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1、1 1 概概 述述二、作用在机械上的驱动力二、作用在机械上的驱动力 和生产阻力和生产阻力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： 生产阻力：原动机发出由工作对象施加在执行构件上机械特性：驱动力与运动参数之间的函数关系。可能是不同运动参数的函数一、机械的运转过程一、机械的运转过程TT起动稳定运转mt2. 稳定稳定运转运转 steadh motion period Wd=Wr3. 停车停车 stopping phase E-Wr1. 起动起动 starting period Wd =Wr+E制动 周期变速稳定运转：C停车 等速稳定运转：C1Md同步角速度o额定角速度n额定转矩
2、MnMOABNC交流异步电机的机械特性交流异步电机的机械特性/产品目录驱动力为转速的函数机械特性举例2vs22 2 机械的运动方程机械的运动方程一、一般表达式一、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dWdE=dWFM1O, s1s2m2, Js2J1AB231m3v31机械系统示例系统在dt内的动能增量：2各外力在dt内所作的元功之和：3n个活动构件组成的一般机械系统：动能功率各参数意义及“”讨论？4二、机械系统的等效力学模型二、机械系
3、统的等效力学模型不便求解对F=1的单自由度系统，简化为简单的力学模型。xyvs2FM1O, s1s2m2, Js2J1AB231m3v312例曲柄滑块机构，取为原动件，1为独立的广义坐标，12得由5令JeMe等效转动惯量equivalent moment of inertia令等效力矩equivalent moment注： 因均为的函数， 外力可能为, 1, t 的函数，则6归纳与理解：vs2FM1O, s1s2m2, Js2J1AB231m3v312一个由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
4、为等效等效构件（构件（equivalent link）。MeOJeFemev选移动构件为等效构件时：该构件具有等效质量等效质量me(equivalent mass), 在其上作用有等效力等效力Fe(equivalent force)。同理：7代替条件：Femev讨论：81. 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。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周期性速度波动及调节一、周期性速度波动一、周期性速度波动periodic
5、speed fluctuation 产生的原因及影响产生的原因及影响等效力矩以等效驱动力矩和等效阻力矩分别计算时Md()=Med() - Mrd()abcdeaMedMer盈功increment work亏功decrement workMe驱动功与阻抗功：机械动能增量：均为原动件转角的函数，呈周期性变化。1. 产生原因9abcdeaEabcdeaMedMer盈功亏功MeT2. 影响速度波动动压力振动，噪音, 工作质量降低。10周期性变化的等效力矩（力）引起周期性速度波动。在Me与Je的公共周期内即，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。二、周期性速度
6、波动的调节二、周期性速度波动的调节1. 速度速度不均匀程度的衡量指标不均匀程度的衡量指标工程计算 m=( max+ min)/2 Tminmax= ( max- min)/ m 平均角速度m 速度不均匀系数 coefficient of SF 常用机械动转的许用不均匀系数P4592. 周期性速度波动的调节方法周期性速度波动的调节方法飞轮飞轮 flywheel 飞轮转动惯量很大的回转构件 飞轮调速原理WdWr 盈功动能 飞轮储存能量，使 ；WdWr 亏功动能 飞轮释放能量，使 ； 飞轮作用：调速； 瞬时过载时，利用飞轮释放的能量克服，减小原动机功率。J越大，调速作用越好。112. 飞轮设计在容许
7、的范围内定JF 1）飞轮设计的基本原理abcdeaEabcdeaMedMer盈功亏功MeTaaWabWabbWabcWabdWabeWmaEminEmax 最大盈亏功 Wmax驱动功与阻抗功之差的最大值略去Je中的变量部分，Je = C,能量指示图12abcdeaETEminEmax设在系统中安装的飞轮转动惯量为JF, 则2）飞轮转动惯量的近似计算安装飞轮后JeMer WdWr 盈功 动能 “飞车“ ；MedMer WdWr 盈功 动能 调速器MedMer WdWr 亏功 动能 Med Med=MerMed Med=Mer15调速器工作原理图16油箱供油发动机燃烧室17本 章 作 业文献阅读指
