第七章 机械的运转及其速度波动的调节习题与答案分解

机械原理复习题（第7章）第7章机械的运转及其速度波动的调节⼀、填空题1、⽤飞轮进⾏调速时，若其它条件不变，则要求的速度不均匀系数越⼩，飞轮的转动惯量将越，在满⾜同样的速度不均匀系数条件下，为了减⼩飞轮的转动惯量，应将飞轮安装在轴上。

2、机械速度呈周期性波动的原因是；其运转不均匀系数δ可表达成。

3、机器速度波动的类型有和两种。

前者⼀般采⽤的调节⽅法是，后者⼀般采⽤的调节⽅法是。

4、在电机驱动的冲床上加了飞轮之后，选⽤的电机功率⽐原来的。

5、最⼤盈亏功是指机械系统在⼀个运动循环中的值与值的差值。

⼆、选择题1、机器中安装飞轮后，可以。

A. 使驱动功与阻⼒功保持平衡；B. 增⼤机器的转速；C. 调节周期性速度波动；D. 调节⾮周期性速度波动。

2、对于存在周期性速度波动的机器，安装飞轮主要是为了在阶段进⾏速度调节。

A.起动；B.停车；C.稳定运转。

3、对于单⾃由度的机构系统，假想⽤⼀个移动构件等效时，其等效质量按等效前后相等的条件进⾏计算。

A.动能；B.瞬时功率；C.转动惯量。

4、利⽤飞轮进⾏调速的原因是它能能量。

A.产⽣；B.消耗；C.储存和放出。

5、在周期性速度波动中，⼀个周期内等效驱动⼒做功d W 与等效阻⼒做功r W 的量值关系是。

A.d r W W >；B.d r W W <；C.d r W W ≠；D.d r W W =。

6、有三个机构系统，它们主轴的max ω和min ω分别是：A.1025rad/s 975rad/s ，；B.512.5rad/s rad/s ，487.5；C.525rad/s rad/s ，475。

其中，运转最不均匀的是。

三、分析、计算题1、已知某机械⼀个稳定运动循环内的等效⼒矩r M 如图所⽰，等效驱动⼒矩d M 为常数，等效构件的最⼤及最⼩⾓速度分别为：s rad /200max =ω及s rad /180min =ω。

试求：（1）等效驱动⼒矩d M 的⼤⼩；（2）运转的速度不均匀系数δ；（3）当要求δ在0.05范围内，并不计其余构件的转动惯量时，应装在等效构件上的飞轮的转动惯量F J 。

由安装空间确定Dm,求出m. 根据轮缘的断面形状,材料的密度ρ,求出体积V,厚度 H,宽度B 1,轮缘断面为矩形:m=Vρ=πDmHBρ,选定H/B , ρ ,可定尺寸. 2 1 D mD 2 选定D,求出m. 2,实心圆盘:J = m = 2 2 8 由:m=V ρ=π D2B ρ/4,选定ρ,可求出B 注意:飞轮轮缘速度越高,其轮缘材质产生的离心力越大, 当离心力超过材料所能承受的强度极限时,轮缘会爆裂. 为了安全,选择Dm和D(外圆直径时,应使飞轮外圆的圆周速度小于以下安全数值: 铸铁飞轮:Vmax36m/s 铸钢飞轮: Vmax50m/s
小结: 1,速度波动有周期性速度波动和非周期性速度波动; 2,周期性速度波动调节的方法——飞轮——吸收,储存能量,释放能量——减缓速度波动; 1 2 2 ΔE = J (ω ω0 2 3,飞轮设计:近似设计——以飞轮的转动惯量代替机器的①,给定δ,ωm,求
ωmax , ωmin ; ②,由M-φ图求Amax ; 1 2 2 2 ③,由 Emax- Emin = Amax = J (ω max ω min = Jω mδ ,求作业: 2 J; 7-2 ④,由J求飞轮各部分尺寸Dm,D,H,B; ⑤,注意飞轮圆周速度不可过大,即Dm,D不可过大.。

