【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
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。
机械的运转及其速度波动的调节讲课文档
现在九页，总共三十一页。
等效转化的原则是：
等效构件的等效质量或等效转动惯量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或力矩产生的瞬时功率等于原机 械系统所有外力产生的瞬时功率之和。
Fei n1Ficoisvvi M i vi
现在十六页，总共三十一页。
三、举例
图示曲柄滑块机构，已知构件1转动惯量J1，构件 2质量 m2，质心S2，转动惯量Jc2，构件3质量m3， 构件1上有驱动力矩M1，构件3有阻力F3，求等效
构件的等效参数。
现在十七页，总共三十一页。
(1) 以构件1为等效构件时，等
图a
现．等效质量和等效转动惯量
等效质量和等效转动惯量可以根据等效原则——等 效构件所具有的动能等于原机械系统的总动能来确 定。
对于具有i个活动构件的机械系统，构件i上的质 量为mi，相对质心Ci的转动惯量为JCi，质心Ci的速 度为vCi，构件的角速度为ωi，则系统所具有的总
掌握通过建立动力学模型建立力与运动参数之间的运动微分方 程来研究真实运动规律的方法。
第二，研究机械运转速度波动产生的原因及其调节方法。 现在二页，总共三十一页。
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。
1、起动阶段： 外力对系统做正功 （Wd-Wr>0），系统的动 能增加（E=Wd-Wr)，机械
当外力对系统作亏功时，它又释放储存 的能量，使机械速度下降的幅度减小。
现在三十页，总共三十一页。
二、非周期性速度波动的调节
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。
机械原理知识点汇总
机械原理知识点汇总机械原理是研究机械中机构的结构和运动，以及机器的动力和传动的学科。
它是机械工程的基础，对于设计、制造和维护各种机械装备都具有重要的指导意义。
以下是对机械原理中一些关键知识点的汇总。
一、机构的结构分析机构是由若干个构件通过运动副连接而成的具有确定相对运动的组合体。
在机构的结构分析中，需要了解构件、运动副和运动链的概念。
构件是机器中独立的运动单元，它可以是一个零件，也可以是由若干个零件刚性连接而成的组合体。
运动副是两个构件直接接触并能产生相对运动的连接，常见的运动副有低副（如转动副、移动副）和高副（如齿轮副、凸轮副）。
运动链是由若干个构件通过运动副连接而成的相对可动的系统。
机构的自由度是指机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目。
通过计算机构的自由度，可以判断机构是否具有确定的运动，以及其运动的可能性和复杂性。
二、平面连杆机构平面连杆机构是由若干个刚性构件用平面低副连接而成的机构。
常见的平面连杆机构有四杆机构、曲柄滑块机构和导杆机构等。
四杆机构是平面连杆机构中最基本的形式，根据其有无曲柄，可以分为曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。
在四杆机构中，存在着一些重要的特性，如急回特性、压力角和传动角等。
急回特性可以使机构在工作行程和回程中具有不同的速度，提高工作效率；压力角是作用在从动件上的驱动力与该力作用点绝对速度之间所夹的锐角，传动角则是压力角的余角，传动角越大，机构的传动性能越好。
曲柄滑块机构是由曲柄摇杆机构演化而来的，它可以将曲柄的转动转化为滑块的直线运动，或者将滑块的直线运动转化为曲柄的转动。
导杆机构则是通过改变构件的形状和运动副的位置，实现不同形式的运动传递。
三、凸轮机构凸轮机构是由凸轮、从动件和机架组成的高副机构。
凸轮通常作为主动件，通过其轮廓曲线的形状和运动规律，推动从动件实现预期的运动。
