機(jī)械動力學(xué)PPT完整全套教學(xué)課件

《機(jī)械動力學(xué)》

第1章機(jī)械振動系統(tǒng)基礎(chǔ)知識第1章機(jī)械振動系統(tǒng)基礎(chǔ)知識.pptx第2章單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動.pptx第3章多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動.pptx第4章機(jī)械振動控制及其應(yīng)用.pptx第5章機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析.pptx全套PPT課件第1章目錄1.1振動的分類及表示方法1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.3振動實驗

機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)是研究機(jī)械結(jié)構(gòu)在動載荷作用下的系統(tǒng)動力學(xué)行為的科學(xué)。

機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)主要研究三方面的問題：（1）已知載荷和結(jié)構(gòu)參數(shù)求結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，稱為響應(yīng)預(yù)估問題。（2）已知載荷和結(jié)構(gòu)響應(yīng)求結(jié)構(gòu)參數(shù)或數(shù)學(xué)模型，稱為參數(shù)辨識或系統(tǒng)辨識問題。（3）已知結(jié)構(gòu)參數(shù)和響應(yīng)求載荷，稱為載荷辨識問題。機(jī)械振動系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

與動力學(xué)三類問題相應(yīng)的三類工程應(yīng)用問題:(1)動剛度，動強(qiáng)度，平順性，舒適性，振動、噪聲級評價等。(2)故障診斷，薄弱環(huán)節(jié)確定，質(zhì)量控制等。(3)載荷譜，道路譜，誤差源等。機(jī)械振動系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

機(jī)械動力學(xué)的研究方法可分為兩類。（1）結(jié)構(gòu)動態(tài)分析

對于機(jī)械動力學(xué)正問題，動態(tài)分析一般借助于多種動態(tài)分析法（如模態(tài)分析法、模態(tài)綜合法、機(jī)械阻抗分析法、狀態(tài)空間分析法、模態(tài)攝動法及有限元法等）建立結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而對結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性進(jìn)行分析（如動態(tài)仿真等）。

對于機(jī)械動力學(xué)逆問題，動態(tài)分析通常先進(jìn)行動態(tài)實驗，在此基礎(chǔ)上根據(jù)一定的準(zhǔn)則建立結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，然后借助參數(shù)辨識或系統(tǒng)辨識的方法進(jìn)行分析。（2）動態(tài)實驗

結(jié)構(gòu)動態(tài)實驗包括模態(tài)實驗、力學(xué)環(huán)境實驗、模擬實驗等，它是產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)過程中不可缺少的環(huán)節(jié)，不僅可以直接考核產(chǎn)品的動力學(xué)性能，也為動態(tài)分析建立可靠的數(shù)學(xué)模型提供必要的數(shù)據(jù)。機(jī)械振動系統(tǒng)基礎(chǔ)知識1.1振動的分類及表示方法1.1.1振動的分類

（1）按振動產(chǎn)生的原因分類

自由振動：自由振是指系統(tǒng)受初始干擾或原有外激勵力取消后產(chǎn)生的振動。

強(qiáng)迫振動：強(qiáng)迫振動是指系統(tǒng)在外激勵力的作用下產(chǎn)生的振動。

自激振動：自激振動是指在沒有周期外力的作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)及反饋的相互作用而產(chǎn)生的穩(wěn)定的周期振動。

（2）按結(jié)構(gòu)參數(shù)的特性分類

線性振動：線性振動是指，一般在微小振動條件下，系統(tǒng)內(nèi)的恢復(fù)力、阻尼力和慣性力分別與振動位移、速度和加速度成線性關(guān)系的一類振動，可用常系數(shù)線性微分方程來描述。

非線性振動：非線性振動是指，因材料非線性本構(gòu)關(guān)系或運(yùn)動大變形引起的，系統(tǒng)內(nèi)上述參數(shù)有一組或一組以上(恢復(fù)力與振動位移，阻尼力與速度，慣性力與加速度)不成線性關(guān)系時的振動。（3）按系統(tǒng)的自由度數(shù)分類

單自由度系統(tǒng)振動：單自由度系統(tǒng)振動是指只用一個獨(dú)立坐標(biāo)就能確定的系統(tǒng)振動。

多自由度系統(tǒng)振動：多自由度系統(tǒng)振動是指需要多個獨(dú)立坐標(biāo)才能確定的系統(tǒng)振動。

連續(xù)體振動：連續(xù)體振動是指無限多自由度系統(tǒng)的振動，一般也稱為彈性體振動，需用偏微分方程來描述。（4）按振動的規(guī)律分類

簡諧振動：簡諧振動是指振動量為時間的正弦或余弦函數(shù)的一類周期振動。

周期振動：周期振動是指振動量可表示為時間的周期函數(shù)的一類振動，可用諧波分析法將其展開成一系列簡諧振動的疊加。

瞬態(tài)振動：振動量為時間的非周期函數(shù)的一類振動。

隨機(jī)振動：振動量為時間的非確定性函數(shù)的一類振動。

1.1振動的分類及表示方法1.1振動的分類及表示方法

周期振動圖1-1瞬態(tài)振動圖1-2隨機(jī)振動圖1-31.1振動的分類及表示方法

圖1-4

1.1振動的分類及表示方法

1.1振動的分類及表示方法

1.1振動的分類及表示方法

1.1振動的分類及表示方法兩個異振幅簡諧振動合成的拍振兩個同振幅簡諧振動合成的拍振1.1振動的分類及表示方法

1.1振動的分類及表示方法

1.1振動的分類及表示方法

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型例

求圖所示滑輪—彈簧—質(zhì)量系統(tǒng)的等效質(zhì)量（不計彈簧的質(zhì)量）

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

(a)(b)1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型圖1-15兩個彈簧并聯(lián)圖1-16兩個彈簧串聯(lián)

