8.2F04 Je1为常数时的等效转动构件的动力学(d) 　机械运动微分方程(2)Je1为常数时的刚体绕定 轴转动的微分方程Md1B2ω11C2φ2Aφ13FreCS4(a)Me1(φ1,ω1,t)Me1(φ1,ω1,t)yω1ω1yJe1(φ1)Je1(φ1)Aφ1Aφ1xx飞轮(d)(c)(b)1. 　机构的运动分析　下面以三相异步电动机－曲柄滑块机构－常负载为例，介绍单自由度曲柄滑块机构的动力学分析方法。图8－1　曲柄滑块机构的动力学模型nn1MrSMdφT2φT1OO(1) 三相异步电动机 的机械特征曲线(2) 负载的一般机 械特征曲线图8.2F06　负载的一般机械特征曲线图8.2F05 　三相异步电动机的机械特征曲线　式中Me －电动机的额定转矩， Me ＝9.55×106 P / n ，P 的单位为KW，n 的单位为r／min， Me 的单位为Nmm；λm－电动机的转矩过载倍数，由电动机的名牌上查得； s－电动机的转子转速 n 相对于定子中磁场转速 n1 的转差率， s＝(n1－n)／n1； sm－临界转差率； se －额定转差率，se＝（n1－ne）／n1； ne－电动机转子的额定转速。(3) 三相异步电动机的机械特征Md1B2ω11C2