第八章机械的运转及其速度波动调节
【大二学习笔记】机械原理第八章 机械的运转及其速度波动的调节
ω
ωmax
ωmin
平均角速度：m
1
T
T d
0
φ
T
工程上常采用算术平均值：
ωm＝(ωmax +ωmin)/2
ωmax－ωmin 表示了机器主轴速度波动范围的大小，称为
绝对不均匀度。
定义：δ＝(ωmax－ωmin)/ ωm 为机器运转速度不均匀系数， 它表示了机器速度波动的程度。
由ωm＝(ωmax +ωmin)/2 以及上式可得：
力矩所作功及动能变化:
Md Mr
ab c d E
e a' φ
φ ω
φ
区间
a-b b-c c-d
d-e
e-a’
外力矩所作功
Md<Mr 亏功“－”
Md>Mr Md<Mr 盈功“＋”亏功“－”
Md>Mr Md<Mr 盈功“＋” 亏功“－”
主轴的ω
↓
↑
↓
↑
↓
动能E
↓
↑
↓
↑
↓
机械运转的平均速度和不均匀系数
已知主轴角速度：ω=ω( )
二、机械运转过程的三个阶段
稳定运转阶段的状况有：
①匀速稳定运转：ω＝常数
②周期变速稳定运转：ω(t)=ω(t+T) 注意:Wd = Wr
③非周期变速稳定运转
m
m
t
起动 稳定运转 停车
起动
稳定运转
t
停车
二、机械运转过程的三个阶段
阶段
名称
运动特征
功能关系
起 动
稳定 运转
停 车
角速度ω由零逐渐上升至 稳定运转时的平均角速 Wd Wr
机械速度的波动及调节
机械速度的波动及调节1. 引言机械速度是指机械设备在单位时间内所运动的距离。
在工业生产中，机械速度的稳定性是保证生产效率和产品质量的关键因素之一。
然而，由于各种因素的影响，机械速度常常会出现波动，从而导致生产效率的下降和产品质量的不稳定。
因此，如何减小机械速度的波动并进行有效调节，是提高工业生产效率和产品质量的重要课题。
2. 机械速度波动的原因机械速度的波动可以由多种因素引起，主要包括以下几个方面：2.1. 机械设备本身的因素机械设备本身的结构、材料等因素可能会对机械速度产生影响。
例如，机械零件的磨损、松动等都会导致机械速度的波动。
2.2. 环境因素环境因素也是导致机械速度波动的重要原因之一。
比如温度的变化会导致机械材料的热胀冷缩，从而影响机械速度的稳定性。
2.3. 运输振动在机械设备的运输过程中，由于道路状况不佳或运输姿态不当等原因，会产生振动，使机械设备的零件发生变形或松动，从而导致机械速度波动。
2.4. 工艺参数的变化工艺参数的变化也会对机械速度产生直接的影响。
例如，润滑油的质量和使用情况会影响机械设备的摩擦阻力，从而导致机械速度的波动。
3. 机械速度波动的调节方法为了减小机械速度的波动并保持其稳定性，可以采取以下措施进行调节：3.1. 检查和修复机械设备定期检查机械设备的零部件，发现问题及时修复。
例如，对松动的螺丝进行拧紧，更换磨损的零件等，以保证机械设备的正常运转。
3.2. 控制环境温度在机械设备的使用过程中，尽量控制环境温度的波动，避免温度变化对机械速度的影响。
可以通过安装温度控制设备，如空调或加热器等来维持恒定的环境温度。
3.3. 改进运输方式在机械设备的运输过程中，应尽量采取稳定的运输方式，减少振动对机械设备的影响。
可以使用专门的运输工具，并采取合适的固定措施，确保机械设备的零部件不会受到振动的影响。
3.4. 控制工艺参数控制工艺参数对机械速度的影响具有重要意义。
通过优化润滑油的质量和使用方法，控制摩擦阻力，可以减小机械速度的波动。
机械原理第八章 机械的运转及其速度波动的调节
二、机械运转过程的三个阶段
稳定运转阶段的状况有：
①匀速稳定运转：ω ＝常数
②周期变速稳定运转：ω(t)=ω(t+T) 注意:Wd = Wr
③非周期变速稳定运转
m
m
t
起动 稳定运转 停车
起动
稳定运转
t
停车
二、机械运转过程的三个阶段
阶段
名称
运动特征
功能关系
起 动
稳定 运转
停 车
角速度ω由零逐渐上升 至稳定运转时的平均角 速度ωm
为了求得简单易解的机械运动方程式，对于单自由度机械 系统可以先将其简化为一等效动力学模型，然后再据此列出其 运动方程式。
选1为等效构件，1为独立的广义坐标，改写公式
d{
12
2
[J1
