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
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
第七章 机械的运转及其速度波动的调节
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。
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。
机械原理-第9章 机械运转及其速度波动的调节
Wr——输出功。
∴Wd=Wr+E ( E为机器内积蓄的动能。)
w
O 起动
T 稳定运转
2.稳定运转阶段
T——一个周期的时间 (也称一个运动循环)。
wm
t 停车
在一个周期内，各
瞬时w≠常数。
在一个周期始末，
w是相等的。
在一个周期内：DE=0，DW=Wd-Wr=0 ∴Wd=Wr
3.停车阶段
Wd=0，则 E=-Wr
等效阻力矩Mer各为多少。 解:
2
Je
J
1
w1 w1
w1 2
B(B1,B2,B3)
m2
vS2
w1
2
m3
vS3
w1
2
1
A j1
3
C
M1 4
F3
vB=vS2=lABw1
vB3 = vB2 + vB3B2
方向:水平 ⊥AB √
大小: ? √
?
任 选v
w1l
pb2
作速度图如下：
b2
j1
b3
p
v B2
1)求解在外力作用下机械的真实运动 规律;
2)机械速度的波动及其调节。
目的
对周期性速度波动进行调节，对非周 期性速度波动加以限制。
9.1.2 机械运转的三个阶段
w
T O 起动 稳定运转
∵Wd＞Wr
wm——平均角速度。
根据机械动能方程：
DW=DE
1.起动阶段
wm
DW=Wd-Wr
t 停车
DE=E2-E1 式中: Wd——输入功；
e
w1
M
e
d
t
2)求构件3上的运动，取S3为独立广义 坐标， 则(1)式可写成:
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：
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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11
• 设在此机构上作用有驱动力矩M1与工作阻力 F3，在dt瞬间其所做得功为
•
dW=(M1ω1 – F3v3)dt =Pdt
• 根据动能定理可知： dE=dW，即
• d(J1ω12/2 +m2vS22/2 + JS2ω22/2 + m3v32/2) • = (M1ω1 – F3v3)dt
• 制动停车
• 过渡阶段：起动阶段和停车阶段 • 稳定运转阶段：多数机械工作阶段
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8
• 三. 作用在机械上的驱动力和生产阻力
• 驱动力由原动机产生，它通常是机械运动参数 （位移、速度或时间）的函数，称为原动机的 机械特性，不同的原动机具有不同的机械特性。
• 生产阻力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
• ①机械的运转速度上升，并达到工作运转速度。 原动件转速ω：从0 到 ωm
• ωm正常运转的平均角速度 • ②增外加力（对E=系W统d-W做c)正功（Wd-Wc>0），系统的动能
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• 2. 稳定运转阶段：
• ①由于外力的变化，机械的运转速度产生波动(ω≠常数)
• ②但其平均速度保持稳定（ωm=常数），因此，系统的动 能保持稳定。
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• 下面以曲柄滑块机构为例说明单自由度机械系统的 运动方程式的建立方法。
• 设心质已量S1在知 为O曲m点2柄，，1其为其对原转质动动心件惯S，量2的其为转角J动1；速惯连度量杆为为2ω的J1。S2角，曲速质柄度心1为的S2ω质的2， 速度度为为v3。vs2则；该滑机块构3的在质dt量瞬为时m的3动，能其增质量心为S3在B点，速
只有确定了的原动件运动ω的变化规律之后，才能进行运动整分理析p和pt力分析，从而为设计新机械提供依据。这就是研究机2器运
转的目的。
机械的运转过程
ω
三个阶段：启动、稳定运转、停车。
稳定运转阶段的状况有：
t
①匀速稳定运转：ω＝常数
启动 稳定运转 停止
②周期变速稳定运转：ω(t)=ω(t+Tp) ③非周期变速稳定运转
第7章 机械的运转及其 速度波动的调节
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1
