第六章 速度波动调节
速度波动的调节 机械原理.
机械系统动力学1 作用在机械上的力及机械的运转过程机械的等效力学模型机械运动方程式的建立及求解2 机械的速度波动及调节方法3 飞轮设计作用在机械上的力及机械的运转过程机械的运转过程及特征机械的等效动力学模型等效动力学模型的建立目的：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等效构件的动能，应等于整个系统的总动能等效构件上所做的功，应等于整个系统所做功之和。
等效量的计算功率和不变等效力等效力矩∑∑==±+=mjjjniiiiMvFP11cosωθ∑∑==±+==mjjjniiiieMvFPM11cosωθω∑∑==±+=mjjjniiiieMvFM11cosωωωθ∑∑==±+=mjjjniiiie vMvvFF11cosωθ等效力矩的特征：等效力矩是一个假想力矩；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。
等效量的计算动能不变等效质量等效转动惯量∑∑==±+=mjjsjnisiiJvmE121221ω∑∑==±+==mjjsjnisiieJvmJE121222121ωω∑∑==+=mjjsjnisiieJvmJ1212)()(ωωω∑∑==+=mjjsjnisiie vJvvmm1212)()(ω等效转动惯量的特征：等效转动惯量是一个假想转动惯量；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；等效力矩与机械系统驱动构件的真实速度无关。
机械运动方程式的建立与求解 能量形式方程式 EW ∆=∆2122212121ωωϕϕϕe e e J J d M -=⎰21122221212121ωωϕϕϕϕϕϕe e er ed J J d M d M -=-⎰⎰21122221212121v m v m ds F ds F e e er ed -=-⎰⎰ϕϕϕϕ机械运动方程式的建立与求解 力矩形式方程式dEdW =)21( 22ωϕe e J d dE d M dW ==ϕωωϕωωϕd d J d dJ J d d M e e e e +==2)(2122dtd J d dJ M M M ee er ed e ωϕω+=-=22dtdvm ds dm v F F F ee er ed e +=-=22速度波动衡量指标： mωωωδmin max -=)(21min max ωωω+=m 7。
第六章 液压传动系统的速度调节
节流调速回路--出口节流调速回路
③功率特性与回路效率
泵的输出功率为
Pp p pQp
（6-27）
执行元件的有效功率为 P p pQ1 p2Q2 1 F ( p1 A 1 p2 A 2)
功率损失为
P Pp P 1 p p Qp p p Q1 p2 Q2 p p Q1 Qy p p Q1 p2Q2 p y p j p p Qy p2Q2 p p Qy p jQ 2
按式（6-32）、（6-33）及图6-7可知：
a.随着负载的增加，运动速度下降很快，其速度-负载特性
比进、出口节流调速回路更软；
节流调速回路--旁路节流调速回路
b.在节流阀通流截面积一定时，负载愈大速度刚性愈大；
c.负载一定时，节流阀通流面积愈小，速度刚性愈好；
d.增大执行元件有效工作面积，减小节流阀指数，可以提高速 度刚性；
节流调速回路--出口节流调速回路
执行元件的运动速度，由通过节流阀从执行元 件回油腔排出的流量Q2决定，即
Q2 CA j p2 CA j p p A1 F 1 A2 A2 A2
（6-24）
节流调速回路--出口节流调速回路
②速度-负载特性 由式（6-24）可求得出口节流调速回路的速度刚性为
节流调速回路--进口节流调速回路
速度-负载特性可用速度刚性这一指标来评定，
其定义为曲线上某一点处切线斜率的倒数，表示意义 为：负载变化时，系统抗阻速度变化的能力。即
F A1 1 kv CA j p p A1 F 1
（6-10）
或
A1 F kv pp A1
机械速度波动的调节
J min
2
E max E max E min J A max
1 2
J （ max min ）
2 2
1 2
J 2
