速度波动调节
十二章机器的运转及其速度波动的调节
2024/9/28
机器旳动能方程式可写成
WFd
WFr
偏于安全旳假定是，各运动零件惯量与飞 轮相比可略去不计。
2024/9/28
例：冲压机旳飞轮
解：由电动机提供旳平均功率为4kJ/2s= 2kW。 假如转速完全保持不变，则输出功率亦保持不 变，将以均匀旳速率供给能量。
对于大部分循环，电动机使飞轮加速直至最高 转速。最高转速恰好出目前冲孔前。在冲孔加 工旳0.2s后，飞轮降至最低转速。
[注]不需飞轮旳机器：电动机、汽轮机、六 缸以上二冲程发动机、八缸以上四冲程发动 机、星形航空发动机（螺旋桨）…
2024/9/28
例：冲压机旳飞轮
某冲压机旳飞轮以ω=200rpm (20.9 rad/s)旳平均速度运动，电动机经过一组 齿轮驱动冲压机每2秒冲一种孔。若实际 旳冲压环节需0.2s，每冲一种孔吸收4kJ 旳能量。求产生不均匀系数δ=0.1所需旳 飞轮旳转动惯量JF 。
1 mv2 2
1 2
m0v02
或
WMd
WMr
1 2
J 2
1 2
J
2
00
2024/9/28
2、力或力矩形式旳机器运动方程式
s
s
s
s
WFd WFr
0 Fd ds
0 Fr ds
0 (Fd Fr )ds
Fds
0
式中F Fd Fr s为等效点旳位移
机械原理第七章机械的运转及其速度波动的调节
n
n
n
由两者功率相等 N Me
Ni Fivi cosi M ii
i 1
i 1
i 1
求得等效力矩：
Me
n i 1
Fi
vi 湘co潭s大学i专用 n
i 1
Mi
i
由两者动能相等
E
1 2
J e 2
n
i 1
Ei
n i 1
1 2
mivc2i
n i 1
1 2
J
2
ci i
得等效转动惯量：Je
y
ω1
1
O
A
2
M1
φ1
ω2
s2 v2 B v3
3
x
F2
(a)
等效替换的条件：
v3
me Fe v3 me Fe
(b)
(d)
1.等效力或力矩所作的功与原系统所有外力和外力矩所作的功相等:
Ne＝ΣNi
2.等效构件所具有的动能应等于原系统所有运动构件的动能之和。
Ee＝ΣEi
一般结论：取转动构件作为等效构件：
Fe=Fe(φ,ω,t)
Me=Me(φ,ω,t)
也可将驱动力和阻力分别进行等效处理，得出等效驱动力矩 Med或等效驱动力Fed和等效阻力矩Mer和等效阻力Fer，则有：
Me= Med –Mer Fe= Fed –Fer
三、运动方程的推演
称把为表能达量式微：分形d[式12 J的e运2 ]动 方M程湘ed潭式大学。专用或
为vi。则瞬时功率为n ：
n
n
N Ni Fivi cosi Mii
i 1
i 1
i 1
式中αi为Fi与vi之间的夹角，Mi与ωi方向相同时取“＋”， 相反时取“－”。
机械速度波动的调节
机械速度波动的调节引言机械速度波动是指机械系统在运行过程中速度产生的波动现象。
这种波动会导致机械设备的性能下降、工作质量不稳定，甚至影响到机械设备的寿命和安全性。
因此，对于机械速度波动的调节具有重要的意义。
本文将介绍一些常见的机械速度波动调节方法，并探讨其优缺点以及适用范围。
常见的机械速度波动调节方法1. 使用减震器减震器是一种能够减少振动和冲击的装置，可以在机械设备的关键部位安装减震器，以减少速度波动。
减震器主要通过吸收和消散机械设备产生的振动能量，从而降低速度波动。
减震器的优点是安装方便，且能够有效减少机械设备的振动和噪声，但是对于大功率的机械设备，减震器的效果有限。
2. 加大惯性负载加大机械设备的惯性负载可以降低速度波动。
惯性负载是指机械设备运行时所受到的外部阻力，通常通过增加机械设备的工作负荷或者增加惯性轮来增加惯性负载。
增大惯性负载能够提高机械设备的运行稳定性，减少速度波动，但是也会增加机械设备的能耗。
3. 定期进行维护和保养机械设备的维护和保养对于减少速度波动非常重要。
