机械原理教程课件(清华大学出版社)第8章.pptVIP

* * 第八章 机械的运转及速度波动的调节 ◆ 作用在机械上的力及机械的运转过程 ◆ 机械的等效动力学模型 ◆ 机械运动方程的建立及求解 ◆ 机械的周期性速度波动及其调节方法 ◆ 机械的非周期性速度波动及其调节方法 本章主要内容 飞轮调速的原理和飞轮的设计方法。 本章重点 ◆ 了解建立单自由度机械系统等效动力学模型及运动方程式的方法； ◆ 能求解力为位置函数时的运动方程式； ◆ 了解飞轮的调速原理和特点； ◆ 掌握飞轮转动惯量的简易计算方法； ◆ 掌握周期性速度波动的调节方法； ◆ 解非周期性速度波动的调节方法。 本章基本要求 本章难点 计算飞轮转动惯量时最大盈亏功的计算方法。 一、作用在机械上的力 当忽略机械中各构件的重力以及运动副中的摩擦力时，作用在机械上的力可分为工作阻力和驱动力两大类。 1. 工作阻力 工作阻力是指机械工作时需要克服的工作负荷，其变化规律取决于机械的工艺特性。 在机械的生产过程中，有些生产阻力为常数，有些是执行构件位置的函数，还有一些是速度或时间的函数。 8.1 作用在机械上的力及机械的运转过程 2. 驱动力 驱动力是指由原动机输出并驱使原动件运动的力，其变化规律取决于原动机的机械特性。 二、机械运转的三个阶段 1. 启动阶段 原动件的速度由零逐渐上升到开始稳定的过程。 Wd - Wc=E2-E1＞0 原动件从正常工作速度下降到零的阶段。 3. 停车阶段 Wd=0 即：Wd=Wc 2. 稳定运转阶段 1）变速稳定运转：角速度ω≠常数，但在一个运动循环的始末相等。 2）等速运转：ω=常数的稳定运转。 Wd - Wc=E2-E1=0 Wd - Wc=E2-E10 一、等效动力学模型的建立 机械的运动方程式：指外力与运动参数间的函数达式。 等效构件转化原则： ◆等效构件的质量或转动惯量所具有的动能应等于整个系统的总动能； ◆等效构件上的力、力矩所产生的瞬时功率应等于整个系统的瞬时功率。 8.2 机械的等效动力学模型 为了便于计算，通常将绕定轴转动或作直线移动的构件取为等效构件，如下图所示。图(a)中作用其上的等效力矩为Me，它具有绕定轴转动的等效转动惯量为Je，图(b)中作用在其上的等效力为Fe，它具有的等效质量为me。 1、等效力矩和等效力 设作用在机械上的外力为Fi(i=1，2，3…，n)，Fi作用点的速度为vi，Fi的方向和vi的方向间夹角为θi，作用在机械中的外力矩为Mj(j=1，2，…，m)，受力矩Mj作用的构件j的角速度为ωj，则作用在机械中所有外力和外力矩所产生的功率之和为： 二、等效量的计算 若等效构件为绕定轴转动的构件，其上作用有假想的等效力矩Me，等效角速度ω，则根据等效构件上作用的等效力矩所产生的功率应等于整个机械系统中所有外力、外力矩所产生的功率之和，可得 Meω=P 当等效构件为移动件、其速度为v时，可推导出作用于其上的等效力为 2、等效转动惯量和等效质量 设机械系统中各运动构件的质量为mi(i=1,2…,n)，其质心Si的速度为vsi；各运动构件对其质心轴线的转动惯量为Jsj(j=1,2,…,m)，角速度为ωj，则整个机械系统所具有的动能为 若等效构件为绕定轴转动的构件，其角速度为ω，其对转动轴的假想的等效转动惯量为Je，则根据等效构件所具有的动能应等于机械系统中各构件所具有的动能之和，得 当等效构件为移动件，其速度v时，同理可推导出等效构件所具有的等效质量为 一、机械运动方程式的建立 根据动能定理，在一定的时间间隔内，机械系统所有驱动力和阻力所做功的总和△W应等于系统具有的动能的增量△E，即：△W=△E 8.3 机械运动方程式的建立及求解 1、能量形式方程式 设等效构件为转动构件，若等效构件由位置1运动到位置2时，其角速度由ω1变成ω2，则上式可写成 P280以等效构件为转动构件，等效力矩和等效转动惯量均是机构位置函数的情况为例，采用能量形式的方程式，介绍了机械系统真实运动的求解方法。推导出了角速度函数和角加速度函数的表达式。请自阅，要求了解其原理。 2、力矩方程式 一、周期性速度波动产生的原因 等效驱动力矩和等效阻力矩所作功之差值为： 8.4 机械的周期性速度波动及其调节方法 作用在机构上的驱动力矩和阻抗力矩在稳定运转状态下往往是原动件转角的周期性函数。 盈功：?W 0 ，用“+”号表示。 亏功：?W 0 ，用“-”号表示。 在盈功区，等效构件的ω ? 在亏功区，等效构件的ω ? 在等效力矩M和等效转动惯量J的公共周期内，Wd=Wr 经过M和J的一个公共周期，机械的动能恢复到原来