2 m
J
2 m
A max
m
2
最大盈亏功ΔAmax的理解
• 由“公式推导”可知： • ΔAmax 是ωmin→ωmax期间之最大盈功 • 或者，也可以认为： ΔAmax是ωmax→ωmin期间之最大亏功
不均匀系数δ的确定
• 查课本P812之表25-2 “ 许用运转不均匀 系数” • 例如 破碎机 ： 1/5~1/20 • 汽轮发电机：小于1/200
最高转速与最低转速
max min
2
m 1 2 m 1 2
2 2
max min 2 m
机械速度波动的调节
（飞轮设计）
调节机器速度波动的目的和方法
• 1.为什么要调节机器速度的波动? 答:减少危害。 下面具体分析： （1）机器为什么会有速度波动？ 答：这是因为驱动力所作的功（输入功） 不 是总等于 克服阻力所需的功（总消耗功） （2）速度波动有什么危害？ 答：产生振动，降低使用寿命，降低加工精度， 降低产品质量。
ω与n的关系
2
2 n 60
2
2
n
30
n
900
飞轮转动惯量计算公式
J
A max
m
2
900 A max
n
2 2
最大盈亏功ΔAmax的确定
绘能量指示图
解题突破口
对于周期性速度波动，稳定运转时 一个周期中 驱动力（矩）作的功=阻力（矩）作的功
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。
机械运转速度波动的调节
机械运转速度波动的调节7.1 机械运转速度波动调节的目的与方法机械运转速度的波动可分为两类（1）周期性速度波动调节周期性速度波动的常用方法是在机械中加上—个转动惯量很大的回转件——飞轮。
盈功使飞轮的动能增加，亏功使飞轮的动能减小。
飞轮的动能变化为()20221ϖϖ-=∆J E ，显然，动能变化数值相同时，飞轮的转动惯量J 越大，角速度ω的波动越小。
（2）非周期性速度波动假如输入功在很长一段时间内总是大于输出功，则机械运转速度将不断升高，直至超越机械强度所容许的极限转速而导致机械损坏；反之，如输入功总是小于输出功，则机械运转速度将不断下降，直至停车。
汽轮发电机组在供汽量不变而用电量突然增减时就会出现这类情况。
种速度波动是随机的、不规则的，没有一定的周期，因此称之非周期性速度波动。
这种速度波动不能依靠飞轮来进行调节，只能使用特殊的装置使输入功与输出功趋于平衡，以达到新的稳固运转。
这种特殊装置称之调速器。
机械式离心调速器结构简单、成本低廉，常用于电唱机、录音机等调速系统之中；但它的体积庞大，灵敏度低，近代机器多使用电子调速装置实现自动操纵。
本章对调速器不作进一步论述，下面各节要紧讨论飞轮设计的有关问题7.2 飞轮设计的近似方法7.2.1 机械运转的平均速度与不均匀系数各类不一致机械许用的机械运转速度不均匀系数δ，是根据它们的工作要求确定的。
比如驱动发电机的活塞式内燃机，假如主轴的速度波动太大，势必影响输出电压的稳固性，因此这类机械的机械运转速度不均匀系数应当取小一些；反之，如冲床与破碎机等一类机械，速度波动稍大也不影响其工艺性能，这类机械的机械运转速度不均匀系数便可取大一些。
几种常见机械的机械运转速度不均匀系数可按表7-1选取。
表7-1 机械运转速度不均匀系数δ的取值范围7.2.1 飞轮设计的基本原理飞轮设计的基本问题是：已知作用在主轴上的驱动力矩与阻力矩的变化规律，要求在机械运转速度不均匀系数δ的容许范围内，确定安装在主轴上的飞轮的转动惯量。
波动的调节
第六章机械运动与速度波动的调节一、填空题1、周期性速度波动用调节，非周期性速度波动用调节。
2、机械运转的三个阶段是3、机械特性是指和之间的关系。
4、在机械稳定运转阶段就一个周期而言，机械的和是相等的二、判断题(答A表示说法正确.答B表示说法不正确)1、为了使机器稳定运转，机器中必须安装飞轮。
2、机器中安装飞轮后，可使机器运转时的速度波动完全消除。
3、为了减轻飞轮的重量，最好将飞轮安装在转速较高的轴上。
4、机器稳定运转的含义是指原动件(机器主轴)作等速转动。
5、机器作稳定运转，必须在每一瞬时驱动功率等于阻抗功率。
6、作往复运动或平面复合运动的构件可以采用附加平衡质量的方法使它的惯性力在构件内部得到平衡7、若机构中存在作往复运动或平面复合运动的构件，则不论如何调整质量分布仍不可能消除运动副中的动压力。