J
S
2
(
2 1
)2
m2
(
vS2
1
)2
m3
(
v3
1
)2
]}
1[ M1
F3
(
v3
1
)]d
t
具有转动惯量的量纲 Je 具有力矩的量纲 Me
即： E
( M a'
a
d
Mr )d
1 2
J 2 a' a'
1 2
J
a
2 a
=0
这说明经过一个运动循环之后，机械又回复 到初始状态,其运转速度呈现周期性波动。
力矩所作功及动能变化:
Md Mr
ab c d E
e a' φ
φ ω
φ
机械原理第八章机械的运转及其速度波动的调节
机械原理第八章机械的运转及其速度波动的调节机械的运转是指在特定的工作条件下，机械设备能够按照预定的方式进行工作。
而机械的速度波动是指机械在工作过程中发生的速度变化。
机械的运转及其速度波动的调节是保证机械设备正常运行、提高工作效率的重要环节。
本文将探讨机械的运转原理和调节方法。
一、机械的运转原理机械的运转原理是基于动力学原理，通过力的作用使机械设备产生运动。
机械的运转可以分为旋转和往复两种方式。
旋转运动即物体围绕一个轴线旋转，常见的旋转运动包括发动机的曲轴、电机的转子等。
往复运动即物体沿着直线来回运动，比如活塞的运动。
机械的速度波动是由于各种因素的干扰造成的。
主要的干扰因素有负载的变化、齿轮与链条传动的误差、电机运行过程中的震动等。
这些因素会导致机械的速度产生波动，使机械设备无法稳定运行。
二、机械的速度波动调节方法1.选择合适的传动装置传动装置是机械设备中重要的组成部分，合适的传动装置可以减小速度的波动。
在选择传动装置时应注意传动精度和传动效率。
齿轮传动和皮带传动是常用的传动形式，齿轮传动具有较高的传动精度，皮带传动可以减小传动过程中的冲击。
2.加强负载的稳定性负载的变化是速度波动的主要原因之一，因此加强负载的稳定性可以减小速度的波动。
可以通过增加惯性、增加负载惯性矩阵或通过减少负载的冲击来实现。
此外，还可以通过附加负载来提高机械的稳定性。
3.控制电机的运行电机是机械设备的重要部件，通过控制电机的运行可以减小速度的波动。
在控制电机运行时，可以采用电子调速器、变频调速器等控制方式。
这些设备可以根据负载情况来控制电机的转速，使其保持稳定。
4.做好动平衡机械设备的动平衡是保证机械运转稳定的关键。
通过对设备进行动平衡可以减小速度波动。
动平衡包括静平衡和动平衡两种，静平衡是指使旋转机械设备处于静止状态下，各部件受力平衡；动平衡是指使旋转机械设备在运转状态下，各部件受力平衡。
5.定期维护机械设备定期维护是保持机械设备运转正常的重要手段，通过定期检查和保养可以发现机械设备的故障并及时修复，减小速度波动的出现。
机械原理机械的运转及其速波动的调节PPT课件
d
v32 2
J1
(1
v3
)2
m2
(
vS 2 v3
)2
J
S
2
(2
v3
)2
m3
v3
M1
1
v3
F3
dt
me
Fe
等效质量 me me (s3 )
等效力 Fe Fe (s3, v3, t)
用等效转质量（me）和等效力（Fe）表示的机械运动方程式的一
般表达式为
d[
1 2
me ( s3 )v32 ]
n
dW [ (Fivi cos i Mii )]dt
机械运动方程式的一般表达式
i 1
n
d[
i 1
(
1 2
mivS2i
1 2
J
2
Si i
)]
n
[ (Fivi i 1
cos i
Mii )]dt
第11页/共45页
曲柄滑块机构中：
已知： Js1；m2、 JS2； m3；M1、F3 。 设： 1、 2、vs2、 v3 。
立的广义坐标（单自由度 系统），可将上式改写。
d(1 2
J112
1 2
m2vS22
1 2
J
S
2
22
1 2
m3v32 )
(M11
F3v3 )dt
d
212
J1
JS2
2 1
2
m2
vS 2
1
2
m3
v3
1
2
1
M1
F3
v3
1
dt
Je 等效转动惯量 Je Je (1 )
机械原理机械系统的运转及其速度波动调节
机械原理机械系统的运转及其速度波动调节机械原理：机械系统的运转及其速度波动调节引言：机械系统是现代工业中不可或缺的一部分，它由各种机械元件组成，通过一定的原理和方法来实现特定的功能。
