機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)培訓(xùn)教程

第十章機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)掌握等效動力學(xué)模型建立方法；掌握機(jī)械系統(tǒng)速度波動的調(diào)節(jié)方法，包括周期性和非周期性速度波動調(diào)節(jié)；掌握飛輪調(diào)速原理與飛輪設(shè)計。第十章機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)機(jī)械系統(tǒng)一般由原動機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。研究機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)目的：1)構(gòu)造系統(tǒng)力學(xué)參量和運(yùn)動學(xué)參量之間的聯(lián)系。2)建立機(jī)械系統(tǒng)等效動力學(xué)模型。3)減小機(jī)械速度波動。

10.1作用在機(jī)械中的外力和機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過程10.1.1作用在機(jī)械上的力驅(qū)動力工作阻力1、驅(qū)動力：原動機(jī)發(fā)出的力(力矩)。常用原動機(jī)有：內(nèi)燃機(jī)、直流電動機(jī)、交流電動機(jī)機(jī)械特性：機(jī)械的力學(xué)參數(shù)(力或力矩)與運(yùn)動參數(shù)(位移、速度、加速度)之間的關(guān)系。例如：a、內(nèi)燃機(jī)發(fā)出的驅(qū)動力是活塞位置的函數(shù)；b、電動機(jī)發(fā)出的驅(qū)動力矩是轉(zhuǎn)子角速度的函數(shù)。

1、驅(qū)動力：原動機(jī)發(fā)出的力(力矩)。下圖分別為直流并激電動機(jī)、直流串激電動機(jī)和交流異步電動機(jī)的機(jī)械特性曲線2、工作阻力：系統(tǒng)工作時需要克服的工作

負(fù)荷。（1）起重機(jī)、車床等：工作阻力是常數(shù)(在一段工作過程中)(2)往復(fù)式壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)：工作阻力是原動件位置的函數(shù)（3）鼓風(fēng)機(jī)葉輪所受空氣阻力：工作阻力是執(zhí)行件速度的函數(shù)（4）球磨機(jī)、粉碎機(jī)：工作阻力是時間的函數(shù)10.1.2機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過程機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程分為三個階段：啟動、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和停止。10.1.2機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過程10.1.2機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過程10.1.2機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過程機(jī)械系統(tǒng)的動能方程：1、啟動階段：原動件的速度(或角速度)從零逐漸增加，直到開始穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。10.1.2機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過程2、穩(wěn)定運(yùn)行階段：原動件速度保持常數(shù)(稱勻速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn))原動件圍繞某一恒定的平均值作周期性速度波動(稱變速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn))。在一個周期內(nèi)任一時間間隔中，輸入功與總耗功不一定相等。10.1.2機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)過程停車階段：原動件從正常轉(zhuǎn)速下降到0。啟動階段和停車階段統(tǒng)稱為機(jī)械系統(tǒng)的過渡過程。10.2機(jī)械的等效動力學(xué)模型10.2.1等效動力學(xué)模型的建模方法1、等效動力學(xué)建模原理：動能不變原則：等效構(gòu)件的質(zhì)量或轉(zhuǎn)動慣量所具有的動能等于整個系統(tǒng)的動能之和。功(功率)不變原則：作用在等效構(gòu)件的等效力、等效力矩所作的功(或功率)等于整個系統(tǒng)的所有力、力矩所做功(或功率)之和。10.2機(jī)械的等效動力學(xué)模型2、等效力矩求等效力矩遵循的原則：作用在各構(gòu)件上的外力和外力矩所作功(功率)之和等于作用在等效構(gòu)件上的等效力矩（或力）所作功(功率)。選轉(zhuǎn)動構(gòu)件為等效構(gòu)件，根據(jù)功率等效原則：

等效力矩：小結(jié)：1〕Me是等效力矩，是機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)；2〕等效力矩Me為正時，為等效驅(qū)動力矩；為負(fù)時，為等效工作阻力矩。2〕Me同各構(gòu)件與等效構(gòu)件的速比有關(guān)；3〕Me與機(jī)構(gòu)所受到的外力、外力矩直接相關(guān)。4〕Me是假設(shè)的力矩，實際并不存在，不是合力矩。

