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第7章--机械的运转及其速度波动的调节培训讲学

第7章--机械的运转及其速度波动的调节培训讲学

•当第取四移动级构件为等效构件时，
• 第五Fe＝级∑[Ficosαi(vi /v) ± Mi(ωi /v)]
me＝∑[mi(vSi /v)2＋JSi(ωi /v)2]
例 齿轮推动连杆机构的等效转动惯量和等效力矩的计算
3
概述(5/6)
单击此处编辑母版标题样式 2）驱动力的表达式
当为用了解简析化法计研算究，机常械将在原外动力机作的用机下械的特运性动用时简，单原的动多机项发式出来 的近驱似动表力示必。须以解析式表达。
•
单击此处编辑母版文M本样式
设交流异步电动机的额定
B
转矩• 为第M二n，级额定角速度为ωn；
N
其同机•步械转第特速三性为级曲ω0线, 此B时C的转部矩分为,零又。 A
Mn Md
常近• 似第地四以级直线NC(或抛物线)
的来驱代• 动替第力。五矩其级上M任d 可意表一达点为所 确定 O
ωn
Cω
Md = Mn(ω0－ω)/(ω0－ωn)
ω ω0
式中Mn、ω0、ωn可由电动机产 品目录中查出。
交流异步电动机2020/6Fra bibliotek284
概述(6/6)
单击此处编辑母版标题样式 （2）工作阻力 机械的执行构件 所 承受的生产阻力的变化规律，常取决于机 械工艺过程的特点。按其机械特性来分，生产阻力可分为：
•例第曲四柄级滑块机构的等效动力学模型
以曲柄为等效构件时的等效动力学模型
• 第五以级滑块为等效构件时的等效动力学模型
2020/6/28
7
机械的运动方程式(3/5)
（结1）论单等：击效动此力学处模型编的概辑念：母版标题样式
对于一个单自由度机械系统的运动的研究，可简化为对其一

机械原理(第七版)第7章 机械的运转及其速度波动的调节

机械原理(第七版)第7章 机械的运转及其速度波动的调节

力学模型。
徐州工程学院
在建立等效动力学模型时，通常取连架杆作为等效构 件，如图7-4即为两种常用的等效动力学模型：
a）
图7-4
b)
图a的模型中，等效构件是回转构件（曲柄），其ω与 原机构中该构件本身的ω相同，但其具有的转动惯量为Je， 其上作用的力矩为Me。 图b的模型中，等效构件是移动构件（滑块），其v与 原机构中该构件本身的v相同，但其具有的质量为me，其 上作用的力为Fe。 徐州工程学院
徐州工程学院
§7—3 机械系统运动方程的建立与求解
一、机械系统运动方程的建立
(Establishment and Solution of the Motion Equation of a Mechanical System )
1、机械系统运动方程的一般表达式
根据动能定理，机械系统在某一瞬间dt内总动能的增 量dE应等于在该瞬间内作用在该机械系统的各外力（外力 矩）所作的元功dW，即： dE= dW
Me= [Ficosαi(vi /ω)±Mi(ωi /ω)]
i 1
徐州工程学院
n
2）等效构件为以v移动的滑块时，则Ne=Fev。 由Ne=N可得 Fe的一般表达式： n Fe= [Ficosαi(vi /v)±Mi(ωi / v)]
i 1
∵ Me、Fe与外力Fi、外力矩Mi及速比有关，而速比是等效 构件位置的函数或常数。
统等效转化为只有一个独立运动的等效构件(Equivalent
link) ，等效构件的运动与机械中该构件本身的运动相同。
徐州工程学院
等效转化的原则是：使机械系统转化前后的动力学效果保 持不变。即：
1）等效构件的等效质量me或转动惯量Je所具有的动能等

机械的运转及其速度波动的调节

机械的运转及其速度波动的调节

(2) 以滑块3为等效构件 时，等效动力学模型如 图 b ,等效构件的速度 与构件3的速度相同为
v3。
8
前一节建立了单自由度机械系统的等效动力学模 型－等效构件。
其目的是为了能通过此模型来研究机械的真实运 动规律，建立起外力与真实运动之间的运动方程 式。
动能定理：机械运转时，在任一时间间隔dt内， 所有外力所作的元功dw应等于机械系统动能的增 量dE，来建立它们之间的运动方程。
图示的特征曲线可以用一
条通过N点和C点的直线近
似代替。直线方程为：
Md = Mn(ω0-ω)/(ω0-ωn)
ω0为电动机同步角速度； ωn为电动机额定角速度， Mn为电动机额定转矩。
•生产阻力与运动参数的关系 决定于机械的不同工艺过程， 如车床的生产阻力为常数，鼓 风机、离心机的生产阻力为速 度的函数，曲柄压力机的生产 阻力是位移的函数等等。