8、南文献阅读指南1. 研究机械在外力作用下的真实运动规律，以提出改进方法， 提高运动 精度和工 作质量，需求解机械的运动方程。参阅 机械动力学机械动力学，唐锡宽，北京：高等 教育出版社，1984；机械系统动力学，徐业宜，机械工业出版社，1991；2. 研究多自度机械系统，需用拉格朗日方程建立运动微分方程。参阅 机械动机械动 力学力学，王鸿恩，重庆：重庆大学出版社，1989；3. 等效力矩不是机构位置的函数的飞轮设计。参阅 飞轮设计飞轮设计，孙序梁，北京： 高等教育出版社，1992；4. 机械系统的动力学研究，从对个别机构的人工建模发展到对各种机构的计算机 自动建模，由人工选用算法到计算机自动求解
9、，由适用范围小的专用分析 软件 到适用范围十分宽广的大型通用型分析软件。参阅 机械系统的计算机辅助运机械系统的计算机辅助运 动学和动力学（第一卷动学和动力学（第一卷 基本方法）基本方法），美E. J. Hang著，刘兴祥等译，北京： 高等教育出版社，1996；5. 随着机械的高速化、轻型化发展，系统急剧增大的惯性力将使构件产生弹性变 形，给系统输出运动带来误差，需要把系统视作弹性系统加以研究。参阅弹性弹性 连杆机构的分析与设计（第二版）连杆机构的分析与设计（第二版），张策、黄永强等，北京：机械工作出版社， 1997；18 第十章第十章 平面机构平面机构 的的 平平 衡衡194 机械平衡的目的及
10、内容机械平衡的目的及内容 4 刚性转子的平衡计算刚性转子的平衡计算4 刚性转子的平衡试验刚性转子的平衡试验 4 转子的许用不平衡量转子的许用不平衡量4 平面机构的平衡平面机构的平衡 机械平衡的目的及内容机械平衡的目的及内容机械平衡的目的及内容机械平衡的目的及内容m3m1m2PI1PI2PI3一、惯性力及其影响一、惯性力及其影响附加动压力磨擦、内应力，效率 、寿命，振动、噪音，工作质量二、机械平衡的目的二、机械平衡的目的消除或减少惯性力。三、机械平衡的内容三、机械平衡的内容1. 刚性回转构件（转子）的静平衡静平衡；2.刚性回转件（转子）的动平衡动平衡；（对长径比1/5的构件，作单面平衡）（对长径
11、比1/5的构件，作双面平衡）mPI3. 挠性转子的平衡；4. 机构的的平衡（总惯性力在机架上的平衡）。202 2 刚性转子的平衡设计刚性转子的平衡设计刚性转子的平衡设计刚性转子的平衡设计P2P3P1P PP4m1r1m2r2m3r3m4r4其合力一、刚性转子的静平衡计算一、刚性转子的静平衡计算一、刚性转子的静平衡计算一、刚性转子的静平衡计算mbrbPb W1W2WbW4W3ab21平衡方法：在合力P的反向加mb, 使惯性力为平面汇交力系：其中，mb为平衡质量，回转半径为rb；平衡措施：去重去重或配重配重。 即：解质径积矢量方程解法： 1. 图解法（定比例尺，作质径积矢量图，量平衡质径积的大小）
12、； 2. 解析法（若各不平衡质量方向以角度给出）。质径积矢量方程未知22二、刚性转子的动平衡计算二、刚性转子的动平衡计算二、刚性转子的动平衡计算二、刚性转子的动平衡计算m3m1m2PPcm m轴向尺寸较大的转子（b/D0.2）,不能认为质量分布在同一平面内静平衡而动不平衡23力学基础力学基础 力的平行分解P12L1L224P P2P P3P P1123m2m1m3r2r1r3IIIP2IP3IP2 IIP3 IIP1IP1 IIrImb IPIrIImb IIPIILl1l2l3WIW1IW2IW3IW2IIW3IIW1IIWIImbIrI=WImbIIrII=WII平衡平面25c cQQ刀刀
13、 口口 式式 静静 平平 衡衡 架架33 刚性转子的平衡试验刚性转子的平衡试验刚性转子的平衡试验刚性转子的平衡试验一、静平衡试验一、静平衡试验一、静平衡试验一、静平衡试验26QQc c滚滚 轮轮 式式 静静 平平 衡衡 架架27一次性平衡一次性平衡= (mr)281. 1. 电机2.2. 带传动3. 万向联轴节4. 试件5-6. 传感器7. 解算电路8. 选频放大器9. 仪表10. 整形放大器11. 鉴相器12. 光电头13. 整形放大器14. 相位标记15. 相位表 134567891015111312142二、动平衡试验二、动平衡试验二、动平衡试验二、动平衡试验294 转子的许用不平衡量转