凸轮的轮廓曲线决定了从动件的运动规律，常见的运动规律有等速运动、等加速等减速运动和简谐运动等。
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。
07机械的运转及其速度波动的调节
最大盈亏功△Wmax的确定 －－能量指示图
Mer
Med
△Wmax
a
a
DWoa
(M - M )dj
o
o M ( y - y)dxj
M j [S1]
Ea Eo - DWoa Eo - M j [S1]
Eb Ea DWab Ea M j [S2 ]
c
Mer
j
d e fg h
之间, 在 bc区间所围面积;
∫ jjcbMerdj 为 Mer 线与 j 线之间, 在 bc区间所围面积;
所以, DWbc 为 Med 线与 Mer 线之间, 在 bc区间所围面积. ●
2. 用能量指示图求 DWmax 由能量指示图:
DWmax = ︱DWbe︱
-50
= ︱DWbc + DWcd + DWde︱
A驱＞A阻→盈功→机械动能↑ →机械速度的波动 A驱＜A阻→亏功→机械动能↓
使运动副产生附加动压力→机械振动↑、η↓、质量↓ →必 须对机械速度波动进行调节→调节到这类机械容许的范围内。
二、周期性速度波动的调节-安装飞轮 1 速度波动参数
◆运动循环 (运动周期)
在周期性稳定运转阶段, 机器 的位移、速度、加速度，由某一 值，经过最短的时间，全部回复 到原来的值，这一段时间, 称为 一个运动周期。
（飞轮宜装于高速轴） 3）速度波动是不能完全消除的。
8
d
●
最大盈亏功的求取
1. 分析:
JF≥—D—Wm2 —[mda]x
max
DWmax 为 min 到 max 区间的外力功. DWmax = Emax - Emin
min
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。
机械原理简答题总结
第一章绪论基本概念1.机械：机器和机构的总称。
2.机构：用来传递与变化运动和力的可动装置。
3.机器：根据某种使用要求设计的执行机械运动的装置，可用来变换或传递能量、物料和信息。
第二章机构的结构分析1.何谓构件?构件与零件有何区别?试举例说明其区别。
构件是由一个或多个小零件刚性联接的独立运动单元体，它是机构组成的基本要素；而零件则是独立的制造单元，所有机器均由零件构成。
2.何谓运动副和运动副元素?运动副是如何进行分类的?由直接接触形成的可动联接为运动副；其接触表面称作运动副元素；运动副根据接触特性分为高副与低副；按照相对运动形式，可分为移动副、转动副、齿轮副、凸轮副和螺旋副；此外，依据引入的约束数目对它们进行分类。
I级副-V级副3.何谓高副?何谓低副?在平面机构中高副和低副一般各带入几个约束?齿轮副的约束数目应如何确定?点线接触为高副，面面接触为低副；各带入1个和2个约束；若两齿轮（条）固定则引入一个约束，不固定引入2个约束。
4.何谓运动链?运动链与机构有何联系和区别?通过运动副的联接而构成的可相对运动的系统；机构是具有固定构件的运动链。
5.何谓机构的自由度?在计算平面机构的自由度时，应注意哪些问题?机构具有确定运动是所必须给定的独立运动参数的数目，亦及必须给定的独立的广义坐标的数目，称为机构的自由度。
注意复合铰链（包含机架），去除局部自由度（某些构件产生的局部运动并不影响其他构件的运动），去除虚约束（在机构中，有些运动副带入的约束对机构的运动只起重复约束作用）。
6.既然虚约束对于机构的运动实际上不起约束作用，那么在实际机构中为什么又常常存在虚约束？虚约束是指对机构运动起不到实际约束作用的约束。
虚约束可以改善构件的受力情况，提高机构的刚度和强度，有于保证机械顺利通过某些特殊位置。
（尽量减少虚约束）7.机构具有确定运动的条件是什么？机构具有确定运动的条件是其原动件数目等于机构自由度的数目。
当不满足此条件时，若原动件少于自由度，机构运动将不确定；反之，若原动件多于自由度，则可能导致机构最薄弱环节的破坏。