第七章 机械的运转及其速度波动的调节一．学习指导与提示在做机械的运动分析和受力分析时，都认为原动件的运动规律是已知的并且做等速运动。

实际上，原动件的真实运动规律与作用在机械上的外力、原动件的位置和所有构件的质量、转动惯量等因素有关，因而在一般条件下，原动件的速度和加速度是随着时间而变化的。

因此设计机械时，如果对执行构件的运动规律有比较严格的要求，或者需要精确地进行力的计算和强度计算时，就需要首先确定机械在外力作用下的真实运动规律。

1、以角速度ω作定轴转动的等效构件的等效参量的计算如等效构件以角速度ω作定轴转动，其动能为：E J e =122ω组成机械系统的各构件或作定轴转动，或作往复直线移动，或作平面运动，各类不同运动形式的构件动能分别为：E J i si i =122ωE m v i i si =122 E J i si i =122ω+122m v i si整个机械系统的动能为：E J i n si i ==∑1212ω + i n i si m v =∑1212式中：ωi 为第i 个构件的角速度；m i 为第i 个构件的质量；J si 为第i 个构件对其质心轴的转动惯量；v si 为第i 个构件质心处的速度。

由于等效构件的动能与机械系统的动能相等，则有：122J e ω = i n si i J =∑1212ω+ i n i si m v =∑1212 方程两边统除以122ω，可求解等效转动惯量：J e = i n si i J =∑12（ωω) +21)(ωsi i n i v m ∑=2．周期性速度波动调节与非周期性速度波动调节机械在某段工作时间内，若驱动力所作的功大于阻力所作的功，则出现盈功；若驱动力所作的功小于阻力所作的功，则出现亏功。

盈功和亏功将引起机械动能的增加和减少，从而引起机械运转速度的波动。

机械速度波动会使运动副中产生附加的动压力，降低机械效率，产生振动，影响机械的质量和寿命。

第七章 机械的运转及其速度波动的调节1一般机械的运转过程分为哪三个阶段在这三个阶段中,输入功、总耗功、动能及速度之间的关系各有什么特点2为什么要建立机器等效动力学模型建立时应遵循的原则是什么3在机械系统的真实运动规律尚属未知的情况下，能否求出其等效力矩和等效转动惯量为什么4飞轮的调速原理是什么为什么说飞轮在调速的同时还能起到节约能源的作用 5何谓机械运转的"平均速度"和"不均匀系数"6飞轮设计的基本原则是什么为什么飞轮应尽量装在机械系统的高速轴上系统上装上飞轮后是否可以得到绝对的匀速运动7机械系统在加飞轮前后的运动特性和动力特性有何异同（比较主轴的ωm ，ωmax ，选用的原动机功率、启动时间、停车时间，系统中主轴的运动循环周期、系统的总动能） 8何谓最大盈亏功如何确定其值9如何确定机械系统一个运动周期最大角速度Wmax 与最小角速度Wmin 所在位置 10为什么机械会出现非周期性速度波动，如何进行调节 11机械的自调性及其条件是什么 12离心调速器的工作原理是什么13对于周期性速度波动的机器安装飞轮后，原动机的功率可以比未安装飞轮时 。

14 若不考虑其他因素，单从减轻飞轮的重量上看，飞轮应安装在 轴上。

15大多数机器的原动件都存在运动速度的波动，其原因是驱动力所作的功与阻力所作的 功 保持相等。

16机器等效动力学模型中的等效质量（转动惯量）是根据系统总动能 的原则进行转化的，因而它的数值除了与各构件本身的质量（转动惯量）有关外，还与构件 的 有关。

17当机器中仅包含速比为 机构时，等效动力学模型中的等效质量（转动惯量）是常数；若机器中包含 自由度的机构时，等效质量（转动惯量）是机构位置的函数。

18 图示行星轮系中,各轮质心均在其中心轴线上，已知J 1001=.kg ⋅m 2,J 2004=.kg ⋅m 2，J 2001'.=kg ⋅m 2，系杆对转动轴线的转动惯量J H =018.kg ⋅m 2，行星轮质量m 2=2kg ，m 2'=4kg ，0.3H l =m ，13H i =-，121i =-。

在图示的搬运机构中，已知滑块 5 质量 m5=20kg，l AB=l ED=100mm ， L BC=L CD=L EF=200mm，123390 。

作用在滑块 5 上的工作阻力F5＝1000N；其余构件的质量和转动惯量均忽视不计，如选构件 1 为等效构件，试求机构在图示地点的等效阻力矩M r和等效转动惯量J e。

图【剖析】关于此题，因为除滑块 5 外，其余构件的质量和转动惯量均忽视不计。

所以只需求得v5 / 1的值，便可求得所需的等效阻力矩和等效转动惯量。

解：（ 1）求v5/1因为123390，所以在矢量方程vC vBvCB中，v和v大小相等，方向同样；同理，在矢量方程v F v E v FEC B中，v F和 v E也是大小相等，方向同样。

