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一飞轮由直流电机带动,已知电机产生的转矩M与其角速度的关系为:
(来学网)
。式中,M
表示电机的起动转矩,ω
表示电机无负载时空转角速度,且M
与ω
都是已知量。设飞轮对O轴的转动惯量为J
,作用在飞轮上的阻力矩M
为常量,如图4-3-9所示。当M>M
时,飞轮开始起动,求角速度ω随时间t的变化规律。
正确答案:
本题为已知作用于飞轮上的力矩M与M
,求飞轮的转动规律,属动力学第二类问题。可根据刚体绕定轴转动的微分方程,通过积分求得飞轮的角速度ω。
(1)对象 以飞轮为研究对象。
(2)受力分析 飞轮上作用的外力有力矩M及M
,约束反力X
、Y
和重力W。
(3)运动分析 飞轮作定轴转动。取顺时针转向为正。
(4)建立动力学方程,并解之。
应用定轴转动微分方程列方程如下:
(a)
将已知转矩代入式(a),得
令
;则上式可简化成
将上式分离变量,并进行积分运算,因运动初始条件为t=0时ω=0,则有
即
(b)
解得飞轮的角速度为
(c)
根据题意M>M
,由式(a)可知飞轮作加速转动;又由上式可见;飞轮角速度将逐渐增大;当t→∞时,式(c)括号内的e
=0,这时飞轮将以极限角速度ω
转动,且
如不加负载,阻力矩M
=0,则极限角速度为
ω
=ω
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