第12章 机械系统动力学12.1 作用在机械上的力及机械的运转过程12.2 机械的等效动力学模型12.3 机械运动方程式的建立及求解12.4 机械的速度波动及其调节方法12.5 飞轮设计第12章 机械系统动力学Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.第12章 机械系统动力学12.1 作用在机械上的力及机械的运转过程 12.1.1 作用在机械上的力n忽略构件重力及运动副中的摩擦力，作用在机械上的力可分为：工作阻力驱动力都是变化的机器运行速度是变化的 运动副中产生附加的动压力； 机械振动； 降低机械的寿命、效率和工作可靠性；本章主要研究两个问题： 1.解决如何确定机械真实的运动规律； 2.研究如何对机械运转速度的波动进行调节；Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.第12章 机械系统动力学12.1 作用在机械上的力及机械的运转过程 12.1.1 作用在机械上的力n工作阻力：机械工作时需克服的工作负荷；变化规律取决于机械的工艺特点；n近似为常数(如车床、起重机)n执行构件位置的函数(如曲柄压力机)n执行构件速度的函数(如鼓风机、搅拌机)n是时间的函数(揉面机)电动机的机械特性n驱动力：驱使原动件运动的力；变化规律取决于原动机的机械特性n内燃机：驱动力是活塞位置的函数；n电动机：驱动力是转子角速度的函数；Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.第12章 机械系统动力学12.1 作用在机械上的力及机械的运转过程 12.1.2 机械的运转过程及特征n机械系统运转过程可分为三个阶段n(1)启动阶段n原动件的速度从零逐渐上升到开始稳定的过程；n(2)稳定运转阶段n原动件速度保持常数或在平均工作速度上下作周期性速度波动； n(3)停车阶段n原动件速度从正常工作速度值下降到零；机械的过渡过程启动阶段停车阶段本章主要研究稳定运转阶段Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.第12章 机械系统动力学12.1 作用在机械上的力及机械的运转过程 12.1.2 机械的运转过程及特征n能量守恒定律n作用在机械系统上的力在任一时间间隔内所作的功，应等于机械系统 动能的增量；n即：Wd-(Wr+Wf)=Wd-Wc=E2-E1nWd 驱动力所作的功；nWr和Wf 分别为克服工作阻力和有害阻力所需要的功；n总耗功Wc=Wr+WfnE2和E1机械系统在该时间间隔开始和结束时的动能；启 动动能增加Wd-Wc=E2-E10 稳定运行匀速运转：速度为常数； 变速稳定运转：每个运动周期的始末速度相同；Wd-Wc=E2-E1=0停 车动能逐渐减少Wd-Wc=E2-E1Mr Md n没有自调性的机械系统n如蒸汽机，汽轮机或内燃机n安装专门的调节装置-调速器；电动机的机械特性Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.第12章 机械系统动力学12.4 机械速度的波动及其调节方法 12.4.2 非周期性速度波动及其调节n非周期性速度波动的调节方法 n离心式调速器的工作原理图n，离心惯性力，两重球K张开滑块M上升，节流阀6；n进入原动机的工作介质，。n如果转速过低则工作过程反之。原动机工作机调速器Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.第12章 机械系统动力学12.5 飞轮设计 12.5.1 飞轮设计的基本原理n飞轮设计的基本问题n根据平均角速度m和允许的速度波动系数；n确定飞轮的转动惯量。n飞轮设计的基本原理n盈亏功：n最大盈亏功：= f2面积n设机械系统的等效转动惯量J=常数n则：b点=min；c点= max；nW=Emax-EminEvaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.第12章 机械系统动力学12.5 飞轮设计 12.5.1 飞轮设计的基本原理n飞轮设计的基本问题n根据平均角速度m和允许的速度波动系数；n确定飞轮的转动惯量。n飞轮设计的基本原理nb点：最小动能增量Emin最大亏功Wmin=阴影面积(-f1)；nc点：最大动能增量Emax最大盈功Wmax=阴影面积f2-f1；n最大盈亏功：nW=Wmax-Wminn设机械系统的等效转动惯量J=常数n则：b点=min；c点= max；nW=Emax-Emin0起始位置注意积分区间 = f2面积Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.第12章 机械系统动力学12.5 飞轮设计 12.5.1 飞轮设计的基本原理n飞轮设计的基本原理n飞轮的等效转动惯量为JFn根据动能定理可得n安装飞轮后速度波动系数的表达式为：nJ为除飞轮外其它运动构件的等效转动惯量n设计时，速度波动系数n若 JJF ，则 J 通常可忽略不计，上式可近似写为 n若将式中的平均角速度用平均转速 n (r/min) 取代，则有 mEvaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.第12章 机械系统动力学12.5 飞轮设计 12.5.1 飞轮设计的基本原理n飞轮设计的基本原理n飞轮的等效转动惯量为n n飞轮设计中应注意以下三个问题： n为减小飞轮转动惯量(即减小飞轮的质量和尺寸)，应尽可能将飞轮 安装在系统的高速轴上；n安装飞轮只能减小周期性速度波动，但不能消除速度波动。因此 不能过分追求机械运转速度的均匀性，否则会使飞轮过于笨重； n凡是运动的构件都能储存能量及释入能量，因此有的机械系统可 不加飞轮，而以较大的皮带轮或齿轮起飞轮的作用；Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.第12章 机械系统动力学12.5 飞轮设计 12.5.2 最大盈亏功的确定n飞轮的等效转动惯量为n其中，n和已知，因此，要求出JF 最大盈亏功W；n最大盈亏功：W=Wmax-Wmin=Emax-Eminn关键是求出Wmax和WminnWmax和Wmin应出现在Md与Mr两曲线的交点处；n设Md与Mr分别是的函数，则利用公式求出各交点处的W，n进而找出Wmax和Wmin及其所在位置 n从而求出最大盈亏功 W=Wmax - Wmin Evaluation only.Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0.Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd.第12章 机械系统动力学12.5 飞轮设计 12.5.2 最大盈亏功的确定n最大盈亏功：还可借助能量指示图来确定n取任意点 a 作起点按一定比例用向量线段依次表明相应位置Md与Mr之 间所包围的面积Aab，Abc，Acd，Ade和Aea的大小和正负；n盈功为正，箭头向上；亏功为负，箭头向下