定期进行设备的检查、润滑和清洁，能够保持设备的正常运行状态，减少机械设备的故障和速度波动。
合理的维护和保养措施还可以延长机械设备的使用寿命。
4. 使用自适应控制系统自适应控制系统是一种能够根据机械设备运行状态自动调整控制参数的系统。
自适应控制系统通过对机械设备的各个参数进行监测和分析，自动调节控制策略，以降低机械速度的波动。
自适应控制系统的优点是能够根据实际情况灵活调整参数，但是对于一些复杂的机械系统，系统建模和参数调整会非常困难。
总结机械速度波动的调节对于提高机械设备运行的稳定性和性能非常重要。
本文介绍了一些常见的调节方法，包括使用减震器、加大惯性负载、定期进行维护和保养以及使用自适应控制系统。
每种方法都有其优缺点和适用范围，选择合适的调节方法需要考虑机械设备的具体情况和要求。
我们希望通过本文的介绍，能够帮助读者更好地理解和应用机械速度波动的调节方法，从而提升机械设备的性能和可靠性。
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。
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。
07机械设计基础第七章机械运转速度波动的调节
第一节 速度波动调节的目的和方法
周期性速度波动的调节方法
在机械中加上一个转动惯量很大的回转件——飞轮
飞轮的动能变化
E
1 2
J( 2
- 02 )
显然动能变化相同时，飞轮的转动惯量越大，速度波动越小。
第一节 速度波动调节的目的和方法
三、非周期性速度波动
机械的运转速度变化是非周期性的，完全随机的，不能依靠飞轮对其进行速 度波动的调节。
第二节 飞轮设计的近似方法
Ea Eo Aoa Eo M [S1] Eb Ea Aab Ea M [S2 ] Ec Eb Abc Eb M [S3 ] Ed Ec Acd Ec M [S4 ] Eo Ed Ado Ed M [S5 ]
Amax
Emax
Emin
1 2
J (m2ax
2 min
)
Jm2
飞轮转动惯量 Amax用绝对值表示
J Amax
m2
第二节 飞轮设计的近似方法
由上式可知：
1）当Amax与ω 2m一定时 ，J-δ 是
一条等边双曲线。
J ∆J
当δ 很小时， δ ↓→ J↑↑
过分追求机械运转速度的平稳性，将使飞轮过于笨重。
2）当J与ω m一定时 ， Amax-δ 成正比。即Amax越大，∆δ
机械运转速度越不均匀。
J
Amax
m2
δ
3) 由于J≠∞，而Amax和ω m又为有限值，故δ 不可能
为“0”，即使安装飞轮，机械总均转速越高，所需飞轮
的转动惯量越小。一般应将飞轮安装在高速轴上。
飞轮设计的基本问题：已知作用在主轴上的驱动力矩和阻力矩的变化规律，
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。
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。
《机械设计基础》第7章 机械的运转及其速度波动的调节
二、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M′和阻力矩M″的变化规律，要求在机械的速度不均匀 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J。
2、非周期性速度波动 机械运转中随机的、不规则的、没有一定周期的速
度变化称为非周期性速度波动。 这种速度波动不能依靠飞轮来进行调节，需要采用
专用装置——调速器来进行调节。
§7—2 飞轮设计的近似方法 一、平均角速度ωm和速度不均匀系数δ
图7-1所示为机械主轴角速度 随时间的变化规律ω=f (t)。
Aab= 400（Nm） （-） Abc=750（Nm） （+） Acd= 450（Nm） （-） Ade= 400（Nm）（+） Aea ′ =300（Nm） （-）
