- •Часть II. Динамика механизмов и машин
- •1. Постановка задачи силового расчета. Силы, действующие в механизме. Уравнения движения системы. Кинематические пары, накладывающие идеальные связи.
- •2. Уравнения кинетостатики. Кинетостатическая модель.
- •3. Определение главного вектора и главного момента сил инерции (общий случай; поступательное движение).
- •4. Определение главного вектора и главного момента сил инерции (вращение вокруг неподвижной оси; плоское движение).
- •5. Решение уравнений кинетостатики. Особенности расчёта плоского механизма. Пример с одноподвижным механизмом.
- •6. Особенности расчёта плоского механизма. Пример с многоподвижным механизмом.
- •7. Применение общего уравнения динамики для силового расчета механизмов (одноподвижных и многоподвижных). Пример с рычажным механизмом.
- •8. Применение общего уравнения динамики для определения реакции в кинематической паре.
- •9. Расчет кулачкового механизма методом кинетостатики и с помощью общего уравнения динамики.
- •10. Трение в кинематических парах. Трение скольжения, качения и верчения. Модель высшей кп с точечным контактом.
- •11. Трение в кинематических парах. Динамические модели поступательной пары в плоском механизме с учетом трения.
- •12. Трение в кинематических парах. Динамические модели вращательной пары в плоском механизме с учетом трения.
- •13. Трение в кинематических парах. Червячная пара.
- •14. Трение в кинематических парах. Винтовая пара.
- •15. Силовой расчёт механизмов с учетом трения в кинематических парах методом последовательных приближений. Пример: кривошипно-ползунный механизм.
- •17. Силовой расчет червячной передачи с учетом трения в вкп. Режимы: тяговый, инверсный тяговый, оттормаживания, самоторможения.
- •18. Определение приведенного момента инерции и приведенного момента сил сопротивления (для рычажного и зубчатого механизма).
- •19. Уравнения Лагранжа 2-го рода для многоподвижного механизма.
- •20. Внутренняя виброактивность механической системы цикловой машины.
- •21. Способы уменьшения возмущающего момента. Разгружатели возмущающего момента и инерционной нагрузки, динамические гасители колебаний.
- •22. Внешняя виброактивность механизма и машины. Уравновешивание механизмов и машины.
- •23. Внешняя виброактивность вращающегося ротора и роторной машины. Уравновешивание роторов.
- •24. Виброактивность плоского механизма. Уравновешивание плоского механизма конструктивным методом и установкой противовесов на звенья.
- •25. Виброактивность плоского механизма. Уравновешивание первых гармоник сил инерции.
- •26. Потери энергии на трение в цикловых механизмах. Кпд механизма.
- •27. Механические характеристики двигателей (пример с электрическим двигателем постоянного тока независимого возбуждения).
- •28. Уравнения движения машины. Режимы движения
- •29. Определение средней угловой скорости установившегося режима движения цикловой машины. Устойчивость и чувствительность установившегося режима движения к изменению нагрузки.
- •30. Определение динамической ошибки цикловой машины в установившемся режиме при учете статической характеристики двигателя. Коэффициент неравномерности вращения.
- •31. Движущий момент в установившемся режиме при учёте статической характеристики двигателя. Влияние неравномерности вращения машины на потери энергии двигателя.
- •32. Динамические нагрузки в передаче в установившемся режиме при учёте статической характеристики двигателя. Способы уменьшения динамических ошибок и динамических нагрузок.
- •33. Влияние динамической характеристики двигателя на установившееся движение машины. Двигательный резонанс.
- •34. Разбег машины с учетом статической характеристики двигателя. Определение закона движения и динамического момента в передаточном механизме.
- •35. Разбег машины с учетом динамической характеристики двигателя. Торможение машины.
34. Разбег машины с учетом статической характеристики двигателя. Определение закона движения и динамического момента в передаточном механизме.
Изучение переходных процессов начнем с рассмотрения неуправляемого разбега машины. Предположим сначала, что может быть принята статическая характеристика двигателя. Поскольку разбег является неуправляемым, то . Предположим также, что приведенный момент инерции является постоянным, а приведенный момент сил сопротивления явно зависит от координаты ; тогда уравнение движения (8.17) принимает следующий вид:
. (8.56)
Пренебрежение переменными компонентами и обычно оказывается допустимым при исследовании переходных процессов.
Разбегу машины соответствует решение уравнения (8.56) при начальных условиях , . Обозначив , получим дифференциальное уравнение с разделяющимися переменными
. (8.57)
Решая его, находим
. (8.58)
Обращением функции (8.58) получим зависимость . Время разбега можно определить как
. (8.59)
Однако легко показать, что интеграл этот расходится. Действительно, при знаменатель дроби, стоящей под интегралом, обращается в нуль ( поскольку – угловая скорость в установившемся движении, определяемая из уравнения (8.26)); поэтому интеграл является несобственным; он расходится, если
, (8.60)
что является условием устойчивости режима установившегося движения. Таким образом, теоретически время разбега бесконечно велико; поэтому условно за время разбега обычно принимается время достижения угловой скорости, близкой к , но меньшей ее. Чаще всего принимают, что
. (8.61)
Из этой формулы видно, что время разбега пропорционально ; поэтому уменьшение момента инерции машины является одним из эффективных способов снижения времени переходного процесса.