Wm a x
Jm2
机械中安装一个具有等效转动惯量JF的 飞轮后，速度不均匀系数δ变为：


Wm a x
(J J F )m2
显然，装上飞轮后，速度不均匀系数δ将变小。 理论上总能有足够大的飞轮JF来使机械的速度
波动降到允许范围内。
由于外力的变化，机械的运转速度产生波动，但其平均 速度保持稳定。因此，系统的动能保持稳定。外力对系
统做功在一个波动周期内为零(Wd-Wr=0)。
系 速统度在也一相个等周（期如始图末中的A动、能B相两等点（）E，A 但= 在EB一）个，周原期动内件的的 任一区间，驱动功和阻抗功不一定相等，机械的动能将 增加或减少，瞬时速度产生波动。
第二，研究机械运转速度波动产生的原因及其调节方

机械原理机械的运转及其速度波动

机械原理机械的运转及其速度波动
❖速度特征：系统的速度增加=0m
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机械原理机械的运转及其速度波动
•2）. 稳定运转阶段
• 原动件速度保持常数 或在正常工作速度的平均 值上下作周期性的速度波 动。 • •
❖功(率)特征：Wd-WcT=0 • ❖动能特征：E= Wd-WcT=0
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此阶段分两种情况：
① 常数，但在正常工作 速度的平均值m上下作周期
•等效质 量 •等效 力
❖等效条件：
• 1）me (或Je)的等效条件——等效构件的动能应等于原机械系 统的总动能。
• 2）Fe (或Me)的等效条件——等效力Fe (或等效力矩Me)的瞬 时功率应等于原机构中所有外力在同一瞬时的功率代数和。
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机械原理机械的运转及其速度波动
•例：已知z1= 20、z2 = 60、 J1、 J2、 m3、 m4、M1、F4及曲柄长为l，现 取曲柄为等效构件。求图示位置时 的 Je、Me。 •解 •等效转动惯量
般表达式为
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机械原理机械的运转及其速度波动
•注意！
•等效质量、等效力也是机构位置的函数，与 速比有关，与机构的真实速度无关。
•曲柄滑块机 构等效力学模 型
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机械原理机械的运转及其速度波动
•一般推广 •1）取转动构件为等效构件 •等效转动惯量
•等效力 •2）取矩移动构件为等效构件
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机械原理机械的运转及其速度波动
第七章 机械的运转及其速度波动的调节
•例：在用电动机驱动的鼓风机系统中，若以鼓风
机主轴为等效构件，等效驱动力矩
Nm，
等效阻力矩 Nm，等效转量 ，求鼓风机
由静止启动到

机器的运转及其速度波动的调节课件

机器的运转及其速度波动的调节课件

03
机器运转的调速器
调速器的种类与特点
01
02
03
04
机械调速器
利用机械机构实现速度调节， 具有结构简单、成本低、可靠
性高的特点。
电气调速器
利用电磁原理实现速度调节， 具有调节范围广、精度高的特
点。
液压调速器
利用液压原理实现速度调节， 具有输出力大、稳定性好的特
点。
气动调速器
利用气压原理实现速度调节， 具有反应快、易实现自动控制
机器的运转及其速度波动的调节课 件
目录
• 机器运转的基础知识 • 机器运转的速度波动 • 机器运转的调速器 • 机器运转的速度控制 • 机器运转的速度波动调节案例分析 • 总结与展望
01
机器运转的基础知识
机器运转的定义与原理
机器运转的定义
机器运转是指机器或设备在一定 的条件下，通过输入能量，使其 内部各部件产生连续不断的运动 ，以完成一定的功能。
液压调速器
适用于大型机械、工程机械等需要大功率速 度调节的场合。
电气调速器
适用于电力拖动系统、电机等需要精确速度 控制的场合。
气动调速器
适用于高速、高精度、自动控制的场合，如 生产线、自动化设备等。
04
机器运转的速度控制
速度控制的定义与目标
定义
速度控制是指通过调整机器的输入或输出， 使其达到预设的速度或保持稳定的运行状态 。
类型
根据产生原因和影响，速度波动可分为随机波动和周期性波 动。
速度波动的产生原因与影响
产生原因
机器运转过程中，会受到多种因素的影响，如负载变化、传动系统误差、运动 副间隙等，导致速度产生波动。
影响
速度波动可能导致机器运行不稳定，产生噪音、振动和磨损等问题，影响机器 的工作性能和寿命。