取比例尺μA=20Nm/mm，作能量指示图。 Amax =Lmax μA=37.5 ×20= 750（Nm）
J =900Amax/(π2n2 δ) =900 × 750/(π2× 1202 ×0.06) =79.2（kgm 2 ）
在一般机械中，其他构件所具有的动能与飞轮相比， 其值甚小，因此，近似设计中可以认为飞轮的动能就是整 个机械的动能，即其他构件的转动惯量可忽略不计。
如图所示为作用在某机械主轴 上的驱动力矩M′和阻力矩M″的变 化曲线及机械功能E的变化情况。 由图可见：
当E=Emax时，即c点处，ω=ωmax； 当E=Emin时，即b 点处，ω=ωmin。
二、速度波动调节的目的
由于速度波动会导致在运动副中产生附加的作用力， 从而降低机械效率和工作可靠性；并引起机械的振动，影 响零件的强度和寿命；还会降低机械的精度和工艺性能， 使产品质量下降。因此，对机械运转速度的波动必须进行 调节，以便使波动程度限制在许可的范围内，从而来减轻 所产生的上述不良影响。 三、速度波动调节的方法
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。
速度波动的调节总复习题及解答
第七章 转子速度波动的调节一. 考点提要1. 主轴的角速度在经过一个运动周期之后又变回到初始状态，其平均角速度是一个常数，这种角速度的波动称为周期性速度波动。
２. 速度周期性波动的原因是，在整个周期中，驱动力作功与阻力作功总量相等，没有动能的持续增减，因此平均角速度不变。
但是在某个阶段，驱动力作功与阻力作功是不相等的，有动能的增加或减少，因此出现了角速度的变化。
３. 平均角速度是最大角速度和最小角速度的算术平均值： 2minmaxm （７－１）４. 速度不均匀系数是衡量速度波动程度的量，其值为：mminmax（７－２）５.周期性速度波动的调节方法是在机械上安装一个转动惯量比较大的回转构件―――飞轮。
当驱动功大于阻力作功的期间，多余的动能储存在飞轮中，使转速随动能的增加而增加，驱动功比阻力功大的部分称盈功。
当驱动功小于阻力作功的期间，储存在飞轮中的动能维持构件继续转动，使转速随动能的降低而降低。
驱动功小于阻力功的不足部分称亏功。
最大动能和最小动能的差值称最大盈亏功max A ，数值上等于动能的最大变化量E 。
)(212min2max maxH A E把（７－１）（７－２）代入得：][900][22max2max n A A J m（７－３） 式中：min /;/r n s rad m 是是平均角速度 6. 等效力和等效力矩在机械系统运动工作中，某个构件的瞬时功率为：i si i i i i v F M P cos式中的i M 代表标号为第i 的任意一个构件所受力矩；i 代表第i 个任意构件的角速度；i F 代表第i 个构件的受力；si v 代表第i 个构件质心的线速度；i 为第i 个构件受力方向与质心速度方向的夹角。
则整个系统的瞬时功率为：ni i si i n i i i v F M P 11cos用作用在某个构件上的等效力矩代替所有的力和力矩，其瞬时功率应相等，所以有：ni isi i ni ii e v F M M 11cos(7—4)用作用在某个构件上的等效力代替所有的力和力矩，同理有：ni isii ni i i e v v F v M F 11cos (7—5) 6.等效质量和等效转动惯量在机械系统中任意一个构件的动能为：222121si i i si i v m J E式中的si J 代表标号为第i 的任意一个构件对其质心的转动惯量；i 代表第i 个任意构件的角速度；i m 代表第i 个构件的质量；si v 代表第i 个构件质心的线速度；E i 代表第i 个构件的动能。
机械的运转及速度波动的调节
章头
第二节 机械的运动方程
一、机器的运动方程 二、单自由度机器的等效动力学模型 三、等效转动惯量和等效力矩、等效质量和等效力 四、举例 五、运动方程的演变