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》是研究机械的运转及其速度波动调节的一门学科。
机械的运转及其速度波动的调节对于机械的工作效率和精度具有重要影响，因此掌握机械原理是非常重要的。
机械的运转是指机械在工作过程中的各种运动状态。
机械的运转方式可以分为平动、回转、滚动等多种形式，这些运动方式在机械工程中被广泛应用。
机械的运转是通过将输入能量转化为输出能量来完成各种工作任务的过程。
机械的速度波动是指机械在运转中由于各种原因引起的速度变化。
速度波动会对机械的工作效率和工作质量产生不利影响，因此需要对机械的速度波动进行调节和控制。
机械的速度波动调节可以通过多种方式实现，下面介绍几种常见的调节方法。
首先，可以通过改变机械的结构设计来减小速度波动。
例如，在一些机械中可以设置减震装置，用以减轻机械在运转时产生的震动和冲击，从而减小速度波动。
其次，可以通过加装速度波动控制装置来调节机械的速度波动。
这种控制装置可以根据机械运转时的速度波动情况进行自动调节，使得机械的速度保持在一个较为稳定的范围内。
此外，还可以通过改变机械的驱动方式来调节速度波动。
例如，在一些机械中可以采用变频调速的方法，通过改变电机的转速来调节机械的运转速度和速度波动。
另外，还可以通过使用精密传感器和控制系统来实现速度波动的调节。
这些传感器可以实时监测机械的运转速度，并将实时数据传输给控制系统，控制系统根据这些数据进行运算，从而实现对机械速度波动的调节。
在进行机械的运转及其速度波动调节时，需要注意以下几点。
首先，需要对机械的运转过程进行全面的分析和研究，了解机械在不同运转状态下的速度波动情况，为调节提供依据。
其次，需要对机械的结构和工作原理进行深入了解，以便能够根据具体情况选择适合的调节方法和措施。
最后，进行调节时需要进行实际测试和实验，以确保调节效果的准确性和可靠性，同时也需要对调节过程中的安全性和可行性进行充分考虑。
总之，机械的运转及其速度波动调节是机械工程中的重要内容，通过合理的调节方法和措施可以改善机械的工作效率和精度，提高机械的整体性能和可靠性。
机械原理机械的运转及其速度波动的调节
本节将介绍机械原理，探讨机械的运转原理和机构，并分析机械运转中的速 度波动问题。
机械原理的介绍
1 基本概念
2 机械运动类型
机械原理是研究机械运动和力学关系的基础， 掌握机械原理对于理解机械的运转至关重要。
机械运动可以分为旋转、直线和往复运动， 每种类型都有其特定的机械结构。
随着技术的进步，机械运转和速度调节的方法将 不断创新和发展，为机械工程带来更多的可能性。
机械运转中的速度波动问题分析
机械运转过程中，速度波动会导致机械性能下降和能源浪费。分析速度波动问题的原因和影响是解决问题的第 一步。
调节机械速度波动的方法
优化设计
通过合理的设计优化机械结构，改善机械的运转 稳定性和减小速度波动。
振动隔离
采用减振装置和隔振技术，降低机械的振动对速 度的影响。
动力控制
3
列车运行控制系统
利用轨道监测装置和车载控制系统，实现对列车速度的稳定控制和减小速度波动。
相关实用技巧和经验分享
调试技巧
如何通过调整、校准和保养等方法降低机械速度波 动。
故障排除
常见机械速度波动故障的分析和解决方法，帮助提 高机械的稳定性。
总结和展望
总结 展望
机械原理和速度波动调节是机械工程的重要内容， 了解和掌握这些知识对于提升机械性能至关重要。
采用电子或液压控制系统来实现对机械速度的精 确调节。
自动化监测
通过传感器和监测系统实时监测机的案例分析
1
汽车发动机调速系统
采用PID控制算法，实时调节汽车发动机转速，减小速度波动。
2
工业机械生产线
通过运动控制器和伺服系统，实现对生产线上各个部件速度的精确控制。
机械原理教案机械的运转及速度波动调节
机械原理教案机械的运转及速度波动调节
一、教学目标
1.了解机械的运转原理；
2.了解机械的速度波动调节方法；
3.能够根据实际情况运用机械原理进行相关计算。
二、教学重点
