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今天我们讲第八章

机械的运转及其速度波动的调节

在这个章节里面对大家的要求不是太多

我们重点讲一下以下三个方面

第一个就是了解一下

机械运转和速度波动调节是怎么回事儿

第二个我们要了解的就是机械

它的运动方程式怎么建立的问题

第三一个

稳定运转状态下机械它的周期性速度波动

和如何调节的问题

首先我们来了解一下

这一章主要研究的内容和它研究的目的

对于这章里面我们首先要研究的

是在外力作用下的机械它的真实的运动规律

我们知道机械它是由原动机、传动机构

还有执行机构所组成的

并且它能够完成能量的转换或者是作有用功的这样一个系统

机械的运动规律

通常它是用原动件的运动规律来描述的

也就是原动件的位移

速度和加速度

前面的章节里面

我们在对机构进行运动分析的时候

都是假定原动件的运动已知

并且大部分情况下我们是视它是作等速运动

而实际上原动件的运动规律会受到很多因素的影响

比如说我们作用在各构件上面它有外力

包括驱动力和工作阻力它会发生变化

还有各个构件本身的重量或者是转动惯量

在原动件不同位置的时候

对原动件所产生的惯性影响等等

而这些运动参数往往又是随时间在变化的

那么在低速轻载或者是对运动精度要求不太高的场合

我们假设原动件作匀速运动是可以的

否则的话这种假设就不再适用了

为了对机构进行精确的运动分析和力分析

我们就需要确定原动件的真实的运动规律

那么这对于机械设计

特别是高速

重载 高精度以及高自动化的机械

这个是非常重要的

所以说这一章我们研究的主要问题之一

就是研究在外力作用下面机械的真实运动规律

第二个要研究机械运转速度的波动问题

和用什么样的方法来进行调节

在实际工程里面

那么当机械处于起动阶段或者是停车阶段

机械的原动件作加速运动或者是减速运动

即使在所谓的稳定运转时期

由于驱动力和工作负载

都有可能发生变化

还由于各从动构件一般都是作变速运动的

这样产生变化的惯性力或者是惯性力矩

这些因素都将使得原动件很难维持等速运动

这个时候的原动件

它的转速会在某一范围里面

作周而复始的周期性波动

只是这个时候原动件它的平均转速是维持为一个常数而已

机械在运动过程里面出现的速度波动

它会导致在运动副中产生附加的动压力

并且引起机械的振动

从而就会降低机械的寿命

效率和工作的质量

因此 为了降低机械速度波动的影响

我们就需要研究它的波动和调节的方法

这样我们就可以设法将机械运动速度波动的程度

限制在许可的范围里面

所以说对于我们这个章节里面

研究机械运转速度的波动和调节的方法

也是我们这一章另一个主要的内容

那么在讲我们前面的这两个主要内容之前

有些名词概念我们需要了解一下

那么就是机械运转的三个阶段

为了研究机械在运动过程中出现的速度波动问题

我们先要了解机械在它的运转过程里面

各个阶段它的运动状态

首先我们看第一个起动阶段

从我们的图片里面就可以看得到

机械从静止状态起动到开始

稳定运转的这样一个过程

我们称为起动阶段

在这个阶段里面

角速度由0增加到平均角速度

机械的功能关系是这样的

也就是系统的总的驱动功或者说是输入功

是大于总的阻抗功

阻抗功是由输出功和损失功它们的和值组成的

驱动功的剩余的部分

会使得整个系统它的动能增加

所以说整个的过程表现

它就是运转速度不断加快

原动件作加速运动

第二个阶段稳定运转阶段

当系统的动能增加到一定程度

达到了驱动功和阻抗功相平衡的时侯

系统它的动能就不再继续增加

而是保持不变或者是围绕某一个恒定的平均值

作周期性波动

这个时候 每一个瞬时的角速度

它都不是常数

而每一周期它的角速度就是一个平均角速度了

在一个波动周期T内

系统它的功能关系是这样的

在任何时间间隔里面

总的驱动功和总的阻抗功是相等的

那么这一个阶段表现在速度方面的特点

就是原动件作等速运动

或者是围绕某一个平均速度作周期性的波动

原动件作等速运动我们就称之为等速稳定运转

作周期性波动的我们称之为周期变速稳定运转

第三个阶段停车阶段