关于构件3，因为 L CD=2L ED ，所以v E v C/ 2。

这样：v vF v 1 v 1 v11l AB5E2C B22从而v5l AB0.120.05m12 (2)求 M rMr F (v5) 1000 0.05 50N m51(3)求 J en22依据公式J e m i v Si J Si i得：i 1v52J e m5200.05 20.05 kg m21【评注】本例比较简单，重点在于进行运动剖析，因为机构处于特别地点，给速度的剖析带来必定的困难，但只需弄清楚速度的关系，特别地点的机构速度剖析又特别简单。

在图 (a)所示的机构中，曲柄l 的长度为 l1，其对轴 A 的转动惯量为Jl。

连杆2的长度为l2，质心在S，且lBS=l2/2，质量为 m2，绕质心 S 的转动惯量为J2，滑块 3 为一齿条，质量为m3。

齿轮 4 的转动惯量为J4，其分度圆半径为r4。

作用在机械上的驱动力矩为M 1，工作阻力矩为M Q。

试求以曲柄 1 为等效构件时的等效转动惯量J e和等效劳矩M e。

图【剖析】此题是典型的平面连杆机构的等效转动惯量和等效劳矩的计算问题，解题的重点是速度剖析和等效公式的运用。

18图示行星轮系中，各轮质心均在其中心轴线上，已知m 2'=4kg ,用在轮1上的阻力矩 Mj^ON m 。

试求:（1） 等效到轮1上的等效转动惯量； （2） 等效到轮1上的等效力矩。

第七章机械的运转及其速度波动的调节1 一般机械的运转过程分为哪三个阶段 ？在这三个阶段中，输入功、总耗功、动能及速度之间 的关系各有什么特点？ 2为什么要建立机器等效动力学模型？建立时应遵循的原则是什么? 3在机械系统的真实运动规律尚属未知的情况下, 什么？ 能否求出其等效力矩和等效转动惯量？为 4飞轮的调速原理是什么？为什么说飞轮在调速的同时还能起到节约能源的作用？5何谓机械运转的"平均速度”和"不均匀系数” ？ 6飞轮设计的基本原则是什么？为什么飞轮应尽量装在机械系统的高速轴上？系统上装上 飞轮后是否可以得到绝对的匀速运动? （比较主轴的 伽,从ax ,选用的原 动机功率、启动时间、停车时间，系统中主轴的运动循环周期、系统的总动能）？ 7机械系统在加飞轮前后的运动特性和动力特性有何异同 8何谓最大盈亏功？如何确定其值? 9如何确定机械系统一个运动周期最大角速度 Wmax 与最小角速度Wmin 所在位置? 10为什么机械会出现非周期性速度波动，如何进行调节? 11机械的自调性及其条件是什么? 12离心调速器的工作原理是什么? 13对于周期性速度波动的机器安装飞轮后，原动机的功率可以比未安装飞轮时 14若不考虑其他因素，单从减轻飞轮的重量上看，飞轮应安装在 轴上。

15大多数机器的原动件都存在运动速度的波动，其原因是驱动力所作的功与阻力所作的功 _______________________________________ 保持相等。

16机器等效动力学模型中的等效质量（转动惯量）是根据系统总动能 _______ 则进行转化的，因而它的数值除了与各构件本身的质量（转动惯量）有关外，还与构件的原有关。

第七章 机械的运转及其速度波动的调节题7-7如图所示为一机床工作台的传动系统，设已知各齿轮的齿数，齿轮3的分度圆半径r 3，各齿轮的转动惯量J 1、J 2、J 2`、J 3，因为齿轮1直接装在电动机轴上，故J 1中包含了电动机转子的转动惯量，工作台和被加工零件的重量之和为G 。

当取齿轮1为等效构件时，试求该机械系统的等效转动惯量J e 。

解：根据等效转动惯量的等效原则，有∑=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=ni i Si Si i e J v m J 122ωωω 2322123232213221222121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+='''Z Z Z Z r g G Z Z Z Z J Z Z J Z Z J J J e 212133212221221⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=''ωωωωωωωv g G J J J J J e 题7-9已知某机械稳定运转时其主轴的角速度ωs =100rad/s ，机械的等效转动惯量J e =0.5Kg ·m 2，制动器的最大制动力矩M r =20N ·m （该制动器与机械主轴直接相联，并取主轴为等效构件）。

设要求制动时间不超过3s ，试检验该制动器是否能满足工作要求。

解：因此机械系统的等效转动惯量J e 及等效力矩M e 均为常数，故可利用力矩形式的机械运动方程式dtd J Me e ω= 其中：25.020m kg m N M M r e ⋅=⋅-=-= ωωωd d d M J dt r e 025.0205.0-=-=-= ()st S S 5.2025.0025.0==--=∴ωωω由于 s s t 35.2<= 所以该制动器满足工作要求。