5〕若所受外力不變，定傳動比機(jī)構(gòu)的等效力矩為常數(shù)。3、等效轉(zhuǎn)動慣量求等效轉(zhuǎn)動慣量的原則：等效構(gòu)件所具有的動能等于整個系統(tǒng)的動能之和。根據(jù)動能等效原則：

等效轉(zhuǎn)動慣量：小結(jié)（1）Je是機(jī)構(gòu)位置的函數(shù)；（2）Je同各構(gòu)件與等效構(gòu)件速比的平方有關(guān)；（3）Je是假想的轉(zhuǎn)動慣量；（4）定傳動比機(jī)構(gòu)的等效轉(zhuǎn)動慣量Je是常數(shù)。4、舉例求曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中曲柄上的等效力矩。

選曲柄為等效構(gòu)件，利用功率等效原則：等效力矩：等效轉(zhuǎn)動慣量：10.3系統(tǒng)的運(yùn)動方程及求解常用的機(jī)械運(yùn)動方程有兩種形式：能量式運(yùn)動方程力、力矩式運(yùn)動方程10.3.1能量形式的運(yùn)動方程根據(jù)動能定理：以轉(zhuǎn)動等效構(gòu)件為例。設(shè)等效構(gòu)件由位置1運(yùn)動到位置2，等效構(gòu)件運(yùn)動方程的能量形式：或10.爆3.2科力矩左形式的稿運(yùn)動方纖程將或?qū)懗傻刮⒎中未绞?式中，等效構(gòu)件秒運(yùn)動方程用式的力矩育形式：如果Je為常數(shù)丙，10.界3.3領(lǐng)機(jī)械竿運(yùn)動方朽程的求甜解以等效骨構(gòu)件為而轉(zhuǎn)動構(gòu)聾件，等飯效力矩懂和等效頌轉(zhuǎn)動慣總量為機(jī)售構(gòu)位置啞函數(shù)的栽情況為幻玉例。已知境，刷求解機(jī)械耍的真實運(yùn)平動。采用機(jī)械江系統(tǒng)運(yùn)動旬方程的能劍量形式。1.度等效構(gòu)擴(kuò)件的角育速度2.容等效構(gòu)貨件的角百加速度3.系督統(tǒng)的運(yùn)動莫時間10.4蛾機(jī)械捏系統(tǒng)的周鄙期性速度修波動及其肅調(diào)節(jié)方法1.沉周期性恢速度波情動產(chǎn)生日的原因機(jī)械系統(tǒng)普在穩(wěn)定運(yùn)浸動工作狀劍態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)圣時，由于依等效力矩晉和等效轉(zhuǎn)碑動慣量的轉(zhuǎn)周期性變竹化引起的豪速度波動姨。產(chǎn)生速頓度波動肆的主要原因有：（1）作恐用在各構(gòu)幣件上的外失力（包括無驅(qū)動力和郊工作阻力訊）發(fā)生變周化；（2）各損構(gòu)件的m和J在不同位陜置對原動號件所產(chǎn)生點(diǎn)的慣性影拋響不同。10.4坡機(jī)械秤系統(tǒng)的周歪期性速度財波動及婦其調(diào)節(jié)方綠法速度波動雕的危害：1)在機(jī)器各交運(yùn)動副中勤引起附加叮動壓力，防降低機(jī)器胞效率和工嗚作的可靠雞性。2)在機(jī)器慨中引起境彈性振顯動，影振響機(jī)器贈的強(qiáng)度騰、壽命昌和消耗必部分動扯力。3)影響衰機(jī)器進(jìn)行勻的工藝過猛程，使集產(chǎn)品質(zhì)量色下降。2.層速度波粥動程度催的衡量職指標(biāo)在周期T內(nèi)的平別均角速闊度：或為一個撓循環(huán)中籠等效構(gòu)陰件的轉(zhuǎn)暗角。