機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析課件

第七章機(jī)械動(dòng)力學(xué)分析提示：本章介紹機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生速度波動(dòng)的原因及調(diào)節(jié)的方法；機(jī)械系統(tǒng)的等效力學(xué)模型的建立；飛輪的設(shè)計(jì)。重點(diǎn)：機(jī)械系統(tǒng)的等效力學(xué)模型的建立；機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生速度波動(dòng)的原因及調(diào)節(jié)的方法。難點(diǎn)：等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、等效力的計(jì)算；最大盈虧功的計(jì)算。§7—1概述一、本章研究的內(nèi)容及目的為了對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行精確的運(yùn)動(dòng)分析和力分析，確定各構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的實(shí)際慣性力的大小就需要確定機(jī)構(gòu)原動(dòng)件的真實(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律。機(jī)械原動(dòng)件并非作等速運(yùn)動(dòng)，即會(huì)出現(xiàn)速度波動(dòng)，這將導(dǎo)致在運(yùn)動(dòng)副中產(chǎn)生附加的動(dòng)壓力，引起機(jī)械的振動(dòng)，降低壽命、效率、和工作質(zhì)量。二、機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)ABTmo起動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)停車T機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中的功能關(guān)系Wd-Wc=E1–E2其中：Wc=Wr+Wf1、起動(dòng)階段：ω=0，↗ωm，則：E1=0，↗E２，故：Wd>Wc=Wr+Wf根據(jù)動(dòng)能（dynamicenergy）定理，功能關(guān)系為：Wd=Wc+E3、停車階段Wd=0-Wc=E當(dāng)阻抗功逐漸將機(jī)械具有的動(dòng)能消耗完了時(shí)，機(jī)械便停止運(yùn)轉(zhuǎn)。其功能關(guān)系可用下式表示：ABTmo起動(dòng)穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)停車T為了縮短停車所需的時(shí)間以加速停車，在某些機(jī)械上可以安裝制動(dòng)裝置。§7—2單自由度機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析1、機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方程式的一般表達(dá)式例：曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，設(shè)已知：曲柄1為原動(dòng)件，ω1，質(zhì)心S1在O點(diǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J1；連桿2質(zhì)量為M2，ω2，質(zhì)心S2，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J2，速度VS2；則該機(jī)構(gòu)在dt瞬間的動(dòng)能增量為：瞬時(shí)功率1、機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方程式的一般表達(dá)式曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方程式為：t若機(jī)構(gòu)由n個(gè)活動(dòng)構(gòu)件組成，則動(dòng)能的一般表達(dá)式為：瞬時(shí)功率的一般表達(dá)式為：2、機(jī)械系統(tǒng)的等效動(dòng)力學(xué)模型

以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例。取曲柄1為等效構(gòu)件。t故其運(yùn)動(dòng)方程式為：令Me=M1-F3(v3/ω1)Je—等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Me—等效力矩同理，取滑塊為等效構(gòu)件，則有：故其運(yùn)動(dòng)方程式為：t令Fe=M1(ω1/v3)-F3me—等效質(zhì)量Me—等效力取轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件為等效構(gòu)件，則：

取移動(dòng)構(gòu)件為等效構(gòu)件，則：

§7—4機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)和速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)1、機(jī)械速度波動(dòng)產(chǎn)生原因圖示某一機(jī)械在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，等效構(gòu)件在一個(gè)周期T中所受等效驅(qū)動(dòng)力矩Mer()與等效阻抗力矩Mer()的變化曲線。驅(qū)動(dòng)功與阻抗功為：

則機(jī)械動(dòng)能的增量為:分析：bc段：由于Med＞Mer，故Wd＞W(wǎng)r，則稱之為盈功。在這一段運(yùn)動(dòng)過程中，等效構(gòu)件的角速度由于動(dòng)能的增加而上升。cd段：由于Med

Mer，故WdWr，則稱之為虧功。在這一階段，等效構(gòu)件的角速度由于動(dòng)能減少而下降。但在一個(gè)公共周期內(nèi)，驅(qū)動(dòng)功等于阻抗功，機(jī)械動(dòng)能的增量等于零，即：2、周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)CmaxminmABDTOt1）周期性速度波動(dòng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)平均角速度(1)速度不均勻系數(shù)(2)則得：由(1)和(2)解得：設(shè)計(jì)時(shí)為使機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，要求其速度不均勻系數(shù)不超過允許值。δ≤[δ]3、飛輪的設(shè)計(jì)原理飛輪—具有很大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的回轉(zhuǎn)構(gòu)件。其作用：裝置飛輪的實(shí)質(zhì)就是增加機(jī)械系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。飛輪在系統(tǒng)中的作用相當(dāng)于一個(gè)容量很大的儲(chǔ)能器。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)盈功，它將多余的能量以動(dòng)能形式“儲(chǔ)存”起來，并使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度升高幅度減?。环粗?，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)虧功時(shí)，它將“儲(chǔ)存”的動(dòng)能釋放出來以彌補(bǔ)能量的不足，并使系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度下降的幅度減小。從而減小了系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)速度波動(dòng)的程度，。分析：1）當(dāng)△Wmax與一定時(shí)，J與n的平方值成反比，為減小飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，飛輪安裝在機(jī)械的高速軸上。2）當(dāng)△Wmax與n一定時(shí)，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J與速度不均勻系數(shù)成反比。J越大，越小，機(jī)械越接近勻速；但過分追求機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的均勻性，將會(huì)使飛輪過于笨重。4、飛輪尺寸的確定

由輪緣A、輪轂B和輪輻c三部分組成。設(shè)QA為輪緣的重量，D1，D2和D分別為輪緣的外徑、內(nèi)徑與平均直徑，則輪緣轉(zhuǎn)動(dòng)慣量近似為：J≈JA=GA(D12+D22)≈GAD2/(4g)或GAD2=4gJJ—飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，QAD2—飛輪矩，單位：Nm2。設(shè)輪緣的寬度為b，材料單位體積的重量為γ（N/m3)