54883《機械原理（漢語）（第2版）》（基本課件）第12章 機構(gòu)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)及速度波動的調(diào)節(jié)

第3章平面機構(gòu)的運動分析1.作用在機械上的力(1)工作阻力工作阻力是機械正常工作時必須克服的外載荷。

(2)驅(qū)動力原動機不同，驅(qū)動力的特性不相同，常用機械特性曲線表示驅(qū)動力與其運轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系。圖12-1a為內(nèi)燃機的機械特性曲線，圖12-1b為三相交流異步電動機的機械特性曲線。12.1機械運轉(zhuǎn)過程分析Fig.12-1Mechanicalbehaviorcurveofprimemachines(原動機的機械特性曲線圖)2.機械的運轉(zhuǎn)過程(1)機械的起動階段機械由零轉(zhuǎn)速逐漸上升到正常工作轉(zhuǎn)速的過程稱為機械的起動階段，該階段中驅(qū)動力所做的功Wd大于阻抗力所做的功Wr，二者之差為機械起動階段的動能增量ΔE。

(2)機械的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段當(dāng)驅(qū)動力所做的功Wd和阻抗力所做的功Wr相平衡，動能增量ΔE為零。

(3)機械的停車階段停車階段是指機械由穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的工作轉(zhuǎn)速下降到零轉(zhuǎn)速的過程。Fig.12-2Crankpunch(曲柄壓力機)Fig.12-3Operatingprocessofmachinery(機械的運轉(zhuǎn)過程)12.2機械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型1.研究機械運轉(zhuǎn)的方法

Fig.12-4Forceanalysisofacrankpunch

(曲柄壓力機的受力分析)圖12-4所示的曲柄壓力機的運轉(zhuǎn)情況時，以滑塊為分離體，可以建立兩個平衡方程，以連桿為分離體，可以建立三個平衡方程，再以曲柄為分離體，又可以建立三個平衡方程，共計八個平衡方程。對等效構(gòu)件進(jìn)行分析時，常用到下面幾個名詞術(shù)語：1)等效轉(zhuǎn)動慣量。

2)等效質(zhì)量。

3)等效力矩。

4)等效力。等效構(gòu)件的示意圖如圖12-5所示。

Fig.12-5Equivalentlinks(等效構(gòu)件)(1)定軸轉(zhuǎn)動的等效構(gòu)件2.等效參量的計算如等效構(gòu)件以角速度ω作定軸轉(zhuǎn)動，其動能為作定軸轉(zhuǎn)動的等效構(gòu)件的瞬時功率為整個機械系統(tǒng)的瞬時功率為(2)直線移動的等效構(gòu)件如等效構(gòu)件為移動件，其動能為等效構(gòu)件作往復(fù)移動，其瞬時功率為

等效力矩指作用在等效構(gòu)件上的等效驅(qū)動力矩Med和等效阻抗力矩Mer之和；等效力是指作用在等效構(gòu)件上的等效驅(qū)動力Fed與等效阻抗力Fer的和。即例12-1圖12-6所示的輪系，已知各齒輪的齒數(shù)分別為z1、z2、z3，各齒輪與系桿H的質(zhì)心與其回轉(zhuǎn)中心重合，繞質(zhì)心的轉(zhuǎn)動慣量分別為J1、J2、JH。有兩個行星輪，每個行星輪的質(zhì)量均為m2。若等效構(gòu)件設(shè)置在齒輪1處，求其等效轉(zhuǎn)動慣量Je。