工程計盞算中常難用算術(shù)姥平均角攝速度來冷近似地褲代替實浸際的平悔均角速騾度：10.球4抓機(jī)械系床統(tǒng)的周值期性速估度波動呢及其調(diào)齡節(jié)方法10.4茫機(jī)械姓系統(tǒng)的周爭期性速度央波動及其饒調(diào)節(jié)方法機(jī)械的絕籃對不均勻擋度：機(jī)械袍系統(tǒng)的等煎效構(gòu)件的碑最大角速們度與最小擇角速度之繳差：能否僅用須來衡量存速度的波琴動程度哪爺？例如：10.繭4扇機(jī)械系墳統(tǒng)的周巴期性速株度波動雅及其調(diào)政節(jié)方法系統(tǒng)運(yùn)徹轉(zhuǎn)的不好均勻系呈數(shù)(速隨度波動歷系數(shù))業(yè)：設(shè)計時10.答4他機(jī)械系殘統(tǒng)的周欲期性速訂度波動槽及其調(diào)捷節(jié)方法3.周京期性速度尚波動的調(diào)只節(jié)方法為了減傭小機(jī)械背運(yùn)轉(zhuǎn)時枕的周期雙性速度攝波動，貴最常用海的方法指是安裝阿飛輪。**飛輪慌設(shè)計的基顆本問題:根據(jù)機(jī)器烘實際需要破的平均角緣瑞速度萍和著許可的不嫁均勻系數(shù)蔥(汽,遷)來確定敵飛輪的轉(zhuǎn)馬動慣量斷。10.缸5飛龍輪的設(shè)切計飛輪設(shè)計等效力矩等效轉(zhuǎn)恢動慣量平均角課速度機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)頂速度不均蘋勻系數(shù)的券許用值飛輪轉(zhuǎn)動戲慣量飛輪尺寸10.5搏飛輪的約設(shè)計10.歷5.1幣飛輪酬設(shè)計的塔基本原筆理10.5底.1飛懼輪設(shè)計的誘基本原理機(jī)械在b點(diǎn)處具有匪最小的動雙能增量―――哈對應(yīng)最癥大虧功拘＝圖半(a)中陰影面晶積濤(-)億；在c點(diǎn)，機(jī)錦械具有陸最大動味能增量爹―咳―對應(yīng)代于最大杜盈功漲＝佛圖(a)中的陰影茫面積。最大盈譽(yù)虧功：10.贈5.1繼飛輪混設(shè)計的焦基本原巧理根據(jù)動覽能定理蘇，安裝飛輪懂后，速度牽波動系數(shù)做：設(shè)計飛輪訴的轉(zhuǎn)動慣伍量應(yīng)滿足冷：當(dāng)竟時,小結(jié):當(dāng)盾與n一定時，控如果加大嗽，則祖機(jī)械的速受度波動系陶數(shù)下降，叉起到減小籃機(jī)械速度摔波動的作詠用，達(dá)到劍調(diào)速的目娃的；但安診裝飛輪不壇能消除速懷度波動。如果執(zhí)值取婆得很小暢，飛輪失的轉(zhuǎn)動堅慣量就視會很大嚼；若希，求而實際壇工程中尺只能是有滑限值。因霉此，不能立過分地追純求機(jī)械運(yùn)閥轉(zhuǎn)速度的顆均勻性，管否則將會緒使飛輪過渡于笨重。由于逃與n的平方啞成反比也，因此筒，最好潑將飛輪灣安裝在鎖機(jī)械的匆高速軸捉上。一般把飛竊輪安裝在壞機(jī)器的主周軸上或與旋機(jī)器主軸州有定傳動據(jù)比的構(gòu)件簽上，保證逼轉(zhuǎn)動慣量掘為常數(shù)。運(yùn)動構(gòu)執(zhí)件都能挑儲能和杠釋放能優(yōu)量，可點(diǎn)以用較冊大的皮專帶輪或鳴齒輪起程飛輪作存用。10.醬5.2摔最大同盈虧功刺[W]的確定10.5賊.2最擺大盈虧功蓬[W]的確定10.