当我们切断动力源而开始停车的时候

系统的驱动功是为零

那这个时候系统它就是利用停车开始之前它所储存的动能

继续克服阻力做功

一直到我们储存的动能全部耗尽了

机械它就完全停止下来了

所以这个时候的功能关系应该是驱动功为零

那整个系统它的动能就会逐渐地减小

那么在速度方面的特点就是

原动件的速度不断地降低

一直到完全停车

在这三个阶段里面

起动阶段和停车阶段我们统称为

机械运转的过渡阶段

为了缩短这一过程

在起动阶段

一般我们就会使得机械是在空载下面起动

或者是我们增加一个起动马达来加大它的输入功

这样来达到快速起动的目的

在停车阶段呢

我们又通常会依靠机械上面安装的制动装置

用增加摩擦阻力的方法来缩短停车的时间

多数机械它都是在稳定运转阶段进行工作的

当然也有一些机械

你比如说我们在生产实习的时候

经常看到的起重机

它就是在过渡阶段进行工作的

接下来我们再来谈一下

作用在机械上面的驱动力和生产阻力

在研究机械的真实运动情况的时候

我们必须要知道作用在机械上的力以及它的变化规律

当构件的重力和运动副的摩擦阻力这样一些因素

我们可以把它忽略掉的时候

那作用在机械上的力

就将只有原动机所发出的驱动力和还有执行构件

完成有用功的时候它所承受的生产阻力

这两种力是确定机构运动特性的基本力

它们会随着机械工作情况的不同

以及所使用的原动机的不同

那呈现的就是多种多样的

下来我们就来了解一下

驱动力

也叫作主动力

原动机所发出的力

我们称为驱动力

它作用在传动机构的主动件上

作用在机械上的力

我们通常按照它的机械特性来进行的分类

所谓的机械特性指的是

力或者力矩和运动参数

比如说位移 速度 时间等等

它们之间的函数关系

不同形式的原动机发出的驱动力

和某些运动参数之间的函数关系

我们就称为原动机的机械特性

那么驱动力我们可以分为

如下几种

第一个常数类

你比如说我们的重锤驱动件就属于常数类

第二个位移的函数

你比如说我们使用的弹簧

还有内燃机就是属于位移的函数

另外还有速度的函数

你比如说我们的电动机

它的直流并激的电动机

直流串激的电动机

还有交流异步的电动机

都是属于速度的函数

那么对于驱动力我们怎么来呈现它的表达式呢

通常为了简化计算

我们常将原动机的机械特性用简单的多项式来近似地表示

你比如说我们现在看到的这个图

它就是交流异步电动机它的特性曲线

它的特点是起动的时候

它的转矩是很小的

也就是ω为0的时候 A点这个地方的转矩

所以说我们应该是在没有载荷情况下面来起动

曲线上的BC段是稳定工作段

当负荷增大

转速下降的时候

它所发出来的转矩也就会随着增大

那么就起到自动调节的作用

N点是正常工作时候的额定工作点

它的额定转速用ωn来表示

C点是最高转速

也就是我们通常谈到的同步转速点

这个时候它所发出的转矩是为0

对于电动机的稳定工作区段BC段

为了便于求出转速与转矩之间的对应关系

我们可以近似的用一条直线或者是抛物线来代替

所以它上面任意一点所确定的驱动力矩

我们就可以用现在看到的这个表达式来表示出来

那其中Mn、ωn、ω0都是可以通过电动机的产品目录可以查得到的

那代到公式里面

我们就可以求出这个驱动力矩

我们再来看一下生产阻力也叫做工作阻力

机械执行构件所承受的生产阻力的变化规律

常取决于机械工艺过程的特点

按照机械特性来分类

它也分了有

常数类的

你比如说我们的起重机、轧钢机、拉丝机、包括车床等等

都是属于常数类的

另外它也有执行机构位置的函数

你比如说我们的曲柄压力机

活塞式压力机滑块上面的阻力等等

还有执行构件速度的函数

你比如说鼓风机的叶轮

离心泵的叶片等等

它所受的是来自空气或者是其它介质的阻力

这些生产阻力它都会随着叶轮转速的平方值而发生变化

另外还有时间的函数

你比如说我们用来揉面的揉面机

还有球磨机的阻力它都是随着材料力度来发生变化的

驱动力和生产阻力的变化规律一般我们都可以从一些现有的

资料里面查取得到或着由专业的部门来提供

这些资料不属于本课程学习的范围

在进行机械的运动分析的时候

我们就视这些外力是已知的

好了 今天的课就上到这儿