在机械系统中，运转速度的稳定性是关键因素之一。
速度波动会导致机械部件损耗加剧、系统效率下降以及产品质量下降等问题。
因此，研究机械系统的运转原理以及速度波动调节是非常重要的。
一、机械系统的运转原理机械系统的运转离不开运动原理，其中最基本且常见的原理包括力的平衡原理、动力学原理和能量守恒原理。
1.1 力的平衡原理在机械系统中，力的平衡是保证系统稳定运行的前提。
当受力平衡时，系统各个部件才能处于稳定状态，实现稳定运转。
例如，当轴承受到垂直向下的压力时，如果力产生不平衡，就会导致轴承产生损耗，并可能引发其他问题。
1.2 动力学原理机械系统的动力学原理是研究物体运动的基本规律。
其中，牛顿第二定律是最为重要的原理之一，它描述了物体的加速度与作用力之间的关系。
在机械系统中，合理应用动力学原理可以准确计算机械元件的受力和运动状态，进而提高系统的稳定性。
1.3 能量守恒原理能量守恒原理是机械系统运转的基本原则。
在机械系统中，能量的转化与损耗是不可避免的。
因此，通过合理设计机械系统的能量传递路径和控制能量损耗，可以有效提高系统的运行效率。
二、机械系统的速度波动调节机械系统在运转过程中常常会出现速度波动的情况，这会对系统的正常运行造成不利影响。
因此，进行速度波动的调节是很重要的。
2.1 原因分析速度波动的产生往往有多种原因，包括机械元件的制造精度、摩擦损耗、传动系统的效率等。
通过分析速度波动的原因，可以有针对性地采取措施来调节和改善。
2.2 波动调节方法为了调节机械系统的速度波动，可以从多个方面入手。
首先，优化机械元件的设计和制造工艺，提高元件的制造精度，减小元件之间的摩擦。
其次，合理选择和配置传动系统，提高传动效率。
另外，引入减振装置，如减振器、减震器等，可以有效减小机械系统的振动，从而减小速度波动。
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机械的运转速度对于整个生产过程至关重要，而速度的波动会对生产效率和产品质量产生影响。
因此，调节机械的运转速度以及控制速度波动是非常重要的。
首先，要确保机械的运转速度稳定。
在调试机械设备时，需要确保各个部件都处于良好状态，特别是动力源和传动部件。
一旦发现问题，需要及时进行维修和更换，以确保机械的稳定运转。
其次，对于一些需要频繁调整速度的机械设备，可以采用自动控制系统来进行调节。
通过监控传感器或者电子设备，可以实时地调节机械的运转速度，以满足生产需求。
另外，对于一些特殊的生产工艺，可能需要更精准的速度控制。
这时，可以采用先进的调速设备，如变频器或者伺服电机，来实现精准的速度调节，以适应生产过程的需求。
在实际生产中，往往还会出现速度波动的情况，这可能是由于负载变化、传动部件磨损等原因导致的。
为了应对这种情况，可以采用一些控制策略，如PID调节器，来对速度波动进行补偿，以保持机械设备的稳定运转。
总的来说，机械设备的速度调节是一个复杂而又重要的问题，需要综合考虑机械设备本身的特点、生产过程的需求以及控制技术的应用。
只有合理地调节和控制机械的运转速度，才能保证生产过程的稳定、高效，同时也能提高产品的质量和降低能源消耗。
由于机械的运转速度对于生产过程至关重要，因而速度的波动会对整个生产过程产生重要的影响。
控制机械的运行速度以及调节速度波动是非常关键的，而这些都与机械设备的性能、控制系统和调节手段有密切关系。
首先，我们需要详细了解机械设备的性能特点，包括其工作原理、动力源、传动部件以及负载特性等。
不同类型的机械设备有着不同的运转特点，一些设备可能对速度波动非常敏感，而另一些设备则需要更大的速度范围。
因此，必须全面了解机械设备的工作原理，才能够采取有效的控制措施。
其次，控制系统在调节机械的运转速度中扮演着非常重要的角色。
传感器、执行器、控制器等部件构成了控制系统，可以实时地监测机械设备的运转状态，并且提供及时的反馈和控制。
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1. 引言机械的运转速度波动是指机械在运转过程中出现的速度波动现象。
这种波动可能由于系统的不稳定性、外部干扰或运转部件的磨损等原因引起。