14、子的许用不平衡量一、转子不平衡量的表示方法转子不平衡量的表示方法1. 质径积表示法转子质量为m, 偏心距为e, 旋转时产生的离心惯性力的平衡方法之一：用一个向径为 rj 的平衡质量 mj 加以平衡，其条件为2. 偏心距表示法对同一个转子，质径积的大小直接反映了不平衡量的大小，但对质径积相同而质量不同的两个转子，它们的平衡程度显然不同。表示转子单位质量的不平衡。30二、转子的许用不平衡量和平衡品质转子的许用不平衡量和平衡品质1. 转子的许用不平衡量平衡计算和平衡试验后，转子的不平衡量大大减小，但不可能为0。实际工作中过高要求无必要。应对不同工作条件的转子规定不同的许用不平衡量。 许用不平衡质径积
15、 mr 许用偏心距 e2. 平衡品质：转子平衡状态的优良程度表示方法：eISO平衡品质的等级标准：各种典型转子的平衡等级见 表达式2-1/ P478二者关系 mr=me31用法说明：1. 确定平衡精度，计算许用偏心距和 mr=me2. 对静不平衡转子，许用不平衡量取计算值。3. 对动不平衡转子，计算值应分配在两个平衡平面上。sIIIabmrI =mrII =32BC abcDAe55 平面机构的平衡设计平面机构的平衡设计平面机构的平衡设计平面机构的平衡设计针对的问题：平面机构中作平面复合运动和往复运动构件的总惯性力的平衡。一、平面机构惯性力的平衡条件平面机构惯性力的平衡条件设活动构件的总质量为
16、m，机构总质心S的加速度为 , 机构作用于机构上的总惯性力平衡的目的：平衡条件：即，机构的总质心静止不动。二、机构惯性力的完全平衡机构惯性力的完全平衡1. 对称布置法33ABC abeBCabeBCabecDll优缺点？m”m342. 平衡质量法ABCD123S1m1S2m2S3m3质量代换法例：铰链四杆机构平衡设计1) 用mB和mC代替m2替代条件： 替代质量之和与原构件质量相等； 替代质量总质心与原构件质心重合。2）在构件1的延长线上r处加平衡质量m, 平衡m2B和m1:rr”在构件3的延长线上r”处加平衡质量m”, 平衡m2C和m3:机构总质心位置?m”mBABC32m35例: 曲柄滑块
17、机构平衡设计rm3m2S2m1S11) 加平衡质量m, 使m, m3, m2的 总质量心落在B点:2) 1构件延长线上r”处加平衡质量 m”, 使总质心落在A点: mB = m+m2 +m3r”优点：机构总惯性力得到完全平衡.。缺点：质量大大增加。优缺点？36三、机构惯性力的部分平衡1. 近似对称布置AB abBCaCbBC acAbDBbacC优缺点？m”m1Am2Bm1B372. 平衡质量法mABC32m3m2S2m1S1r例：曲柄滑块机构的部分平衡设计1）用m2B、m2C替代m2：m2C2）用m1B、m1A替代m1：mB=m1B+m2B3) 在r处加平衡质量m?mC=m3+m2C引起的往
18、复惯性力如何平衡！往复惯性力r处再加质量m”, 使m”产生的惯性力的正交分力：38m”m1Am2Bm1BmABC32m3m2S2m1S1rm2C往复惯性力与往复惯性力平衡。是在平衡时新产生的惯性力。工程中，为不致使太大，取即取：部分平衡PC, 使新产生的惯性力P”h不至太大。39本 章 作 业p1 1 机械原理机械原理（第六版）（第六版） 孙桓、陈作模主编，高等教育出孙桓、陈作模主编，高等教育出 版社，版社，2001.52001.5p2 2 机械原理教程机械原理教程申永胜主编，清华大学出版社，申永胜主编，清华大学出版社，1998.121998.12p3 3 机械原理机械原理华大年主编，高等教育
19、出版社，华大年主编，高等教育出版社，19961996p4 4 机械原理机械原理 （第七版）郑文纬、吴克坚主编，高等教育出（第七版）郑文纬、吴克坚主编，高等教育出版社，版社，1997.71997.7p5 5 Mechanism and Machine Mechanism and Machine TheoryTheoryJ.S.RaoJ.S.Rao、R.V.DukkipatiR.V.Dukkipati, New Delhi, India,1989, New Delhi, India,1989p6 6 Machine DesignMachine DesignJ.Robert Thrower J.Robert Thrower delmardelmar publishers publishers Inc.1991Inc.1991p7 7 机械原理典型题解分析及自测机械原理典型题解分析及自测 董海军主编董海军主编 西北工业西北工业大学出版社大学出版社,2001.5,2001.5p8 8 机械设计基础机械设计基础（第四版）杨可桢、程光蕴主编（第四版）杨可桢、程光蕴主编 高等教高等教育出版社育出版社 1999.61999.6主要参考教材主要参考教材Follow me, Please!
