第七章機械的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)OperationProcessandSpeedFluctuationofMachineanditsAdjustment

（2）研究機械運轉(zhuǎn)速度的波動及其調(diào)節(jié)§7-1概述1．本章研究的內(nèi)容（1）研究在外力作用下機械真實運動規(guī)律的求解運動分析時假設(shè)：原動件勻速運動速度波動加速度慣性力沖擊振動精度降低、噪音影響工作但通常：原動件并非勻速運動（1）起始階段角速度ω:0ωm機械運轉(zhuǎn)三階段startingperiodoperationprocess

2．（2）穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段

周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)ωm＝常數(shù)在一個周期內(nèi)，Steadymotionperiod—例如:電動機-沖床（2）穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段

周期變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)

等速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)—ω＝ωm＝常數(shù)，Steadymotionperiod例如:電機-水泵（3）停車階段ω:ωm03

．驅(qū)動力和生產(chǎn)阻力（1）驅(qū)動力Stoppingperiod如電動機Md

＝Md(ω)OMdω直流并激電動機OMdω直流并激電動機OMdω交流異步電動機常數(shù)位移的函數(shù)速度的函數(shù)如重錘驅(qū)動件Fd＝COFds重錘COFdsFd=Ks彈簧OMdφ內(nèi)燃機如彈簧Fd＝Fd(s)，

內(nèi)燃機Md＝Md(φ)驅(qū)動力可分為：概述(4/6)

驅(qū)動力和生產(chǎn)阻力由專業(yè)知識確定（2）工作阻力如起重機、車床等。如曲柄壓力機、活塞式壓縮機等。如鼓風機、離心泵、汽車風阻力等。如揉面機、球磨機等。說明常數(shù)執(zhí)行構(gòu)件位置的函數(shù)執(zhí)行構(gòu)件速度的函數(shù)時間的函數(shù)§7-2機械的運動方程式MovementEquation

1．機械運動方程的一般表達式例曲柄滑塊機構(gòu)的運動方程的建立已知機械受力求機械真實運動機械運動方程力（力矩）、質(zhì)量（轉(zhuǎn)動慣量）、運動參數(shù)間關(guān)系。微分形式：動能定理機械系統(tǒng)某時段內(nèi)總動能增量等于所有外力做功之和theoremofkineticenergy單自由度機械系統(tǒng)各構(gòu)件運動參數(shù)間未建立聯(lián)系，未知數(shù)多而難以求解.等效動力學模型求解一個構(gòu)件真實運動求解其余構(gòu)件真實運動一個廣義坐標可描述其運動運動分析一個構(gòu)件運動確定，其余確定各構(gòu)件運動關(guān)系可確定2．機械系統(tǒng)的等效動力學模型例曲柄滑塊機構(gòu)等效轉(zhuǎn)動慣量等效力矩Equivalentdynamicmodels曲柄滑塊機構(gòu)運動方程式簡化為：可預(yù)先求出上式可解得:例如一對齒輪傳動12預(yù)先求取速度比值預(yù)先求取速度比值曲柄滑塊機構(gòu)等效力學模型等效構(gòu)件－曲柄等效轉(zhuǎn)動慣量等效力矩運動方程式廣義坐標－曲柄轉(zhuǎn)角模型解釋：單自由度系統(tǒng)，簡化為一等效構(gòu)件，等效構(gòu)件是虛擬的，等效構(gòu)件運動參數(shù)是真實的，其上的轉(zhuǎn)動慣量與力矩是轉(zhuǎn)化而來。

曲柄滑塊機構(gòu)等能原理等功原理等效構(gòu)件：代替系統(tǒng)進行運動求解等效構(gòu)件動能系統(tǒng)動能等效構(gòu)件功率系統(tǒng)功率

滑塊等效構(gòu)件模型提取曲柄運動參數(shù)曲柄等效構(gòu)件模型提取滑塊運動參數(shù)等效質(zhì)量等效力

曲柄滑塊機構(gòu)推廣到一般機械系統(tǒng)

等效模型

等效動力學模型的虛擬與真實(1)機器實際一構(gòu)件(2)等效構(gòu)件（等效質(zhì)量、慣量、力）選為等效構(gòu)件運動實際構(gòu)件（實際質(zhì)量、慣量、力）不等于virtualmodelandreality等于實際構(gòu)件運動（3）等效構(gòu)件真實運動其它構(gòu)件真實運動運動分析求出3．運動方程推演微分形式：力矩形式：積分形式：deductiondifferentialformintegralmoment§7-3機械運動方程式的求解等效回轉(zhuǎn)構(gòu)件為例解法:解析法、數(shù)值計算法、圖解法等。等效力矩（或力）等效轉(zhuǎn)動慣量（或質(zhì)量）位置、速度或時間的函數(shù)常數(shù)或位置的函數(shù)可能是可能是不同組合解法不同1．等效轉(zhuǎn)動慣量和等效力矩均為位置的函數(shù)