§7－1 机械运转速度波动调节的目的和方法
运动分析时，都假定原动件作匀速运动:ω＝const
实际上是多个参数的函数：ω＝F(P、M、φ、m、J)
一、研究内容及目的
力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量
1. 研究在外力作用下机械的真实运动规律，目的是 为运动分析作准备。 前述运动分析曾假定是常数，但实际上是变化的
④载荷突然减小或增大时，发生飞车或停车事故。
为了减小这些不良影响，就必须对速度波动范围进行 调节。
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• 二. 机械运动过程的三个阶段 • 机械运转过程一般经历三个阶段：起动、稳定运
转和停车阶段 • 驱动功Wd，阻抗功Wc（输出功Wr +损失功Wf ）
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5
• 1. 起动阶段：
• 驱动功Wd，阻抗功Wc（输出功Wr +损失功Wf ）
2. 机械的转速在允许范围内波动，而保证正常工作。
设计新的机械，或者分析现有机械的工作性能时，往往想知道机械运转的稳定性、构件的惯性力以及在运动副中产生的反力 的大小、Vmax amax的大小，因此要对机械进行运动分析。而前面所介绍的运动分析时，都假定运动件作匀速运动(ω＝const)。 但在大多数情况下，ω≠const，而是力、力矩、机构位置、构件质量、转动惯量等参数的函数：ω＝F(P、M、φ、m、J)。
• 因此，为了便于对运动方程式的求解，我们需 将上述运动方程式改造为只有一个运动变量的 运动方程式。
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• 二. 机械系统的等效动力学模型
• 现运动选方曲程柄式1的可转改角写φ成1为如独下立形的式广义坐标，机械
d 2 1 2 [ J 1 J S 2 (1 2 ) 2 m 2 ( v S 1 2 ) 2 m 3 (v 3 1 ) 2 ] 1 [ M 1 F 3 (v 3 1 )d ]t
移的函数等等。
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9
7.2 机械的运动方程式
• 一. 机械运动方程的一般表达式 • 1. 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 ，即dw= dE • 2. 机器的真实运动规律取决于： • a. 作用于所有构件上各力所做的功。 • b. 所有运动构件的动能变化。 • 3. 机械运动方程：作用在机械上的力，构件的质 量、转动惯量及其运动参数之间关系的方程式。
i 1
i 1
• 式中αi 为作用在构件i上的外力Fi与该力作用点的速 度vi 间的夹角。
• “±”号的选取决定于作用在构件i上的力矩Mi与该 构件的角速度为ωi的方向是否相同，相同时取“+” 号，反之取“-”号。
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13
• 在上式中，由于包含了几个活动构件的运动变 量，其求解是困难的。
• 但是，对于单自由度的机械系统来说，这些运 动变量并非彼此孤立的，只要其中任一个确定 后，其余各运动变量都可相应的确定。
• ③一个周期为一个运动循环，一个周期内ω始= ω末，动能 E始= E末。
• ④外力对系统做功在一个波动周期内为零,一个波动周期 内总驱动功=总阻抗功(Wd=Wc)。
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7
• 3. 停车阶段：
• ①通常此时驱动力为零，驱动功Wd=0 • ②机械系统由正常工作速度逐渐减速，直到停止。
• ③此阶段内功能关系为 -Wc=E
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12
• 同理，如果机械系统由n个活动构件组成，作用在 构件i上的作用力为Fi，力矩为Mi，力Fi的作用点的 速度为vi，构件的角速度为ωi，则可得出机械运动 方程式的一般表达式为
d [ n ( m iv s 2 /i 2 J si i 2 /2 ) ] [ n ( F iv ico i M s i i)d ]
ω
ω
ωm t
ωm t
启动 稳定运转 停止
启动 稳定运转 停止
匀速稳定运转时，速度不需要调节。
后两种情况由于速度的波动，会产生以下不良后整果理：ppt
3
速度波动产生的不良后果： ①在运动副中引起附加动压力，加剧磨损，使工作可
靠性降低。 ②引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低。
③影响机械的工艺过程，使产品质量下降。