章头
第四节 周期性速度波动的调节
一、产生周期性速度波动的原因 二、变速稳定运动状态的描述 三、周期性速度波动的调节 四、调速例题1、2 、3
F4l sin 2
ed er
节头
五、运动方程的演变
d
1 2
J e
2
M edt
Med
d
J e
2d
2
Me
Je
d 2 2d
2
2
dJ e
d
Me
d 2 d 2 dt d 1 d 2d 2dt d dt dt
微分形式方程
Je
d
dt
2
2
dJ e
d
Me
积分形式方程 微分形式方程 积分形式方程
n i 1
(Mi
i
ve
)
节头
解 运动分析
1=(z2/z1)2=(60/20) 2 =32 v3=l2 v4=vcsin2=l2sin2
等效转动惯量
Je
J
1
1 2
2
J2
m
3
v3
2
2
m4
v4
2
l 2
sin 2 2
=M -M Me
M1
1 2
F4
v4
2
cos1800
3M1
第七章 机械的运转及其速度波动的调节 第一节 概述 第二节 机械的运动方程 第三节 机械运动方程的求解（略） 第四节 周期性速度波动的调节 第五节 非周期性速度波动的调节
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n
d[
i1
(mi
vs2i 2
J si
i2 )]
2
n
[
i 1
(Fivi
cosi
Mii )]dt
不便求解
对F=1的单自由度系统，简化为简单的力学模型。
例曲柄滑块机构，取１为原动件，
1为独立的广义坐标，由
y
d ( J1
12
2
m2
vs22 2
Js2
2 2
2
m3
v32 ) 2
(M11 F3v3 )dt 得
不计构件的重力和运动副的摩擦力时，作用在机械上的力：
驱动力：
原动机发出
机械特性：驱动力与运动参数之间的函数关系。
生产阻力：由工作对象施加在执行构件上
可能是不同运动参数的函数
1 制动
t
停车
2
机械特性举例
M A
驱动力为转速的函数
B N
额定转矩Mn Md
O 额定角速度n
同步角速度o
C
交流异步电机的机械特性aJe( Nhomakorabea)
2 (
2
)
J
ea
2 a
2
在Me与Je的公共周期内
Me
a'
[M ed ( ) M er ( )]d
a
a
Jea' ( )
2 a'
(
)
2
J ea
2 a
2
E
0
即，下一周期，动能又恢复到 原来的值，动能变化呈周期限性， 等效构件的角速度呈周期性变化。 a
周期性变化的等效力矩（力）引起 周期性速度波动。
8
v
me
Fe
讨论：
？ 代替条件1, 2如何得到保证
! 正确计算Je, Me, me, Fe
§3 周期性速度波动及调节
9
一、周期性速度波动periodic speed fluctuation 产生的原因及影响
盈功
亏功
increment work decrement work
1. 产生原因
Me
等效力矩以等效驱动力矩和
§1 概 述
一、机械的运转过程
1. 起动 starting period
Wd =Wr+E
2. 稳定运转 steadh motion period
Wd=Wr
等速稳定运转：＝C
T
T
m
周期变速稳定运转：C
起动
3. 停车 stopping phase E＝-Wr
二、作用在机械上的驱动力
和生产阻力
稳定运转
等效阻力矩分别计算时
Med Mer
Md()=Med() - Mrd()
均为原动件转角的函数， 呈周期性变化。
ab
c
d
e
a’
驱动功与阻抗功：
Wd ( ) M ed ( )d a
Wr ( ) M er ( )d a
机械动能增量：
E Wd ( ) Wr ( ) [M ed ( ) M er ( )]d
Md
M
n
0 0 n
/产品目录
§2 机械的运动方程
3
一、一般表达式
机械运动方程：作用在机械上的力、构件的质量、转动惯量和运动参数之间 的函数关系。