內(nèi)燃機活塞式壓縮機PistontypeaircompressorInternalcombustionengineJe(φ），Me(φ）(2)運動方程式的求解得取一回轉(zhuǎn)件為等效構(gòu)件（1）建模積分形式運動方程式：兩邊積分(3）當：Me＝常數(shù)，Je＝常數(shù)勻加速運動電動機motor2．等效轉(zhuǎn)動慣量是常數(shù)，等效力矩是速度的函數(shù)Je＝常數(shù)，

Me(ω)＝Med(ω)－Mer(ω)，攪拌機mixer，

其運動方程式為:運動方程力矩形式：（1）建模（2）運動方程式求解，非線性微分方程，需用數(shù)值法求解。3．等效轉(zhuǎn)動慣量是位置的函數(shù)，等效力矩是位置和速度的函數(shù)刨床planer、沖床punch

電動機motor力矩形式運動方程Je(φ)Me(φ，ω)§7-4機械的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)一．速度波動的原因（轉(zhuǎn)動機械為例）虧功穩(wěn)定運轉(zhuǎn)期Speedfluctuationincrementofworkdecrementofwork原動機、工作機力矩不匹配總功變化盈功二．速度波動分類1、周期性速度波動2、非周期性速度波動tωtω飛車停車PeriodicspeedfluctuationNon-periodicspeedfluctuation三、等速運動的條件1、2、等速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)：電機－水泵不一定常數(shù)等速運動的條件：能量無波動定軸轉(zhuǎn)動構(gòu)件四、周期性速度波動程度的調(diào)節(jié)1、平均角速度ωm

ωm＝（ωmax＋ωmin）/2不同機械，δ不同，3、相對速度波動量δ＝（ωmax－ωmin）/ωmωφOφTωminωmax許用值[δ](表7-2)。2、絕對速度波動量

速度不均勻系數(shù)δ≤[δ]PeriodicspeedfluctuationaveragespeedCoefficientofspeednonuniformity4．周期性速度波動的調(diào)節(jié)原理Adjustmentprinciple分析假設(shè):系統(tǒng)等效轉(zhuǎn)動慣量Je為常數(shù)EφOφTEminEmaxE0最大盈虧功MaximumIncrementordecrementofwork分析：ΔWmax一定，

Je增大，速度差值減小措施：飛輪flywheel如何增大Je?盈功飛輪吸收能量ω↑飛輪蓄能原理：虧功飛輪放出能量ω↓抽水蓄能發(fā)電鍛壓機飛輪蓄能抽油機平衡鉆井泵空氣包慣性玩具汽車。5、飛輪近似計算已知：［δ］ωm（n）ΔWmax求：Jf設(shè)計：

Je

略如Je<<JF，單位：6、飛輪調(diào)速分析ΔWmax↑

結(jié)論：[δ]↓n↓飛輪安裝在高速軸上，可減少飛輪轉(zhuǎn)動慣量。JF↑JF↑JF↑儲能作用，小功率原動機下，克服尖峰載荷。7、飛輪應(yīng)用儲能調(diào)速。儲能提供動力。慣性玩具汽車。鍛壓機械沖壓機械8、最大盈虧功ΔWmax的確定例題已知：某機械主軸等效阻力矩Mr變化情況，等效驅(qū)動力矩Md

為常數(shù)，主軸轉(zhuǎn)速n=300r/min,求：飛輪Jf解：（1）求Md（2）3000Nm750Nm300Nm（3）求飛輪轉(zhuǎn)動慣量§7-5機械的非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)1．非周期性速度波動

等效力矩Me＝Med－Mer

長時間Med>Mer2．非周期性速度波動的調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)本質(zhì)：重新建立穩(wěn)定運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

方法：使等效驅(qū)動力矩與等效工作阻力矩恢復(fù)平衡關(guān)系。tωtω飛車停車Non-periodicspeedfluctuation

Mer>Med“飛車”“停車”

兩種調(diào)節(jié)情況：自調(diào)性（2）蒸汽機、燃氣輪機、內(nèi)燃機為原動機安裝調(diào)速器（1）電動機為原動機，Spee