1.机械的运转原理；
2.机械速度波动的调节方法。
三、教学难点
1.机械速度波动的调节方法。
四、教学准备
1.教案；
2.电脑、投影仪；
3.笔记本；
4.教具。
五、教学过程
1.引入新知识（10分钟）
教师通过展示一台运转中的机械，让学生观察其运转状态和速度波动情况。
然后引导学生思考，为什么机械能够运转？为什么机械的速度会发生波动？
2.讲解机械运转原理（40分钟）
教师通过PPT讲解机械运转的原理，包括输入动力、传动机构、工作装置和输出物四个要素，并结合实例进行说明。
3.讲解机械速度波动调节方法（40分钟）
教师通过PPT讲解机械速度波动调节方法，包括调节输入动力、调节传动机构、调节工作装置和调节输出物四个方面，并结合实例进行说明。
4.实例演练（30分钟）
教师提供一些机械速度波动调节的实例，让学生运用所学知识进行解答和计算。
五、课堂小结（10分钟）
教师对本节课的要点进行总结，并布置相关作业。
六、课后作业
1.完成课堂上的实例演练；
2.预习下节课内容。
七、教学反思
通过本节课的教学，学生对机械的运转原理和速度波动调节方法有了初步的了解，能够应用机械原理进行相关计算。
但是在教学过程中，可能
会有部分学生对机械原理还有些陌生，需要加强与实例结合进行讲解的方式，提高学生的学习兴趣和参与度。
机械原理速度波动调节
Mr
Aφ
J
Mr Mr ( ) J J( )
等效构件的转角自0 转至
W
WMd
WMr
1 2
J 2
1 2
J002
E E0 E
Md
0
0
M d d
0
M r d
1 J 2
2
1 2
J
002
1 2
J 2
0
Md
F和M仅与速比有关，与机械系统的真实运动无关。 各速比可用任意速度比例尺画速度多边形求解。
故可在机械系统真实运动未知的情况下计算各F和M 。 F和M可能是机构位置、速度或时间的函数。
2 等效质量 m 和等效转动惯量 J
同样，若机械系统有n个活动构件，计及 k 个构
件上的质量和转动惯量 ，即 k ≤n 。
因此，通常为使建立的运动方程式简单和求解方便，
☆ 先把复杂的多构件机械系统等效简化成一个 构件—等效构件(机械系统的等效动力学模型)
☆ 再根据动能定理建立等效构件的运动方程并求解
将研究整个机器的运动问题转化为研究一个构件的 运动问题，从而使研究机械真实运动的问题大为简化。
例如 曲柄滑块机构 （简单系统）
Wd Wr W f E E0 E
1 启动阶段 — 原动件的速度从零逐渐上升到它 的正常工作速度的过程 。
空载启动 Wr 0 Wd W f E E0
加速运动
2 稳定运转阶段
原动件速度保持常数(匀速稳定运转)或在正常工作速度的
平均值上下作周期性速度波动(变速稳定运转)。
3个活动构件组 成一个质点系
机械原理_速度波动与调节
研究的内容及目的研究单自由度机械系统在外力作用下的真实运动规律确定原动件的真实运动规律，为机构运动分析作准备因为原动件的运动规律决定了单自由度机械系统的所有运动构件的运动规律。
故确定了原动件的运动规律，则其他各构件运动规律经运动分析可知。
研究机械运转速度波动产生的原因及其调节方法降低机械的速度波动的幅度机械系统的运转从开始到停止的全过程可分为三个阶段机械原动件的角速度随时间变化情况根据动能定理：启动阶段EE E W W W W G f r d ∆=-=±--0EE E W W c d ∆=-=-0空载起动作用在机械系统上的外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。