8、绕定轴摆动且质心与摆动轴线不重合的构件，可在其上加减平衡质量来达到惯性力系平衡的目的。
9、设计形体不对称的回转构件，虽已进行精确的平衡计算，但在制造过程中仍需安排平衡校正工序。
10、不论刚性回转体上有多少个平衡质量，也不论它们如何分布，只需要在任意选定两个平面内，分别适当地加平衡质量即可达到动平衡。
三、选择题1、有三个机械系统，它们主轴的最大角速度和最小角速度分别是：(1)1025转/秒，975转/秒;(2)512.5转/秒 487.5转/秒;(3)525转/秒 475转/秒;其中运转最不均匀的是______。
(1)A. (2)B. (3)C.2、在最大盈亏和机器运转速度不均匀系数不变前提下，将飞轮安装轴的转速提高一倍，则飞轮的转动惯量将等于原飞轮转动惯量的_ _____。
A.2B.1/2C.1/43、设机器的等效转动惯量为常数，其等效驱动力矩和等效阻抗力矩的变化如图示，可判断该机器的运转情况应是__._____。
A.匀速稳定运转B.变速稳定运转C.加速过程4、如果不改变机器主轴的平均角速度，也不改变等效驱动力矩和等效阻抗力矩的变化规律，拟将机器运转速度不均匀系数从0.10降到0.01，则飞轮的转动惯量将近似等于原飞轮转动惯量的___ _____。
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。
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如图，Md为驱动力矩所作的功， Mr为阻力矩所作功，在机械运转 一个周期内，Md=Mr。在ab段，Md ＜Mr，为亏功；bc段，Md＞Mr， 为盈功；cd段，Md＜Mr为亏功； de段，Md＞Mr，为盈功；ef段， Md＜Mr，为亏功。同时，主轴的 角速度由ωa降到ωb升到ωc降到 ωd升到ωe降到ωa/。且ωa=ωa/。 Md(φ)与Mr(φ)所围的面积为盈亏 功，为W1、W2、W3、W4、W5，ωmin 出现在b、d、a/某一处，ωmax出 现在c、e某一处，具体求法由能 量指示图。
总目录
W1 W 2
W3
W4
W5
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结 束
能量指示图
取a点表示开始点，作b=W1， bc=2，cd=W3，de=W4，ea=W5。 盈功箭头向上，亏功箭头向下。
c
c e e
a a/
ωmax=ωc ， ωmin=ωb [W]=W2=W1+W3+W4+W5
b b
d
d
总目录
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下一页
结 束
非周期性速度波动的调节
总目录 上一页 下一页 结 束
1
JF的关键是求最大盈亏功[W]——能量指示图。 JF≥
[W] 2 m [ ]
结论
3
2 [W] 与 ωm 一定时 , 如 [δ] 很小 , 飞轮转 动惯量很大,所以,过分追求机械运转速 度的均匀性,会使飞轮过于笨重
飞轮实质为能量储存器， 有些机构利用飞轮较大的 惯性闯过死点。
b b
M(Nm) 500 250 a + 1
Mr 6 _
d
d
f
f a
f
+ 5
g a + 1
a e c c e g g
π/2
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结 束
总目录
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结 束
无论是匀速或作周期性速度波动的机械， 若运转时，驱动力或阻力突然变化，又 不能及时恢复，使主轴速度向一个方向 发展，这种驱动功与阻力功一直不能相 等而引起的主轴速度变化。
定 入 功和载荷所消耗 功以达到平衡， 保持速度稳定。
调速器 装置
总目录
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结 束
在机械的名义转速和其 许用速度不均匀系数确定后， 一个循环中许用的最高和最 低值 ) ωmax=ωm(1+
2 ωmin=ωm(1－ ) 2
Md 2 _ b c + 3 π π/2 4 _ d e