Разбег при линейных характеристиках машины и двигателя
Пусть
, , (8.62)
где . Подставив (8.62) в (8.56), получим
.
Поделив оба слагаемых на и учитывая, что , имеем
. (8.63)
Общее решение этого уравнения записывается в виде
.
Из начального условия находим, что ; отсюда
. (8.64)
Полагая, что , , получаем
.
Таким образом, время разбега пропорционально величине .
Определение момента в передаточном механизме. Найдем момент , возникающий при разбеге в передаточном механизме. Составляя уравнение движения ротора двигателя, имеем
,
где – момент инерции ротора; поскольку
, , ,
получаем
, (8.65)
где .
На рис.8.8 построены возможные формы зависимости при разбеге. Очевидно, что при момент в передаточном механизме, возникающий в процессе разбега, превышает момент в установившемся режиме. Более предпочтительным является условие , при котором не превосходит в течение всего переходного процесса.
35. Разбег машины с учетом динамической характеристики двигателя. Торможение машины.
Ограничимся рассмотрением системы с линейными характеристиками (8.62), запишем уравнения движения машины в форме
(8.66)
Определим движущий момент из первого уравнения
.
Подставим это выражение во второе уравнение, получим
или, после упрощений,
.
В дальнейшем будем предполагать, что , и соответствующее слагаемое в коэффициенте при может быть отброшено.
Окончательно получаем
. (8.67)
Разбег описывается частным решением уравнения (8.67), соответствующим определенным начальным условиям. Одно из этих условий очевидно:
, . (8.68)
Второе начальное условие требует более подробных объяснений. Дело в том, что в момент включения двигателя движущий момент равен нулю, а момент сопротивления (рис.8.9). Поэтому в этот момент времени разбег начаться не может. При неподвижном роторе начнется возрастание момента в соответствие с динамической характеристикой двигателя, в которой следует положить :
. (8.69)
Разбег начнется в тот момент, когда частное решение уравнения (8.69), соответствующее условию , достигнет величины, равной . Если отсчитывать время разбега от этого момента, то в качестве второго начального условия следует принять
, . (8.70)
Разыскивая общее решение линейного неоднородного дифференциального уравнения (8.67), найдем сначала корни его характеристического уравнения
.
Решая это уравнение, находим
. (8.71)
Далее необходимо рассмотреть два случая.
а). Если , то корни (8.71) являются вещественными и отрицательными. Решение уравнения (8.67) представляется в форме
.
Начальные условия (8.68) и (8.70) позволяют определить постоянные и :
, .
Разбег в этом случае является апериодическим процессом, при котором
. (8.72)
Примерная форма графика функции показана на рис. 8.10. Угловая скорость монотонно возрастает, стремясь к . Можно показать, что при всех в этом случае .
б). Если , то корни (8.71) являются комплексными сопряженными:
. (8.73)
Используя начальные условия, находим
. (8.74)
Разбег в этом случае оказывается затухающим колебательным процессом (рис.8.10). Максимальное значение угловой скорости
.
Достигается при . В этом случае угловая скорость в процессе разбега достигает значений, превосходящих , что часто является нежелательным.
Торможение машины
Рассмотрим процесс торможения машины, при котором двигатель выключается и включается тормоз, создающий дополнительный момент сопротивления , который будем считать постоянным по величине. В этом случае уравнение движения жесткой машины записывается в виде
. (8.75)
При линейной характеристике это уравнение принимает форму
или
, (8.76)
где – постоянная времени при торможении. Решая уравнение (8.76) при начальном условии , находим
. (8.77)
Из условия , определяем время торможения
. (8.78)
Пусть – момент инерции ротора двигателя, а тормозной момент прикладывается непосредственно к ротору. Составим уравнение движения ротора в форме
,
где – момент в передаточном механизме, получаем
. (8.79)
При момент принимает наибольшее значение, равное . Обычно стремятся к тому, чтобы не превышал момента , действующего в передаче при установившемся движении. Тогда должно быть ; из этого условия можно выбрать величину тормозного момента.
1 Следует различать обозначения: – главный момент сил реакций в кинематической паре и – главный момент сил реакций, действующий на s –е звено.
2 Лурье А.И. Аналитическая механика. М.: Физматгиз, 1961. 824 с.
1 1 Уравновешенный механизм может воздействовать на стойку постоянными силами. Такие постоянные во времени реакции могут вызываться, например, силами тяжести звеньев.
1 1 Момент силы тяжести относительно оси х является постоянным; момент относительно оси z может считаться включенным в момент сил сопротивления МC, входящий в уравнение (7.18).