题7-11 在图a 所示的刨床机构中，已知空程和工作行程中消耗于克服阻抗力的恒功率分别为P 1=367.7W 和P 2=3677W ，曲柄的平均转速n=100r/min ，空程中曲柄的转角φ1=120°。

第七章 机械的运转及其速度波动的调节题7-1如图所示为一机床工作台的传动系统，设已知各齿轮的齿数，齿轮3的分度圆半径r 3，各齿轮的转动惯量J 1、J 2、J 2`、J 3，因为齿轮1直接装在电动机轴上，故J 1中包含了电动机转子的转动惯量，工作台和被加工零件的重量之和为G 。

当取齿轮1为等效构件时，试求该机械系统的等效转动惯量J e 。

解：根据等效转动惯量的等效原则，有∑=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=ni i Si Si i e J v m J 122ωωω 212133212221221⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=''ωωωωωωωv g G J J J J J e 2322123232213221222121⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+='''Z Z Z Z r g G Z Z Z Z J Z Z J Z Z J J J e 题7-2已知某机械稳定运转时其主轴的角速度ωs =100rad/s ，机械的等效转动惯量J e =0.5 Kg ·m 2，制动器的最大制动力矩M r =20N ·m （该制动器与机械主轴直接相联，并取主轴为等效构件）。

设要求制动时间不超过3s ，试检验该制动器是否能满足工作要求。

解：因此机械系统的等效转动惯量J e 及等效力矩M e 均为常数，故可利用力矩形式的机械运动方程式dt d J M ee ω= 其中：25.020m kg m N M M r e ⋅=⋅-=-= ωωωd d d M J dt r e 025.0205.0-=-=-= ()s t S S 5.2025.0025.0==--=∴ωωω由于 s s t 35.2<= 所以该制动器满足工作要求。

题7-3图a 所示为一导杆机构，设已知l AB =150mm ，l AC =300mm ，l CD =550mm ，质量为m 1=5kg （质心S 1在A 点），m 2=3kg （质心S 2在B 点），m 3=10kg （质心S 3在l CD /2处），绕质心的转动惯量为J S1=0.05kg ·m 2，J S2=0.002kg ·m 2，J S3=0.2kg ·m 2，力矩M 1=1000N ·m ，F 3=5000N 。

第七章 转子速度波动的调节一. 考点提要1. 主轴的角速度在经过一个运动周期之后又变回到初始状态，其平均角速度是一个常数，这种角速度的波动称为周期性速度波动。

２. 速度周期性波动的原因是，在整个周期中，驱动力作功与阻力作功总量相等，没有动能的持续增减，因此平均角速度不变。

但是在某个阶段，驱动力作功与阻力作功是不相等的，有动能的增加或减少，因此出现了角速度的变化。

３. 平均角速度是最大角速度和最小角速度的算术平均值： 2minmaxm （７－１）４. 速度不均匀系数是衡量速度波动程度的量，其值为：mminmax（７－２）５.周期性速度波动的调节方法是在机械上安装一个转动惯量比较大的回转构件―――飞轮。

当驱动功大于阻力作功的期间，多余的动能储存在飞轮中，使转速随动能的增加而增加，驱动功比阻力功大的部分称盈功。

当驱动功小于阻力作功的期间，储存在飞轮中的动能维持构件继续转动，使转速随动能的降低而降低。

驱动功小于阻力功的不足部分称亏功。

最大动能和最小动能的差值称最大盈亏功max A ，数值上等于动能的最大变化量E 。

)(212min2max maxH A E把（７－１）（７－２）代入得：][900][22max2max n A A J m（７－３） 式中：min /;/r n s rad m 是是平均角速度 6. 等效力和等效力矩在机械系统运动工作中，某个构件的瞬时功率为：i si i i i i v F M P cos式中的i M 代表标号为第i 的任意一个构件所受力矩；i 代表第i 个任意构件的角速度；i F 代表第i 个构件的受力；si v 代表第i 个构件质心的线速度；i 为第i 个构件受力方向与质心速度方向的夹角。

则整个系统的瞬时功率为：ni i si i n i i i v F M P 11cos用作用在某个构件上的等效力矩代替所有的力和力矩，其瞬时功率应相等，所以有：ni isi i ni ii e v F M M 11cos(7—4)用作用在某个构件上的等效力代替所有的力和力矩，同理有：ni isii ni i i e v v F v M F 11cos (7—5) 6.等效质量和等效转动惯量在机械系统中任意一个构件的动能为：222121si i i si i v m J E式中的si J 代表标号为第i 的任意一个构件对其质心的转动惯量；i 代表第i 个任意构件的角速度；i m 代表第i 个构件的质量；si v 代表第i 个构件质心的线速度；E i 代表第i 个构件的动能。