单自由度系统 F=1。 由动能定理： 机械在某一瞬时总动能增量dE等于该瞬时作用于该机械上各外
力所作的元功之和dW
dE=dW
机械系统示例
系统在dt内的动能增量：
d
J
e
12
2
M
e1dt
归纳与理解：
一个由n个活动构件组成的单自由 度机械系统运动，可用一个假想 的转动构件代替，该构件具有等 效转动惯量Je, 在其上作用有等效 力矩Me。这一假想构件称为等效 构件（equivalent link）。
A
OO, s1
1 J1e vs2
1M1e
7
m2, Js2 s2 2
F3 ev31
dt
令
Je
J1
J
s
2
2 1
2
m2
vs2
1
2
m3
v3
1
2
等效转动惯量 equivalent moment
of inertia
令
Me
M1
F3
v3
1
等效力矩 equivalent moment
注：因 i , 1
v1
1
均为１的函数，外力可能为１,
1,
t
的函数，则
Je Je (1)
M e M e (1, 1, t)
O, s1
A
2
1 J1 vs2
1M1 1
m2, Js2 s2 2
2 x
v3 3 m3 F B
d 212
J1
J
s
2
2 1
2
m2
vs2
1
2
m3
v3
1
2
1 M1
F3
v3
1
dt
6
J M d 212
J1
J
s
2
2 1
2
m2e
vs 2
1
2
m3
v3
1
2
1 M1
v2
d me
2
Fev
dt
me
n i 1
mi
vsi v
2
J
si
i
v
2
Fe
n i 1
Fi
cos
i
vsi v
M
i
i
v
代替条件：
1. 具有等效转动惯量Je(等效质量me） 的等效构件的动能等于原系统的动 能；
2. 等效力矩Me（等效力Fe）的瞬时功 率能等于原系统中所有外力的瞬时 功率之和。
2
v
v3
me 3 Fme 3 F B
2
d Je
2
M e
dt
Je
n i 1
mi
vsi
2
J
si
i
2
M e
n i 1
Fi
cosi
vsi
M
i
i
同理：
选移动构件为等效构件时：该构件 具有等效质量me(equivalent mass), 在其上作用有等效力Fe(equivalent force)。
= ( max- min)/ m []
T
常用机械动转的许用不均匀系数[] ／P459
2.周飞期轮性速度波动转的动调惯节量方很法大的回转构飞件轮Efl＝yw1heJel 2
飞轮调速原理
2
Wd＞Wr 盈功动能 飞轮储存能量，使 ； J越大，调速 Wd＜Wr 亏功动能 飞轮释放能量，使 ； 作用越好。
dE
d ( J1
12
2
m2
vs22 2
Js2
2 2
2
m3
v32 2
)
各外力在dt内所作的元功之和：
dW (M11 F1v3)dt Ndt
O, s1
A
1 J1 vs2 1M1
m2, Js2 2
s2 2
v3 3 m3 F B
4
d
(
J1
12
2
m2
vs22 2
Js2
2 2
2
m3
v32 ) 2
(M11 F1v3)dtt
Med Mer
盈功 b
亏功
c
d
T
b
c
d
2. 影响 速度波动动压力振动，噪音, 工作质量降低。
10
e
a’
e
a’
11
二、周期性速度波动的调节
1. 速度不均匀程度的衡量指标
平均角速度m
m
T
0
d
/
T
min max
工程计算 m=( max+ min)/2 速度不均匀系数 coefficient of SF
n个活动构件组成的一般机械系统：
动能 功率
E
n i1
Ei
n
i1
(mi
vs2i 2
J si
i2 )
2
n
n
N Ni (Fivi cosi Mii )
i 1
i1
n
d[
i1
(mi
vs2i 2
J si
i2 )]
2
n
[
i 1
(Fivi
cosi
Mii )]dt
？ 各参数意义及“”讨论
5
二、机械系统的等效力学模型