第7章机械运转速度波动的调节000002

第7章机械运转速度波动的调节000002

它是由最大盈功或最大亏功转化而来的。机械在一个
周期内动能的最大变化量称为最大盈亏功Amax ，即
Amax Emax Emin 12J(m 2ax m 2in)
J
max
min
2
m
max
min
m
Jm2
由此得到安装在主轴上的飞轮转动惯量
J
Am ax
2 m
§7-2 飞轮设计的近似方法
三、飞轮的设计
或
J
J
m
mLeabharlann 2 第7章 机械运转速度波动的调节
作业： 7-2、7-3
缘的平均直径为Dm，则
Jm D m2mm 2D 2 4
(78)
§7-3 飞轮主要尺寸的确定
当按照机器的结构和空间位置选定轮缘的平均直径Dm之后， 由式(7-8)便可求出飞轮的质量m。设轮缘为矩形断面，它 的体积、厚度、宽度分别为V(m3)、 H(m)、 B(m)，材料 的密度为ρ(kg/m3)，则
几个结论：
1. 当Amax与ωm一定时，J与成反比。如
图7-3所示，当取得很小时，飞轮的 转动惯量就会很大。所以，过分追求 机械运转的速度均匀性，将使飞轮过 于笨重，增加成本。
J
A m ax
2 m
2. 当J与ωm一定时， Amax与成正比，表
明机械只要有盈亏功，不论飞轮有多大，
都不等于零；最大盈亏功愈大，机械 运转愈不均匀。
§7-2 飞轮设计的近似方法
2. 最大盈亏功Amax的确定
亏功
盈功
能量最高点
能量最低点
§7-2 飞轮设计的近似方法
能量指示图是一个封闭的台阶形折线矢量图形。按 一定比例从o点出发，用矢量线段依次表示相应的

机械原理___第七章_机械的运转及其速度波动的调节


JvJS2(
bclAB)2 pblBC
m2(
ps2lAB)2 pb
m3(
pclAB) pb
为该机组其余构件，即与等
效构件有变传动比的各构件的等效转动惯量，它的值是机构位置
的函数。
右图是一个运动循环中该机组的等效转动
JV
惯量J随等效构件转角而变化的曲线图。
JF
因此在计算时常常只计算JF。
第7章 机械的运转及其速度波动的调节
③取绕固定轴转动的构件为等效构件时，则有 Je mel2OA
（∵1 2m ev21 2m e2lAB 1 2Je2）
④Je 、me都是假想的转动惯量和质量，它们不是机械中所有运动构件的 转动惯量和质量之和；
⑤mi、Jsi各自对应着mei、Jei，并且式子me=∑mei、Je =∑ Jei成立；
mivs
2 i

1 2
Jsii2）
me in（ 1 m（i vvsi ）2 J（ si vi ）2）
第7章 机械的运转及其速度波动的调节
二、机械系统的等效动力学e可能是常数，也可能是机构位置的周期函数； ②Je 、me仅与速比有关，与速度真值无关，可在不知速度的真实值的情 况下任选μν求得；
n
n
E E i (m ivS 2/i2JS2 i2/2)
i 1
i 1
若作用于构件 i上的作用力为Fi，力矩为Mi ，力Fi 作用点
的速度为ui
，构件的角速度为ω
n
n
i
，则其瞬时功率为：
N N i (F iico i sM ii)
i1
i1
运动方程的一般表达式为：
转的假想物体的转动惯量来代替机械中运动构件的质量和

第七章机械的运转及其速度波动的调节


3. 停车阶段 在机械停止运转的过程中，Wd＝0。当阻抗功逐渐将机械具有的动能 消耗完了时，机械便停止运转。这一阶段的功能关系可用下式表示 （10-3）
§7-2
机械的运动方程式
一、机械的运动方程式的一般表达式 研究机械的运转问题时，需要建立作用在机械上的力、构件的质量、 转动惯量和其运动参数之间的函数关系，亦即建立机械的运动方程。 设某机械系统在某一瞬间总动能的增量为dE，则根据动能定理 动能定理，此动 动能定理 能增量应等于在该瞬间内作用于该机械系统的各外力所作的元功之和dW， 即 以图7—3所示的曲柄滑块机构为例加以具体说明。
图 7-7
图 10-6
ϕ ϕ
ωm
∫ =
ϕ
0
ωdϕ
ϕp
2
ωm =
ω max + ω min
（7-27） (11-45)
机械速度波动的程度不能仅用速度变化的幅度ωmax－ωmin来表示，平 均角速度ωm也是一个重要指标。综合考虑这两方面的因素，故用机械运 转速度不均匀系数δ来表示机械速度波动的程度，其定义为： （7-28） 2. 飞轮的简易设计方法 (1) 飞轮 飞轮(flywheel)调速的基本原理 调速的基本原理 由图10-4,b可见，在b点处机械出现能量最小值Emin，而在c点处出现 能量最大值Emax。故在ϕb与ϕc之间将出现最大盈亏功△Wmax，即驱动功与 阻抗功之差的最大值，其值可由下式计算，即 （10-29） (11-47)
瞬时功率的一般表达式为 上式中，若Mi与ωi同向，则取“+”；反之取“—”号。 机械运动方程式的一般表达式
二、机械系统的等效动力学模型 仍以图l0-32所示的曲柄滑块机构为例来说明。现选曲柄1的转角φ1为 独立的广义坐标，并将式(10-5)改成如下形式：

