机械原理读书报告六文档格式.docx
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1.本章研究的内容及目的
机械系统的运动规律,是由各构件的质量、转动惯量和作用于各构件上的力等多方面因素决定的。
研究内容 在外力作用下机械的真实运动规律及机械速度波动的调节。
研究目的 使机械的转速在允许范围内波动,保证机械正常工作。
机械主轴速度产生波动的原因 机械的输入功与有用功和有害功之和不能时时保证相等。
机械速度波动类型:
周期性速度波动、非周期性速度波动
一般机械的原动件运转的速度并非绝对均匀,会产生忽快、忽慢的速度波动,这种速度波动会引起机械振动,从而降低机械的寿命、效率和工作质量。
主要影响因素:
机械上的外力、各构件的质量、尺寸及转动惯量
2.机械运转的三个阶段
设:
Wd——驱动功、Wr——有用功、Wf——有用功
ΔE(=E2-E1)——动能增量
由动能定理,有
Wd-(Wr+Wf)=E2-E1
(1)起动阶段
Wd>
Wr+Wf,ΔE=E2-E1>
0
(2)稳定运转
Wd=Wr+Wf,ΔE=0
(3)停车阶段
Wd<
Wr+Wf,ΔE=E2-E1<
0,且一般Wd=0。
3.作用在机械上的驱动力和生产阻力
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:
原动机的机械特性:
指原动机发出的驱动力(或力矩)与运动参数(位移、速度)之间的关系。
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,有些是位置的函数,还有一些是速度的函数。
常数如起重机、车床的生产阻力
执行构件位置的函数如曲柄压力机、活塞式压缩机的生产阻力
执行构件速度的函数如鼓风机、离心泵的生产阻力
时间的函数如揉面机、球磨机的生产阻力
驱动力
常数如重力Fd(C
位移的函数
如弹簧力Fd(Fd(s)
内燃机驱动力矩Md(Md(s)
速度的函数
如电动机驱动力矩Md(Md(()
7-2机器等效力学模型
机械运动方程的一般表达式
机械运动方程:
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。
理论依据:
机械系统在时间(t内的的动能增量(E应等于作用于该系统所有各外力的元功(W。
微分形式dE(dW
研究对象的简化
对于单自由度机械系统,只要知道其中一个构件的运动规律,其余所有构件的运动规律就可随之求得。
因此,可以把复杂的机械系统简化成一个构件,即等效构件,建立最简单的等效动力学模型。
一、等效力和等效力矩
用一个假想力F或力矩M来代替作用在该机器上所有已知外力和力矩。
代替的原则:
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。
等效力
等效力矩
等效构件
等效点
说明:
1)F和M是机构位置的函数。
2)不必知道各个速度的真实数值。
3)当已知F和M两者之一时,则另一个便可求出。
4)如果作用在机构上的力和力矩是时间或角速度的函数,则F和M是它们的函数。
2.机械系统的等效动力学模型
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:
在图中设:
曲柄质心在回转副O处,转动惯量为J1,角速度为w1;
连杆质心在处S2,质量为m2,相对质心转动惯量为J2;
滑块质量为m3,其质心在B点,速度为v3。
作用于机构上的外力有驱动力矩M1和工作阻力F3,忽略构件重力几运动副中摩擦力的影响。
同理,如果机械系统由n各活动构件组成,设作用在构件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ai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,而“±
”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。
等效转动惯量:
等效构件具有的转动惯量,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。
等效动力学模型:
具有等效转动惯量,其上作用有等效力矩的等效构件称为等效动力学模型。
等效质量:
等效构件具有的质量,其动能等于原机械系统所有构件动能之和。
等效力:
作用在等效构件上的力,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。
具有等效质量,其上作用有等效力的等效构件也称为等效动力学模型。
以移动构件为等效构件时
1)力矩形式的机械运动方程式
2)动能形式的机械运动方程式:
7-3机械运动方程的建立及解法
1.等效转动惯量和等效力矩均为位置的函数
(Md=Md((),Mr=Mr((),Me=Me((),Je=Je(())
等效构件的角加速度(
2.等效转动惯量是常数,等效力矩是速度的函数
以电动机驱动的鼓风机,搅拌机之类机械属于这种情况。
用力矩形式的运动方程式求解比较方便。
7-4机器周期性速度波动的调节方法和设计指标
产生周期性速度波动的原因
作用在机械上的等效驱动力和等效阻抗力矩即使在稳定运转状态下往往也是等效构件转角(的周期性函数。
当等效构件回转过(角时,
机械动能的增量为:
(经过Me和Je的一个公共周期,机械的动能恢复到原来的值
(等效构件的角速度恢复到原来的数值。
(等效构件的角速度在稳定运转过程中呈现周期性波动。
7-5飞轮设计
1)飞轮调速的基本原理
ΔWmax=ΔEmax
ΔWmax=Jew2md
调节方法:
在ΔWmax一定的情况下,为了使系统速度不均匀系数d<
[d],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)。
2)飞轮转动惯量的计算
飞轮转动惯量为JF,于是有ΔWmax=(Je+JF)w2md
一般情况,Je<
<
JF。
讨论:
因为要求d<
[d],而Jf<
JF+Je;
按上式安装飞轮后,实际d一定能满足设计要求。
结论:
可忽略Je的影响。
最好将飞轮安装在高速轴上。
飞轮尺寸的确定
平均直径D的选择,应适当选大一些,但不宜过大,以免轮缘因离心力过大而破裂。
7-6机械的非周期性速度波动及其调节
非周期性速度波动:
机械运转过程中,等效力矩(Me=Med-Mer)非周期性变化时,机械出现的速度波动。
1.当机械的原动机所发出的驱动力矩是速度的函数时,机械具有自动调节非周期性波动的能力。
采用电动机作为原动机的机械属于此类。
2.对于没有自调性的机械系统,需安装一种专门的调节装置-----调速器来调节机械出现的非周期性速度波动。
v如采用蒸汽机、内燃机或汽轮机为原动机的机械系统
总结
通过本章的学习,我了解到了机械从开始运动到停止运动的全过程都要经历启动、稳定运转和停车三个阶段。
①启动阶段:
其机械的速度从零开始不断增加到某一正常工作速度;
②稳定运转阶段:
在这个阶段的每一个循环周期内其机械的速度在其平均值上下波动。
若匀速运转,无速度波动,任意时刻;
③停车阶段:
其机械的速度从正常工作时的某一平均值降为零。
为了缩短停车时间和安全起见,可在机械上安装制动装置,加速消耗机械的动能减少停车时间。
我还学习到了当作用在机械系统中的驱动力(或驱动力矩)所做的功与阻抗力(或阻抗力矩)所做的功不等时,将出现盈亏功,并引起机械系统速度的变化。
如果机械系统的运动速度做周期性变化时,称为周期性速度波动,否则称为非周期性速度波动。
周期性速度波动可以在机械系统中加入一个具有足够转动惯量的飞轮进行调节;
而非周期性速度波动必须采用调速器来改变输入功率,以使机械系统获得新的能量平衡。
自我评价:
认真仔细8.5
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