例：某机械系统稳定运转时期 的一个周期对应其等效构件转 一圈，其平均转速nm=100r/min， 等效阻力矩 Mr=Mr （ φ ） ， 等 效驱动力矩Md为常数。[δ]=3%， 求 Md ；构件 nmax 、 nmin 的位置 及大小；最大盈亏功 [W] ；飞 轮转动惯量JF。
总目录
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结 束
飞 轮 转 动 惯 量 计 算
[W]=E－E0= 1 JF（ ωmax2－ωmin2） 2
因为 故 δ= JF≥
ωmax2－ωmin2 =2δm2δ
900[ W ] [W] = 2 2 2 [ ] n m [ ] m
[W] ≤[δ] 2 m J F
JF ——飞轮的转动惯量，kg.m2 [δ] ——速度不均匀系数许用值 nm ——飞轮轴平均转速，r/min [W] ——ωmax与ωmin之间盈亏功——最大盈亏功，N.m。
如果驱动力或阻力无规律地变化，会引起机械运转速度波动规则随机且无 一定周期，这种现象称为非周期性波动，此时飞轮已不能达到调节速度的目的， 需采用特殊的调速器。当外力（驱动力和阻力）的变化是随机的、不规则的，没 有一定的周期性时，机械和速度也呈非周期性波动。当盈功过多时，速度可能变 得太快；当亏功过多时， 速度可能变得太慢。为 此，必须调节驱动力作 功和阻力作功的比值， 此时飞轮已不能满足要 求，只能采用特殊的装 置使驱动力所作的功随 阻力作功的变化而变化， 并使两功稳于平衡，以 使机械平稳运转。这种 特殊的装置称为调整器。 （见调速器的原理）
总目录 上一页 下一页 结 束
速度波动的影响： （1）、运动副中产生附加动压力，降低机械效率 （2）、引起弹性振动。 （3）、影响零件的寿命和工作精度，使产品质量下降。 因此，必须控制速度的波动，进行速度调节。
二、速度波动的类型和调节速度波动的类型
类 型
周期性速度波动 非周期性速度波动
总目录 上一页 下一页 结 束
5
有些机械中未加飞轮是由 于其它构件已起到飞轮作 用，满足速度波动要求， 因此，不能随便改变构件 的大小或形状。 总目录
4 J 与ω 2成反比，说明飞轮宜 F m 安装在转速较高的轴上，这样 可减少飞转动惯量，缩小体积， 减轻重量，但要注意平衡。
6 JF不可能无穷大， [W]与ωm 均为有限值，所以[δ]不可 能为零，即安装飞轮后机械 运转的速度仍有周期波动， 但幅度减小，不可能消除。 上一页 下一页 结 束
周期性速度波动的调节
定 义 由于运动规律呈规 律的、周期性变化 引起机器速度波动.
周期性速度波动在 一个运动周期内， 特 驱动力功=阻力功， 点 在循环的某一时间 间隔内，驱动力功≠阻力功， 出现速度波动。
调 节 原 理 安 装 飞 轮
主轴装上飞轮后，当驱动力功>阻力功时，飞轮积蓄能量， 使主轴的转速增加，以动能的形式储存起来，减少增速幅 度；当驱动力功<阻力功时，飞轮释放能量，使主轴转速降 低，飞轮释放能量，补充输入功不足，减少减速幅度。这 样保证机器速度波动不大。这种方法只能使速度波动在一 定范围内进行调节，不能彻底消除速度波动。由于飞轮能 补充运转周期中因阻力增加而不足的能量，所以，安装飞 轮后，原动机功率 < 不用飞轮时原动机的功率。 总目录 上一页 下一页 结 束
总目录
上一页
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结 束
三、机械运转的平均速度和不均匀系数
机构主轴角速度ω在一个运动周期内的变化范围为ωmax～ωmin 平均速度 ωm= max min ------ 机器的额定转速
2
不均匀系数 δ= max min -------表6-1
m
不均匀系数的意义：
机械速度波动程度。不同类型的机械，δ不同。 总目录 上一页 下一页 结 束
第六章
1
速度波动的调节
一、速度波动的原因及影响 定义：机械动能的变化引起原动件角速度的变化，
出现速度变化的现象 。
原因:（1）、盈功：某段时间内，当驱动力所做的功
2
大于阻力所做的功时为盈功。此时，机械的 能增加，速度升高。 （2）、亏功：某段时间内，当驱动力所做的功 小于阻力所做的功时，出现亏功。此时，机 械的动能减小，速度降低。