Fig.12-6Planetarygeartrain(行星輪系)例12-2圖12-7所示正弦機構(gòu)中，已知曲柄長為l1，繞A軸的轉(zhuǎn)動慣量為J1，構(gòu)件2和3的質(zhì)量為m2、m3，作用在構(gòu)件3上的阻抗力為F3。若等效構(gòu)件設(shè)置在構(gòu)件1處，求其等效轉(zhuǎn)動慣量Je，并求出阻抗力F3的等效阻抗力矩Mer。Fig.12-7Scotch-yoke

mechanism(正弦機構(gòu))1.等效構(gòu)件的運動方程12.3機械系統(tǒng)的運動方程及其求解等效構(gòu)件作往復(fù)移動的微分方程為等效構(gòu)件作定軸轉(zhuǎn)動的積分方程為等效構(gòu)件作往復(fù)移動的積分方程為2.運動方程的求解(1)等效轉(zhuǎn)動慣量與等效力矩均為常數(shù)的運動方程求解等效轉(zhuǎn)動慣量與等效力矩均為常數(shù)是定傳動比機械系統(tǒng)中的常見情況。

(2)等效轉(zhuǎn)動慣量與等效力矩均為等效構(gòu)件位置函數(shù)的運動方程的求解當(dāng)J=，M=M(φ)可用解析式表示時，用積分方程求解方便些。例12-3圖12-8所示的機械系統(tǒng)中，已知電動機A轉(zhuǎn)速為1440r/min，減速箱的傳動比i=2.5，選B軸為等效構(gòu)件，等效轉(zhuǎn)動慣量Je=0.5kg·m2。要求B軸制動后3s停車，求解等效制動力矩。

Fig.12-8Simplemechanical

system(簡單的機械系統(tǒng))1.周期性變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)過程中的功能關(guān)系Fig.12-9Equivalentmomentdiagram

(等效力矩線圖)12.4周期性速度波動及飛輪設(shè)計圖12-9為等效力矩的變化線圖。等效驅(qū)動力矩和等效阻抗力矩均為機構(gòu)位置的函數(shù)。Md=Md(φ)，Mr=Mr(φ)。φa、φe分別為運轉(zhuǎn)周期的開始位置和終止位置，運轉(zhuǎn)周期為2π。φa~φb區(qū)間，Md＞Mr，動能增量ΔE1＞0。機械動能增加，角速度上升。φb~φc區(qū)間，Md＜Mr，動能增量ΔE2＜0。機械動能減少，角速度下降。φc~φd區(qū)間，Md＞Mr，動能增量ΔE3＞0。機械動能增加，角速度上升。φd~φe區(qū)間，Md＜Mr，動能增量ΔE4＜0。機械動能減少，角速度下降。2.周期性變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的速度波動的調(diào)節(jié)在機械系統(tǒng)的等效構(gòu)件上安裝飛輪后，機械系統(tǒng)的總動能E為飛輪動能Ef和機械系統(tǒng)中各構(gòu)件的動能Ee之和。即若飛輪的轉(zhuǎn)動慣量為Jf，則其動能的最大與最小值為機械中各構(gòu)件動能或者說等效構(gòu)件的動能為計算飛輪轉(zhuǎn)動慣量的近似公式為由于安裝在x軸上的飛輪的動能與安裝在等效構(gòu)件上的動能相等，則有3.飛輪尺寸的設(shè)計圖12-10a為直徑為d、寬度為b、質(zhì)量為m的飛輪，圖12-10b為腹板狀飛輪。Fig.12-10Dimensionsofflywheels(飛輪尺寸)例12-4某刨床的主軸為等效構(gòu)件，平均轉(zhuǎn)速n=60r/min。在一個運轉(zhuǎn)周期內(nèi)的等效阻抗力矩Mr如圖12-11所示，Mr=600N·m。等效驅(qū)動力矩Md為常數(shù)。運轉(zhuǎn)不均勻系數(shù)δ=0.1，若不計飛輪以外構(gòu)件的轉(zhuǎn)動慣量，試計算安裝在主軸上的飛輪轉(zhuǎn)動慣量。

Fig.12-11ThediagramofEquivalentmomentoftheshaper(刨床等效力矩圖)解作一條代表Md、平行φ軸的直線，在一個周期內(nèi)與M軸、Mr及周期末端線的交點為A、B、C、D、E、F。12.5非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)

圖12-12所示為內(nèi)燃機驅(qū)動的發(fā)電機組中的機械式離心調(diào)速器示意圖，W1為內(nèi)燃機，W2