0 0E E W W W f d r >>=加速运动—原动件的速度由零逐渐上升至正常工作的ωm 速度稳定运转阶段的状况有：匀速稳定运转：ω＝常数tω稳定运转周期变速稳定运转：ω(t)=ω(t+T)起动非周期变速稳定运转停止ωmt ω稳定运转起动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，会产生不良后果,需要调节稳定运转阶段T ωm i tω稳定运转起动停止ωm 1ωm 2机械的运转过程及特征速度波动产生的不良后果：在运动副中引起附加动压力，加剧磨损，使工作可靠性降低引起弹性振动，消耗能量，使机械效率降低影响机械的工艺过程，使产品质量下降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速度波动调节的方法:对周期性速度波动，可在转动轴上安装一个质量较大的回转体（俗称飞轮）达到调速的目的对非周期性速度波动，需采用专门的调速器才能调节本章主要讨论周期性速度波动用飞轮调速方法周期性变速稳定运转: 00=-=-E E W W c d 运动周期(运动循环)在一个运动循环以及整个稳定运转阶段中，输入功等于阻抗功(总耗功)c d W W =但在一个周期内任一时间间隔中，输入功与总耗功不一定相等匀速稳定运转：在任一时间间隔中c f rd W W W W =+=每一个运动周期的始末速度相等ωm t ω稳定运转起动停止稳定运转阶段机械的运转过程及特征实际机械中，大部分机器都具有周期性运动循环的特性一个运动循环，对应机器主轴的一转(冲床)两转(四冲程内燃机)数转(轧钢机)几分之一转(铣床)稳定运转阶段停车阶段0 =d W 驱动力撤去为快速停车，机器通常加有制动装臵0<-=-E E W W c d —原动件的速度从正常工作速度下降到零启动、停车一般为过渡阶段，通常机械是在稳定运转阶段工作为研究机械系统的真实运动规律，必须首先建立机械系统运动方程式—外力与运动参数间的函数关系式例曲柄滑块机构（简单机械系统）根据(质点系)动能定理：各外力的功等于动能的增量。
机械原理考研讲义六(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7.1本章知识点串讲本章的重点在于最大盈亏功﹑速度不均匀系数﹑等效转动惯量﹑等效质量﹑等效力矩﹑等效力的概念及计算方法，以及机械运转速度波动及其调节方法。
1．等效转动惯量﹑等效质量﹑等效力矩﹑等效力的计算方法等效转动惯量的一般计算式为：等效力矩的一般计算式为：等效质量的一般计算式为：等效力的一般计算式为:2．稳定运转条件下机械速度的波动及其调节一、周期性速度波动产生的原因作用在机械系统上的驱动力(矩)和(或)阻抗力(矩)和(或)系统等效转动惯量(质量)是机构位置的函数。
二、平均速度三、速度不均匀系数δ角速度(ωmax-ωmin)的变化幅度与其平均角速度ωm的比值。
四、周期性速度波动的调节原理赢功：驱动功大于阻抗功时，两者的差值；亏功：阻抗功大于驱动功时，两者的差值。
设：S1=300; S2=1500; S3=1300; S4=1700; S5=1600各点处的外力功值：a(0);b(-300);c(+1200);d(-100);e(1600);f(0)。
最小功值在b处，最大功值在e处；相对应最小速度在b处，最大速度在e处。
最大赢亏功ΔW max = ΔE max= Emax - Emin另外，最大赢亏功又等于ΔW max =Jeω2mδ由此得到调节方法：在ΔW max一定的情况下，为了使系统速度不均匀系数δ < [δ]，可通过给系统增加一个转动惯量较大的回转体——飞轮(其转动惯量计为Jf )。
五、飞轮转动惯量的计算飞轮转动惯量为Jf，于是有ΔW max = (Je + Jf )ω2mδ一般情况，Je <<Jf，故可忽略可忽略Je的影响。
于是：7.2本章重难点总结7.2.1重难点知识点总结本章的难点在于最大盈亏功﹑速度不均匀系数﹑等效转动惯量﹑等效质量﹑等效力矩﹑等效力等的计算。
7.2.2本章重难点例题讲解【例题1】一机器作稳定运动，其中一个运动循环中的等效阻力矩Mr 与等效驱动力矩Md 的变化线如图所示。
机械运转及其速度波动的调节
机械运转及其速度波动的调节引言在机械系统中，运转的平稳性和速度控制是至关重要的。
机械系统的速度波动可能导致不稳定的运转和使用寿命的缩短。
因此，调节机械运转及其速度波动是一项重要的工程任务。
本文将介绍机械运转的调节方法和策略，以及如何减小速度波动。
