《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第7章機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)

匯報(bào)人:AA2024-01-14《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第7章機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)目錄CONTENCT機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)概述機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)模型周期性速度波動調(diào)節(jié)方法非周期性速度波動調(diào)節(jié)方法機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)性能評價(jià)指標(biāo)與方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中的應(yīng)用01機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)概述機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)定義機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)分類機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)定義與分類指機(jī)械設(shè)備或系統(tǒng)在驅(qū)動力作用下，各運(yùn)動部件按照設(shè)定的運(yùn)動規(guī)律進(jìn)行協(xié)調(diào)的周期性運(yùn)動。根據(jù)運(yùn)動規(guī)律和特點(diǎn)，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)可分為勻速運(yùn)轉(zhuǎn)、變速運(yùn)轉(zhuǎn)、間歇運(yùn)轉(zhuǎn)等。周期性速度波動定義周期性速度波動原因周期性速度波動影響在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于驅(qū)動力、負(fù)載力矩以及機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部因素的周期性變化，導(dǎo)致機(jī)械速度發(fā)生周期性波動。主要包括驅(qū)動力矩的周期性變化、負(fù)載力矩的周期性變化以及機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部傳動件的彈性變形等。周期性速度波動會導(dǎo)致機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生振動和噪聲，降低機(jī)械效率和使用壽命，甚至引發(fā)安全事故。周期性速度波動現(xiàn)象80%80%100%非周期性速度波動現(xiàn)象在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于非周期性外力作用或內(nèi)部因素突變等原因，導(dǎo)致機(jī)械速度發(fā)生非周期性波動。主要包括突加負(fù)載、突卸負(fù)載、電源電壓突變、機(jī)械故障等非周期性因素。非周期性速度波動會對機(jī)械系統(tǒng)造成沖擊和過載，導(dǎo)致機(jī)械部件損壞或系統(tǒng)崩潰，嚴(yán)重影響機(jī)械的安全性和穩(wěn)定性。非周期性速度波動定義非周期性速度波動原因非周期性速度波動影響02機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)模型集中質(zhì)量法分布質(zhì)量法有限元法等效力學(xué)模型建立方法考慮構(gòu)件的彈性變形，將分布質(zhì)量按一定規(guī)律分布于構(gòu)件上，建立分布質(zhì)量模型。將連續(xù)體離散為有限個(gè)單元，通過節(jié)點(diǎn)連接，建立等效的有限元模型。將分布質(zhì)量集中于若干點(diǎn)，忽略構(gòu)件的彈性變形，建立等效的集中質(zhì)量模型。根據(jù)構(gòu)件的材料密度、體積等確定等效質(zhì)量。質(zhì)量參數(shù)剛度參數(shù)阻尼參數(shù)根據(jù)構(gòu)件的截面形狀、尺寸、材料彈性模量等確定等效剛度。根據(jù)構(gòu)件的材料阻尼比、結(jié)構(gòu)阻尼比等確定等效阻尼。030201等效力學(xué)模型參數(shù)確定運(yùn)動方程建立根據(jù)牛頓第二定律、達(dá)朗貝爾原理等建立機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動方程。運(yùn)動方程求解采用數(shù)值方法（如龍格-庫塔法、歐拉法等）或解析方法（如分離變量法、拉普拉斯變換法等）求解運(yùn)動方程，得到機(jī)械系統(tǒng)的位移、速度、加速度等運(yùn)動參數(shù)。運(yùn)動方程建立與求解03周期性速度波動調(diào)節(jié)方法飛輪是一個(gè)轉(zhuǎn)動慣量較大的圓盤或輪轂，通過儲存和釋放動能來減緩機(jī)械周期性速度波動。當(dāng)機(jī)械速度增加時(shí)，飛輪吸收并儲存動能；當(dāng)機(jī)械速度降低時(shí)，飛輪釋放動能以補(bǔ)充機(jī)械能。