當(dāng)5.3揀飛輪檢主要尺鐘寸的確宅定如果將飛肅輪安裝在構(gòu)構(gòu)件x上，此時蟻飛輪的轉(zhuǎn)厘動慣量津為：1)飛輪關(guān)應(yīng)安裝在啊高速軸上2)應(yīng)安分裝在主軸滔或有定比特傳動的構(gòu)座件上。10.投5.3勉飛輪宴主要尺輸寸的確殘定飛輪按構(gòu)晴造大體可秘分輪形和幼盤形兩種葡。1輪形緞飛輪蜜2頌盤形飛疏輪10.6柴非周期煉性速度波疤動及其調(diào)重節(jié)1非周鉛期性速度甩波動產(chǎn)生崇原因非周期性筒速度波動弦多是由于水工作阻力段或驅(qū)動力竭在機(jī)械運(yùn)勵轉(zhuǎn)過程中迅發(fā)生突變蒙，使輸入視能量與輸村出能量在湖一段較長花時間內(nèi)失陪衡所造成滔的。危害：撒使系統(tǒng)翅的轉(zhuǎn)速身持續(xù)地學(xué)上升或李下降，評嚴(yán)重時猴，將導(dǎo)犧致“飛厘車”或幸停止運(yùn)例轉(zhuǎn)。非周期博性速度近波動調(diào)秤節(jié)目的諷:防止非周期哄性速度捧波動所引起獻(xiàn)的機(jī)器禍毀壞或悉者停車叛。10.賣6非療周期性志速度波合動及其系調(diào)節(jié)2非周弓期性速度圍波動的調(diào)柿節(jié)方法非周期性熄速度波動湖調(diào)節(jié)問題驢可分為兩飯種情況:(1)穩(wěn)定系統(tǒng)剖的自動調(diào)專節(jié)：如果齡機(jī)械系犬統(tǒng)由于蜓某種干銷擾而偏檢離了原寫來的工悟作狀態(tài)擔(dān)，經(jīng)過躲一個過堵程后，沒能夠以魄足夠的中精度回沾到原來姻的狀態(tài)駛，那末兇這個機(jī)糖械系統(tǒng)示是一穩(wěn)乞定的系涌統(tǒng)，具寨有自調(diào)敬性。(2)采用調(diào)傅速器調(diào)導(dǎo)節(jié)(劫沒有自傲調(diào)性的協(xié)系統(tǒng))參考文怪獻(xiàn)1機(jī)尿械系統(tǒng)府運(yùn)動方催程求解鎖方法唐錫寬販著，“足機(jī)械動莖力學(xué)”桃，北京齡：高等破教育出晝版社，炊198筑4徐業(yè)宜傘主編，導(dǎo)“機(jī)械領(lǐng)系統(tǒng)動州力學(xué)”溫，北京貌：機(jī)械抓工業(yè)出爐版社，結(jié)199掛12多梨自由度鎮(zhèn)系統(tǒng)動攻力學(xué)王洪恩主桌編，“機(jī)伏械動力學(xué)執(zhí)”，重慶哪大學(xué)出版建社，19吃89唐錫寬租著，“墓機(jī)械動吉力學(xué)”懂，北京虧：高等蜓教育出懼版社，概198疲4參考文獻(xiàn)3 飛輛輪轉(zhuǎn)動誓慣量的澆計算方誤法孫序梁秤編著，逆“飛輪督設(shè)計”久，北京盟：高等時教育出遭版社，域199頓24 面沿向計算滲機(jī)的機(jī)貢械系統(tǒng)筍動力學(xué)誓建模Haug著，劉興儀祥等譯，趁機(jī)械系統(tǒng)帳的計算機(jī)錦輔助運(yùn)動芒學(xué)和動力引學(xué)，第一刮卷：基本瓣方法，北橋京：高等市教育出版砌社，19低96Hus區(qū)ton銜RL火，劉又午著唯，多體系盒統(tǒng)動力學(xué)此，天津大籍學(xué)出版社絹，198思7/19殺915機(jī)薄械彈性鐘動力學(xué)張策等著帽，彈性連征桿機(jī)構(gòu)的鵝分析與設(shè)著計（第二窄版），機(jī)蔽