机械运转的调节方法1.使用合适的驱动系统：驱动系统的选择对机械运转的稳定性和速度控制有着很大的影响。
合适的驱动系统应具备稳定的输出功率和速度控制能力。
在选择驱动系统时，需要考虑负载的特性以及所需的运转速度范围。
2.采用合适的速度调节器：速度调节器是控制机械运转速度的关键设备。
常见的速度调节器包括PID控制器、变频器等。
合适的速度调节器可以通过调整输入信号的反馈和输出信号的控制，实现对机械运转速度的精确控制。
3.确定合适的控制参数：在使用速度调节器时，需要确定合适的控制参数。
常见的控制参数包括比例增益、积分时间和微分时间等。
通过实验和调试，可以找到最优的控制参数，以达到稳定的运转和减小速度波动的目的。
速度波动的原因和解决方法速度波动是机械系统中常见的问题，其原因可以分为内部原因和外部原因。
内部原因：1.负载波动：负载的变化会影响机械运转速度的波动。
当负载发生变化时，机械系统受力情况会发生变化，从而导致速度波动。
解决负载波动问题的方法包括增加机械系统的稳定性和采用适当的负载补偿方法。
2.机械摩擦：摩擦力是机械系统中不可避免的因素。
摩擦力对机械运转速度的波动有很大的影响。
减小机械摩擦的方法包括润滑、表面处理和设计合理的摩擦副。
外部原因：1.环境因素：环境因素如温度、湿度等也会对机械运转速度产生影响。
在高温环境下，机械系统的扩展性会增加，从而导致速度波动。
解决环境因素引起的速度波动的方法包括控制环境条件和增加机械系统的稳定性。
2.外部扰动：外部扰动如震动、冲击等也会对机械运转速度产生影响。
减小外部扰动的方法包括增加机械系统的刚度和采取合适的隔振措施。
结论机械运转的调节是一项重要的工程任务，其目的是实现稳定的运转和减小速度波动。
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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
定义
d[ J e
12
2
]
M e1
d
t
Je 等效转动惯量 Me 等效力矩
对一个单自由度机械系统的研
究，可以简化为对一个具有等效
转动惯量Je，在其上作用有等效力
y
矩Me 的假想构件的研究。
1 M1 A
S1 1 O
1
2
S2
2v2
B
S3 3
v3
x F3
1 Me
Je 1
B
O
等效构件
1 Me Je O 1
等效动力学模型
mi
VSi ωБайду номын сангаас
2
+J S i
ωi ω
2
等效力矩一般表达式
n
Meω= FiVicosαi ±Miωi
i=1
Me
=
n i=1
Ficosαi
vi ω
±Mi
ωi ω
选3为等效构件, 位移s3为独立的广义坐标，改写公式
d{
v32 2
[J1
(
1
v3
)2
J
S
2
(
2
v3
)2
m2
me
n i 1
mi
v Si v
2
J
S
i
i
v
2
Fe
n i 1
Fi
cos
i
vi v
M
i
i
v
结论：
（1）等效动力学模型的概念：
对于一个单自由度机械系统的运动的研究，可简化为对其 一个等效转动构件或等效移动构件的运动的研究。
等效转动惯量（或等效质量）是等效构件具有的假想的转动 惯量（或质量），且使等效构件 所 具有的动能应等于原机械 系统中所有运动构件的动能之和。
度ωm
E 0
角速度ω在某一平均值 在一个周期内
ωm上、下作周期性波动。
在殊条件下ω=常值。
Wd Wr
E 0
角速度ω由ωm逐渐减小
至零。
Wd Wr
E 0
三、作用在机械上的驱动力和生产阻力
驱动力和工作阻力，其余外力常忽略不计。
驱动力：
常用的原动机有：电动机、液压或气压泵、内燃机等。 原动机输出的驱动力与某些运动参数的函数关系—机械 特性
等效原则： 等效转动惯量——等效构件具有的转动惯
量，使其动能等于原机械系统所有构件动能 之和。
等效力矩——作用在等效构件上的力矩， 其瞬时功率等于作用在原机械系统上所有外 力在同一瞬时的功率之和。
效转动惯量一般表达式
1
2
Jeω2 =