飛輪設(shè)計(jì)原理飛輪廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)、電動機(jī)等動力機(jī)械的調(diào)速系統(tǒng)，以及機(jī)床、起重機(jī)、軋鋼機(jī)等需要平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備中。飛輪應(yīng)用飛輪設(shè)計(jì)原理及應(yīng)用調(diào)速器工作原理調(diào)速器通過檢測機(jī)械的速度波動，并自動調(diào)整原動機(jī)的供油量、電壓或電流等參數(shù)，以維持機(jī)械的恒定速度或按預(yù)定規(guī)律變化。調(diào)速器類型選擇根據(jù)控制原理和應(yīng)用需求，調(diào)速器可分為機(jī)械式、液壓式、電氣式和電子式等多種類型。選擇合適的調(diào)速器類型需要考慮機(jī)械的負(fù)載特性、調(diào)速范圍、精度要求以及經(jīng)濟(jì)性等因素。調(diào)速器工作原理及類型選擇聯(lián)合應(yīng)用原理在某些復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)中，單獨(dú)使用飛輪或調(diào)速器可能無法滿足速度波動調(diào)節(jié)的要求。此時(shí)，可以將飛輪與調(diào)速器聯(lián)合應(yīng)用，通過飛輪的動能儲存和調(diào)速器的精確控制，共同實(shí)現(xiàn)機(jī)械速度的平穩(wěn)調(diào)節(jié)。實(shí)例分析以某型內(nèi)燃機(jī)為例，其周期性速度波動較大，單獨(dú)使用飛輪或調(diào)速器均難以達(dá)到理想的調(diào)節(jié)效果。因此，設(shè)計(jì)中采用了飛輪與電氣式調(diào)速器的聯(lián)合應(yīng)用方案。通過合理匹配飛輪轉(zhuǎn)動慣量和調(diào)速器控制參數(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了內(nèi)燃機(jī)速度的平穩(wěn)調(diào)節(jié)，提高了機(jī)械的運(yùn)行穩(wěn)定性和效率。實(shí)例分析：飛輪與調(diào)速器聯(lián)合應(yīng)用04非周期性速度波動調(diào)節(jié)方法通過吸收或釋放能量，減小機(jī)械系統(tǒng)受到的沖擊和振動，從而穩(wěn)定機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度。緩沖裝置作用原理根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的具體需求和條件，選擇適當(dāng)?shù)木彌_裝置類型，如彈簧緩沖器、液壓緩沖器、橡膠緩沖器等。類型選擇緩沖裝置作用原理及類型選擇

液壓緩沖器設(shè)計(jì)要點(diǎn)確定緩沖器參數(shù)根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的質(zhì)量、速度和所需緩沖力，計(jì)算并確定液壓緩沖器的相關(guān)參數(shù)，如缸徑、行程、油壓等。選擇合適的液壓油根據(jù)緩沖器的工作條件和要求，選擇具有適當(dāng)粘度、抗磨性和穩(wěn)定性的液壓油。設(shè)計(jì)合理的油路系統(tǒng)確保油路系統(tǒng)暢通無阻，避免油壓波動和泄漏現(xiàn)象，保證緩沖器的正常工作。液壓緩沖器應(yīng)用實(shí)例在電梯、自動扶梯等升降設(shè)備中，液壓緩沖器能夠吸收和釋放能量，保證設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行，提高乘坐舒適度。橡膠緩沖器應(yīng)用實(shí)例在車輛懸掛系統(tǒng)、橋梁支座等場合中，橡膠緩沖器具有良好的隔震和減振效果，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。彈簧緩沖器應(yīng)用實(shí)例在沖床、壓力機(jī)等重型機(jī)械設(shè)備中，采用彈簧緩沖器可有效減小沖擊和振動，提高設(shè)備使用壽命。實(shí)例分析：緩沖裝置在機(jī)械系統(tǒng)中的應(yīng)用05機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)性能評價(jià)指標(biāo)與方法機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中振動幅度的大小，是評價(jià)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性的重要指標(biāo)。振幅越小，說明機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)越平穩(wěn)。振幅機(jī)械振動的頻率，即每秒鐘振動的次數(shù)。頻率越高，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性越差。頻率機(jī)械振動中，各質(zhì)點(diǎn)相對于某一基準(zhǔn)點(diǎn)的位移或速度變化的相位關(guān)系。相位差越小，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的同步性越好，平穩(wěn)性也越高。