为了保证机械的正常运转，并满足生产需求，需要对机械的速度波动进行调节和控制。
本文将介绍机械的运转原理、速度波动的原因以及调节方法，以帮助读者理解和解决机械速度波动问题。
2. 机械的运转原理机械运转的基本原理是通过能源输入和运动传递来实现工作。
常见的机械运转方式有电动机驱动、液压驱动和气动驱动等。
在机械运转过程中，能源将被转化为机械运动，驱动机械部件完成特定的工作任务。
机械运转的速度由驱动力的大小和机械部件的传动比决定。
在理想情况下，机械运转的速度应保持恒定。
然而，在实际应用中，可能会出现速度波动的情况。
3. 速度波动的原因速度波动可能由多种原因引起，包括系统不稳定、载荷变化、外部干扰和机械部件磨损等。
3.1 系统不稳定性系统的不稳定性是速度波动的主要原因之一。
不稳定性可能来自于运动传递系统的设计或制造缺陷，也可能是由于负载不均匀或调节器故障导致的。
3.2 载荷变化载荷的变化也会导致机械速度波动。
当负载突然增加或减小时，机械的运转速度可能无法即时适应，导致速度波动。
3.3 外部干扰外部干扰是指来自机械周围环境的干扰，如振动、温度变化、电磁干扰等。
这些干扰会对机械的运转速度产生影响，导致速度波动。
3.4 机械部件磨损机械部件的磨损也是速度波动的常见原因。
随着机械的使用时间增加，机械部件可能会出现磨损，降低传动效率，从而导致速度波动。
4. 调节方法为了解决机械速度波动问题，需要采取合适的调节方法。
下面介绍几种常用的调节方法。
4.1 优化系统结构和设计在机械设计阶段就要考虑到系统稳定性的问题。
通过优化系统结构和设计，提高系统的稳定性和减小速度波动的可能性。
4.2 采用速度调节器速度调节器可以有效地控制机械的运转速度。
通过对电机或液压系统进行调节，可以实时监测并调整机械的运转速度，从而减小速度波动的幅度。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(3)研究速度波动调节的目的
研究机械运转时的周期性速度波动的调节原理，把速度波动控 制在允许的范围内。
?本章研究机械系统的两个基本问题 : 一、对单自由度机械系统的运转进行研究 二、研究机械运转时的周期性速度波动及其调节原理
二、机械运转过程的三个阶段
起动阶段 稳定运转阶段 停车阶段
?
)2
?
J
si
?
(
i
?
)2
]
等效质量
? me
?
n
[
i ?1
mi
( vsi v
)2
?
J
si
(? i
v
)2 ]
等效质量和等效转动惯量的特征：
? J e
?
n
[
i?1
mi
( vsi
?
)2
?
J si
(? i ?
)2 ]
? me
?
n
[
i ?1
mi
( vsi v
)2
?
J
si
(
?i
v
)2 ]
等效质量和等效转动惯量是假想质量和转动惯量；
等效动力学模型
等效转动惯量：J e 等效力矩：Me
等效质量：me 等效力：F e
二、等效参数的确定
1、等效质量和等效转动惯量
等效原则： 等效构件的等效质量和等效转动惯量所具有的动能等于原 机械系统的总动能；
对于具有n个活动构件的机械系统，构件 i上的质量为mi，相对质心
Si的转动惯量为J Si，质心Si的速度为 vS i，构件的角速度为? i
三个运转阶段的特征：
阶段 启动
速度特征
原动件的速度从零逐渐上 升到开始稳定的过程
原动件速度保持常数或在
稳定运行
正常工作速度的平均值上 下作周期性的速度波动
能量特征
Wd ? Wr ? E ? 0 Wd ? Wr ? E ? 0
原动件速度从正常工作速 停 车 度值下降到零
Wr ? E
三、作用在机械上的驱动力和生产阻力
机械执行构件所受的生产阻力的变化规律，取决于机械的不同工艺过 程。
生产阻力按其机械特性可认为有以下五种类型： （1）生产阻力是常数（如车床）； （2）生产阻力是执行构件位置的函数（如曲柄压力机）； （3）生产阻力是执行构件速度的函数（如鼓风机、搅拌机）； （4）生产阻力是位移和速度的函数（高速运输机） （5）生产阻力是时间的函数（如球磨机等）。
? Me
?
n i?1
? ??Fi
cos?i
????vi
????