n i=1
1m 2
i
VS2i
+
1 2
J
ω2
Si i
Je
=
n i=1
Je
n i 1
mi
vSi
2
J
S
i
i
2
Me
n i 1
Fi
cos
i
vi
M
i
i
取移动构件为等效构件
me
n i 1
mi
vSi v
2
J
S
i
i
v
2
Fe
n i 1
Fi
cos
i
vi v
M
i
i
v
注意：
(1)各等效量不仅与作用于机械系统中的力、力矩以及各 活动构件的质量、转动惯量有关，而且和各构件与等效构件 的速比有关，但与系统的真实运动无关。因此，可在机械真 实运动未知的情况下计算各等效量。
其次，确定系统广义构件的等效转动惯量Je或等效质量me 和等效力矩Me或等效力Fe。其中Je或me的大小是根据等效构件 与原机械系统动能相等的条件来确定；而Me或Fe的大小则是根 据等效构件与原机械系统的瞬时功率相等的条件来确定。
单自由度机械系统等效动力学参数的一般表达
取转动构件为等效构件
等效参数的一般表达
第八章 机械的运转及其速度 波动的调节
§8-1 概 述 §8-2 机械系统的等效动力学模型 §8-3 在已知力作用下机械的真实运动 §8-4 机械速度波动及其调节方法
§8-1 概 述
一、研究机械系统动力学的目的、意义
机械系统动力学的含义 研究对象—单自由度机械系统
基本原理—动能定理：dW=dE Pdt=dE
(2)等效质量、等效转动惯量值恒为正值。一般各构件与 等效构件的速比是机构位置的函数，则等效质量、等效转动 惯量也是机构运动位置的函数；对于定传动比机构，其等效 转动惯量恒为常量。
(3)等效力、等效力矩可能是正值，也可能为负值。
选取等效构件时考虑的因素
(1) 便于计算等效构件的等效动力学参数。 (2) 便于计算等效构件的运动周期和运动位置。 (3) 便于在等效构件的运动分析完成后求解其他构件的运 动参数。 通常选取机构中作转动的原动件或机器的主轴作为等效 构件。
Md Mr
Emin 、ωmin
ab E
cEmax d
而在位置c处为： Emax 、 ωmax
在b-c区间处盈亏功和动能增量达到最
和 M 3 100 N m ；各轮的转动惯量 J1 0.1kg m2 ；
J 2 0.225kg m2 ； J3 0.4kg m2 ；各轮的齿数 各轮的齿数 z1 20 ； z2 30 ； z3 40 ， 以及在开始的
瞬时轮1的角速度等于零。求在运动开始后经过0.5秒时轮1
的角加速度 1 和角速度 1
ab c d
a a
[
Md
(
)
Mr
(
)]d
1 2
J 2 a a
1 2
J
2
aa
a φ a φ e a'φ
若在一个循环内： Wd=Wr △E=0
即： E
( M a'
a
d
Mr )d
1 2
J 2 a' a'
1 2
J
2
aa
=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。
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
机械名称 [δ]
机械名称 [δ]
碎石机 1/5～1/20 汽车拖拉机 1/20～1/60 造纸织布 1/40～1/50 冲床、剪床 1/7～1/10 切削机床 1/30～1/40 纺纱机 1/60～1/100
轧压机 1/10～1/20 水泵、风机 1/30～1/50 发电机 1/100～1/300
在位置b处，动能和角速度为：
ωmax＝ωm(1+δ/2)
ωmin＝ωm(1-δ/2) ω2max－ω2min ＝ 2δω2m
可知，当ωm一定时，δ愈小，则差值ωmax－ωmin也愈小，
说明机器的运转愈平稳。
对于不同的机器，因工作性质不同而取不同的值[δ]。 设计时要求：δ≤[δ]
机械运转速度不均匀系数δ的取值范围
机械名称 [δ]
1 2
J 2
1 2
J002
0
[ Md () Mr ()]d
J0 J
02
2 J
0
[ Md () Mr ()]d
等效转动惯量常数，等效力矩为构件速度函数
J
J
d