专业：学号：姓名：专业：学号：姓名：①何谓等效构件？何谓等效力和等效力矩？何谓等效质量与等效转动惯量？②为什么要建立机器等效力学模型？建立时应遵循的原则是什么？建立机器等效力学模型的意义何在？对轴C的转动惯量J C=0.016 kg·m2，=10N·m。

若取曲柄1为等效构件，专业：学号：姓名：专业：学号：姓名：专业：学号：姓名：干部教育培训工作总结[干部教育培训工作总结] 年干部教育培训工作，在县委的正确领导下，根据市委组织部提出的任务和要求，结合我县实际，以兴起学习贯彻“三个代表”重要思想新高潮为重点，全面启动“大教育、大培训”工作，取得了一定的成效，干部教育培训工作总结。

现总结报告如下：一、基本情况全县共有干部**人，其中中共党员**人，大学本科以上学历**人，大专学历**人，中专学历**人，高中及以下学历**人。

**年，以县委党校、县行政学校为主阵地，举办各类培训**期，培训在职干部**人，占在职干部总数的**.*%，培训农村党员、干部**人，其中：举办科级领导干部轮训班*期，培训**人；举办科级领导干部“三个代表”重要思想专题学习班*期，培训**人；举办科级以下公务员培训班*期，培训**人；举办企业经营管理者培训班*期，培训**人；举办专业技术人员培训班*期，培训**人；举办非中共党员干部培训班*期，培训**人；举办理论骨干培训班*期，培训**人；举办妇女干部培训班*期，培训**人；举办基层团干培训班*期，培训**人；举办农村党支部书记、村主任培训班各*期，培训**人，达到了每年培训在职干部五分之一的要求，超额完成了培训任务。

另外，上派了*名县级领导干部、**名科级领导干部、*名中级以上职称的专业技术人员参加盛市委党校的培训，有**名县级领导参加了市委组织部、市委党校举办的“三个代表”重要思想轮训班，全面完成了上级的调学任务。

二、主要做法（一）着力抓好集中正规化培训1、加强领导，提高培训工作的计划性。

简答题：1.别离写出机械在起动时期、稳固运转时期和停车时期的功能关系的表达式，并说明原动件角速度的转变情形。

起动时期：W d ＝W c ＋E ，机械的角速度ω由零渐增至ωm稳固运行时期：周期变速稳固运转：W d ＝W c ，ωm ＝常数，而ω 作周期性转变 等速稳固运转：W d ≡W c ω＝ωm ＝常数，停车时期： E ＝－W c ，ω由ωm 渐减为零。

2. 图示为某机械的等效驱动力矩()d M ϕ和等效阻力矩()r M ϕ的线图，其等效转动惯量为常数，该机械在主轴位置角ϕ等于 π/2 时，主轴角速度达到max ω,在主轴位置角ϕ等于 2π 时，主轴角速度达到min ω。

3.机械等效动力学模型中，等效质量的等效条件是什么？试写出求等效质量的一样表达式。

不明白机构的真实的运动，可否求得其等效质量？ 为 什 么？答：等效质量的等效条件是：等效构件与原机械系统动能相等，一样表达式为：m e ＝∑[m i (v Si /v )2＋J Si (ωi /v )2]。

不明白真实运动不能求得等效质量，因为计算表达式中需要机构的具体运动参数。

机 器 等 效 动 力 学 模 型 中， 等 效 力 的 等 效 条 件 是 什 么？ 试 写 出 求 等 效 力 的 一 般 表 达 式。

不 知 道 机 器 的 真 实 运 动， 能 否 求 出 等 效 力？ 为 什 么？ 答：等效劳的等效条件是：等效构件与原机械系统的瞬时功率相等，一样表达式：F e ＝∑[F i cos αi (v i /v ) ± M i (ωi /v )]，不明白真实运动不能求得等效力，因为计算表达式中需要机构的具体运动参数。

填空题：1. 设某机械的等效转动惯量为常数，那么该机械作匀速稳固运转的条件在每一瞬时,驱动功率等于阻抗功率 ， 作变速稳固运转的条件是 在一个运动周期中，驱动功等于阻抗功 。

2. 机械中安装飞轮的缘故，一样是为了 调剂周期性速度波动，同时还可取得降低原动机功率 的成效。