Mi
?????i
?? ????
? Fe
?
n i?1
? ?Fi ?
cos? i
? ??
vi v
????
Mi
????vi
?? ????
等效力或等效力矩是假想力（矩）； 等效力（矩）为正，是等效驱动力（矩） ；反之，为等效阻力（矩） ； 等效力（矩）不仅与外力（矩）有关，而且与各构件相对于等效构件的速 度比有关； 等效力（矩）与机械系统驱动构件的真实速度无关。
（2）等效原则 等效构件的等效质量和等效转动惯量所具有的动能等于原机械
系统的总动能； 等效构件上作用的等效力和等效力矩所产生的瞬时功率等
于原机械系统所有外力或外力矩产生的瞬时功率之和。
（3）等效动力学模型
把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机械系统的等效动力学模型。
? E ?
n i?1
(
1 2
mi vsi 2
?
1 2
J
si ?
2 i
)
动能不变
? Ee
?
1 2
J e?
2
?
n i ?1
1 ( 2
mivsi 2
?
1 2
J si?
i2)
? Ee
?
1 2
me v2
?
n i?1
(
1 2
mi
vsi 2
?
1 2
J
si ?
2 i
)
等效转动惯量
? J e
?
n
[
i ?1
mi
( vsi
§8-1 概 述
一、研究机械运转及速度波动调节的目的
(1) 机械运转时速度波动产生的原因
在理想情况下(原动件匀速运动时)
原 动 机匀 速运动
机械系统
负载
机械系统中的各个构件均按照理论上的运动规律运动
Hale Waihona Puke 在实际情况下原动机
机械系统
负载
匀速运动
A. 负载随时间变化 B. 机械系统中的各个构件会产生动载荷 C. 原动机的运动与负载有关
n
? P ? ?Fi cos ? ivi ? Mi? i ? i?1
Pe ? Me?
功率和不变
等效力矩 等效力
? Me
?
n i?1
? ??Fi
cos? i
????vi
????
Mi
?????i
?? ????
? Fe
?
n i?1
? ??Fi
cos? i
???vvi
????
Mi
????vi
?? ????
等效力矩的特征：
等效质量和等效转动惯量不仅与各构件质量和转动惯量有 关，而且与各构件相对于等效构件的速度比平方有关。
2、等效力和等效力矩
等效原则：等效构件上作用的等效力和等效力矩所产生的瞬时功率等 于原机械系统所有外力或外力矩产生的瞬时功率之和。
对于具有n个活动构件的机械系统，构件 i上的作用力为F i，力矩为
Mi, 力F i作用点的速度为vi, 构件i的角速度为? i 。
§8-2 机械系统的等效动力学模型
一、等效动力学模型 目的：通过建立外力与运动参数间的函数表达式，研究机械
系统的真实运动。
原则：使系统转化前后的动力学效果保持不变
（1） 等效构件 将作用在单自由度机械系统上的所有外力和外力矩、所有构件
的质量和转动惯量都等效转化到一个构件上，此构件成为等效构 件。
一个机械系统,当忽略各构件的重力和各运动副间的摩擦力时，机械系 统所受的力就只有原动机产生的驱动力和执行机构承受的生产阻力。
工作阻力
驱动力
(1) 原动机的驱动力
原动机的驱动力是运动参数（位移、 速度或时间）的函数，这种函数关系称为 原动机的机械特性。
M
d?
?
Mn
0 ??
n
(?
0
?
?
)
(2)机械执行构件所受的生产阻力
例8-1
§8-3 在已知力作用下机械的真实运动
一、机械运动方程式的建立
单自由度机械系统的等效动力学模型——等效构件。 研究机械的运动只需研究等效构件的运动规律。 根据动能定理来建立外力与运动参数之间的运动方程式， 有两种表达方式：
（1） 能量形式的运动方程式 （2） 力矩形式的运动方程式
原理：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，即dW=dE。
这些因素造成了机械系统不能按照理论的运动规律运动。
引起速度波动的其它因素:
A. 构件的弹性变形 B. 运动副的间隙 C.回转构件的不平衡
等等
(2) 机械运转时速度波动的危害
A. 引起振动和噪声 噪声会引起人类的很多疾病 振动会引起设备的损坏
B. 降低产品质量 机床在加工零件时，转速不稳定会影响零件的加工精度和粗糙度