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。
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-第六章
(Je JF )m2
因为系统的等效转动惯量Je远远小于飞轮的转 动惯量JF，则有
安装在主轴上的飞轮的转动惯量近似为：
JF
Wmax m2 [ ]
分析：
1）当 Wmax与m一定时，JF与之间的关系为 一等边双曲线，当很小时，使其稍微减小，则 JF会激增。使飞轮笨重。
2）当JF与m一定时，Wmax与成正比，即 最大盈亏功越大，机械运转速度越不均匀。
二、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。如三相异步电动机的 驱动力便是其转动速度的函数。如图6-2 所示，不同的原动机具有不同的机械特性。
图6-2
6.2 机械系统的等效动力学模型
一、基本概念 1、等效构件：具有与原机械系统等效质 量或等效转动惯量、其上作用有等效力或 等效力矩，而且其运动与原机械系统相应 构件的运动保持相同的构件。
各偏心质量近似在一个平面内，所产生的离心惯性力分别为
F1 m1r1 2 F2 m2r2 2
F3 m3r32
为了平衡惯性力 F、F 、F ，就必须在此平面内增加一个平衡质量
1
2
3
（或在其相反方向上减少一个平衡质量），从回转中心到这一平衡质量
的向径rb ，它所产生的离心惯性力为Fb、F1、F2、F3 。 若要求平衡时，形
2. 机械的平衡：
绕固定轴线作回转运动的构件称为回转件。 （或转子）
一偏离回转中心距离为r的质量m，以角速 度转动时，所产生的离心力F为： F=mr2
如果该构件的质量分布不均匀，则产生离心 力系的不平衡，对机器的工作造成很多有 害的影响。
3、机械平衡的分类
分类 :
机械的运转及其速度波动的调节
根据等效条件②确定
等效力Fe ：Fe
n i 1
Fi (
vi v
) cos i
n i 1
M
i
(
i
v
)
等效力矩Me
：M e
n i1
Fi (
vi
)cosi
n i1
M
i
(
i
)
三、等效质量和等效转动惯量
根据等效条件①确定
等效质量me ：
me
n i 1
通常此时驱动力为零，机械系统由正常工作速度逐渐 减速到零，直到停止。
三、作用在机械上的力
当忽略机械中各构件的重力以及运动副中的摩 擦力时，作用在机械上的力可分为工作阻力和驱 动力两大类：
1. 工作阻力
工作阻力是指机械工作时需要克服的工作负荷， 它决定于机械的工艺特性。
❖ 在机械的生产过程中，有些生产阻力为常数(如: 车床的生产阻力); 有些是位置的函数(如: 曲柄压力 机的生产阻力是位移的函数); 还有一些是速度的函 数(如: 鼓风机、离心机的生产阻力) 。
用有驱动力矩M1, 在滑 块4上作用有阻抗力F4， 取曲柄为等效构件，求：图示位置时的等效转动惯量
Je及等效力矩Me。
解： 1) 求J e Je J1(1 / 2 )2 J 2 m3 (v3 / 2 )2 m4 (v4 / 2 )2
✓ v3 vc 2l ✓ v4 vc sin 2 2l sin 2
等效构件
具有等效转动惯量,其上作 用有等效力矩的等效构件
原机械系统等 效动力学模型
动能定律的微分形式：(a) 转动构件模型 (b) 移动滑块模型
速度波动调节
Emax
a
b
c
T
d
e
a’
2
2 ( J e J F ) m
Wmax 2 m (Je J F )
Wmax JF 2 Je m [ ]
安装飞轮后Je<<JF, 工程上
2）飞轮转动惯量的近似计算
Wmax [ ] 2 m (Je J F )
Wmax 900Wmax JF 2 2 2 m [ ] n [ ]
dE d ( J1
2 1
2
m2
v v J s2 m3 ) 2 2 2
2 s2 2 2 2 3
A
1 J 1 vs2 m2, Js2 2 s2 2 v3
各外力在dt内所作的元功之和：
M1 1
O, s1
3 m3
B
F
dW (M11 F1v3 )dt Ndt
4
2 2 12 vs22 v3 2 d ( J1 m2 J s2 m3 ) (M11 F1v3 )dtt 2 2 2 2
b
c
d
e
a’
速度波动动压力振动，噪音, 工作质量降低。
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
工程计算
m=( max+ min)/2
min
max
m 0 d / T
速度不均匀系数 coefficient of SF
T
6
2 1 d 2 2 2 2 2 vs 2 v3 v3 J1 J s 2 dt m2e m3 1 M1 F3 e 1 1 1 1
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。
第六章 速度波动调节
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
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 义
措施
节 理原调
通过该装置自动 控制和调节输入 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
上一页
下一页
结 束
总目录
上一页
下一页
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
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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。
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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
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结 束
非周期性速度波动的调节
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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
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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
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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。
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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）
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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
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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
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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
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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。