相位運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性評價(jià)指標(biāo)容積效率機(jī)械實(shí)際工作容積與輸入容積之比，用于評價(jià)機(jī)械在容積利用方面的效率。容積效率越高，說明機(jī)械在容積利用上越充分。機(jī)械效率有用功與輸入功之比，反映機(jī)械在給定條件下的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。機(jī)械效率越高，說明機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的能量損失越小。傳動效率機(jī)械傳動系統(tǒng)輸出功率與輸入功率之比，反映傳動系統(tǒng)的效率。傳動效率越高，說明傳動系統(tǒng)在傳遞動力和運(yùn)動過程中的能量損失越小。運(yùn)轉(zhuǎn)效率計(jì)算方法振幅與頻率分析通過測量機(jī)床在空載和負(fù)載狀態(tài)下的振幅和頻率，可以評價(jià)其運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性。如果機(jī)床在空載和負(fù)載狀態(tài)下的振幅和頻率變化較小，說明其運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性較好。機(jī)械效率計(jì)算根據(jù)機(jī)床的輸入功率、輸出功率以及有用功等參數(shù)，可以計(jì)算出機(jī)床的機(jī)械效率。如果機(jī)床的機(jī)械效率較高，說明其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的能量損失較小，性能較優(yōu)。容積效率與傳動效率分析通過測量機(jī)床的工作容積、輸入容積以及傳動系統(tǒng)的輸入功率和輸出功率等參數(shù)，可以計(jì)算出機(jī)床的容積效率和傳動效率。如果機(jī)床的容積效率和傳動效率較高，說明其在容積利用和動力傳遞方面的性能較優(yōu)。實(shí)例分析：某型號機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)性能評價(jià)06現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)應(yīng)用CAD技術(shù)是一種利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)的技術(shù)，它可以幫助設(shè)計(jì)師更快、更準(zhǔn)確地完成設(shè)計(jì)工作，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中，CAD技術(shù)可以用于繪制零件圖、裝配圖、三維模型等，還可以進(jìn)行運(yùn)動仿真、有限元分析等，為設(shè)計(jì)師提供全面的設(shè)計(jì)支持和驗(yàn)證。CAD技術(shù)的優(yōu)勢CAD技術(shù)可以大大縮短設(shè)計(jì)周期，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)精度和可制造性，同時(shí)還可以方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)修改和優(yōu)化。CAD技術(shù)概述FEA技術(shù)概述FEA技術(shù)是一種利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實(shí)物理系統(tǒng)（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬的技術(shù)。它利用簡單而又相互作用的元素（即單元），就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。FEA在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中，F(xiàn)EA技術(shù)可以用于預(yù)測和優(yōu)化產(chǎn)品的性能，例如強(qiáng)度、剛度、疲勞壽命、熱傳導(dǎo)、振動等。通過FEA分析，設(shè)計(jì)師可以在設(shè)計(jì)階段就發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和改進(jìn)。FEA技術(shù)的優(yōu)勢FEA技術(shù)可以提高設(shè)計(jì)的可靠性和安全性，減少實(shí)驗(yàn)和測試的成本和時(shí)間，同時(shí)還可以優(yōu)化產(chǎn)品的性能和降低成本。有限元分析（FEA）技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)三案例介紹以某型號發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)為例，介紹CAD/FEA技術(shù)在優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。該發(fā)動機(jī)需要滿足高功率、低噪音、低振動等要求，同時(shí)還需要考慮成本和生產(chǎn)效率等因素。要點(diǎn)一要點(diǎn)二CAD技術(shù)應(yīng)用首先利用CAD技術(shù)建立發(fā)動機(jī)的三維模型，并進(jìn)行運(yùn)動仿真和裝配驗(yàn)證。通過CAD技術(shù)，可以準(zhǔn)確