西北工大版机械原理课件第7章机械的运转与调速

Jedω/dt=Me
积分得： ω＝ω0＋αt
即： α=dω/dt=Me/Je = 常数
二、Je=const，Me＝Me (ω) （等效转动惯量为常数，等效力矩是速度的函数，如电机驱动的鼓风机和搅拌机等。
Me (ω)＝Med(ω)- Mer(ω)
变量分离： dt=Jedω/ Me (ω)
积分得:
＝Jedω/dt
若 t=t0=0, ω0=0 则：
可求得ω＝ω(t),由此求得：
若 t=t0, φ0=0， 则有：
三、Je=Je (φ) ，Me=Me (φ、ω) (等效转动惯量是位置函数，力矩是位置和速度的函数)
运动方程: d(Je (φ)ω21/2 )=Me (φ、ω)dφ
为非线性方程，一般不能用解析法求解，只能用数值差分法。不作介绍。
把这种具有等效质量或等效转动惯量，其上作用有等效力或等效力矩的等效构件称为原机械系统的等效动力学模型。
对于单自由度机械系统，只要确定了一个构件的运动，其他构件的运动就随之确定，因此，通过研究等效构件的运动规律，就能确定原机械系统的运动。
等效转化的原则是：
基本概念
1、等效构件：具有与原机械系统等效质量或等效转动惯量、其上作用有等效力或等效力矩，而且其运动与原机械系统相应构件的运动保持相同的构件。 2、等效条件： (1) 等效构件所具有的动能等于原机械系统的总动能； (2) 等效构件的瞬时功率等于原机械系统的总瞬时功率。 3、等效参数： (1) 等效质量me，等效转动惯量Je； (2) 等效力Fe，等效力矩Me。
对于不同的机器，因工作性质不同而取不同的值[δ]。
设计时要求：δ≤[δ]
造纸织布 1/40～1/50
纺纱机 1/60`～1/100

7《机械原理》机械的运转及其速度波动的调节

7《机械原理》机械的运转及其速度波动的调节机械原理是研究机械的运转原理和调节方法的学科，其中之一的问题是机械的运转及其速度波动的调节。

机械的运转是指机械设备在正常工作状态下的运动情况，而速度波动则是指机械设备在运转过程中出现的速度变化。

为了保证机械设备的正常运转和提高工作效率，必须对机械的运转及其速度波动进行调节。

机械的运转及其速度波动的调节包括两个方面的内容，一是机械运动的平稳性，二是机械的速度调节。

1.机械运动的平稳性机械的运动平稳性是指机械设备在运转过程中存在的速度波动较小，加速、减速过程缓慢、稳定，不产生冲击和振动的特性。

机械的运动平稳性对机械设备的工作效果、使用寿命和安全性有重要影响。

要实现机械运动的平稳性，可以采取以下措施：（1）合理进行动平衡。

机械设备在运转过程中，受到各种力的作用，容易产生振动。

通过对机械设备进行动平衡处理，可以减小机械设备的振动，提高运动平稳性。

常见的动平衡方法有静质量的调整和加装动平衡块。

（2）减小摩擦与浮动间隙。

摩擦与浮动间隙是机械设备中常见的能量损失和产生振动的原因之一、通过合理设计和制造，减小摩擦与浮动间隙，可以提高机械设备的运动平稳性。

（3）采用减速装置。

在机械设备的运转过程中，经常需要对速度进行调节。

为了保证机械设备的平稳运行，可以在机械设备中加入减速装置，通过减小输入轴的速度，降低机械设备的运转速度，提高运行平稳性。

2.机械的速度调节机械的速度调节是指对机械设备的运转速度进行调节，以适应不同的工作需要。

机械设备的速度调节对于工作效率的提高、负荷均衡和能耗的节约等方面有着重要的意义。

要实现机械的速度调节，可以采取以下措施：（1）采用变速装置。

变速装置是实现机械设备速度调节的主要手段之一、通过变速装置，可以改变机械设备的传动比，从而实现速度的调节。

常见的变速装置有齿轮传动、皮带传动、液力变矩器等。

（2）采用调速电机。

调速电机是一种可以通过电信号调节转速的电机。

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