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

例

求下圖所示扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的扭轉(zhuǎn)剛度。

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型例

求下圖所示滑輪—彈簧—質(zhì)量系統(tǒng)的等效剛度。

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

(a)(b)1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型

結(jié)構(gòu)阻尼

由材料內(nèi)部摩擦所產(chǎn)生的阻尼稱為材料阻尼，由結(jié)構(gòu)各部件連接面之間相對滑動產(chǎn)生的阻尼稱為滑移阻尼，兩者統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)阻尼。試驗表明，對材料反復(fù)加載和卸載，其應(yīng)力—應(yīng)變曲線會成為一個滯后回線，如下所示。

1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型1.2.2動力學(xué)模型

機(jī)械系統(tǒng)的振動特性主要取決于系統(tǒng)本身的慣性、彈性和阻尼。

根據(jù)實際系統(tǒng)的復(fù)雜程度和所采用的簡化方法，動力學(xué)模型有:(1)集中參數(shù)模型

由慣性元件、彈性元件和阻尼元件等離散元件組成。(2)有限單元模型

由有限個離散單元所組成，每個單元則是連續(xù)的。(3)連續(xù)彈性體模型

將實際結(jié)構(gòu)簡化為質(zhì)量和剛度均勻分布或按簡單規(guī)律分布的彈性體。

前兩種模型屬于離散系統(tǒng)，其自由度數(shù)是有限的，系統(tǒng)的運(yùn)動狀態(tài)用常微分方程來描述；而后一種模型則屬于連續(xù)系統(tǒng)，其自由度數(shù)是無限的，它的運(yùn)動狀態(tài)需用偏微分方程來描述。1.2機(jī)械振動系統(tǒng)的三要素和動力學(xué)模型《機(jī)械動力學(xué)》

第2章單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動第2章目錄2.1單自由度系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程2.2單自由度系統(tǒng)的自由振動2.3等效單自由度系統(tǒng)2.4對數(shù)衰減率及阻比的測定2.5單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動2.1單自由度系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程2.單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

2.2單自由度系統(tǒng)的自由振動2.2.1無阻尼情形其自由振動微分方程為

(2-3）2.單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動令，稱其為無阻尼系統(tǒng)的固有角頻率（或圓頻率），單位為，其頻率即為固有頻率，單位為。則方程（2-3）變?yōu)?/p>

（2-4）（2-5）方程（2-4）的通解為2.單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動稱為振幅，稱為初相位，二者由初始條件確定。已知系統(tǒng)的初始位移和速度分別是代入式（2-5）中得，則系統(tǒng)對初始條件的響應(yīng)為

x=x0cosωnt+x0ωnsinωnt

（2-6）2.2.2有阻尼情形2.單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動對于單自由度系統(tǒng)，考慮阻尼的影響，其自由振動的微分方程為

（2-7），代入方程（2-7）中得（2-8）（稱為臨界阻尼系數(shù)），（稱為阻尼比）。則有

（2-9）令式中，令下圖描述了有阻尼的三種情形

2.單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動2.3等效單自由度系統(tǒng)2.3.1單自由度系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)2.單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動對于圖2-4所示的扭轉(zhuǎn)振動系統(tǒng)，假定圓盤和軸都為均質(zhì)體，不考慮軸的質(zhì)量，且圓盤是剛性盤。設(shè)扭轉(zhuǎn)作用在盤面上，圓盤產(chǎn)生一個角位移，根據(jù)材料力學(xué)知：

（2-24）2.3.2單擺2.單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動圖2-5所示為單擺的振動。該系統(tǒng)中不存在彈性元件，恢復(fù)力由擺錘重力提供。以擺角為位移，不計擺線質(zhì)量，則系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程為

（2-28），則上式可以線性化為

（2-29）

（2-30）當(dāng)振動的幅度很小時，系統(tǒng)振動的固有頻率

可見在微小振幅條件下，單擺的振動周期與擺錘的質(zhì)量無關(guān)。2.3等效單自由度系統(tǒng)2.3.3簡支梁橫向振動2.單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動圖2-6所示為一均質(zhì)簡支梁的橫向振動模型，假設(shè)系統(tǒng)的質(zhì)量全部集中在梁的中部，且為取梁中部的撓度作為系統(tǒng)的位移，根據(jù)材料力學(xué)，梁的靜撓度為

（2-31）為梁截面的抗彎剛度。定義簡支梁的等效剛度為

（2-32）

（2-33）振動系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程為

2.4對數(shù)衰減率及阻尼比的測定2.單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動與固有頻率一樣，阻尼比也是表征振動系統(tǒng)特性的一個重要的參數(shù)。而且，一般來說，比較容易由實驗準(zhǔn)確地測定或辨識出，而對的測定或辨識則較為困難。利用自由振動的衰減曲線計算是一種常用的方法。由式（2-15）有2.5單自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動2.5.1簡諧激勵下的響應(yīng)2.單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動對于單自由度系統(tǒng)，設(shè)其受到簡諧激勵的作用，則系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程為

（2-41）。其中為相應(yīng)的齊次方程的通解，稱為瞬態(tài)響應(yīng)。[表達(dá)式見式（2-13）、式（2-17）、式（2-21）]，而為非齊次方程的一個特解，稱為強(qiáng)迫振動下的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。根據(jù)數(shù)學(xué)知識可知，上述非齊次方程的解為2.5.2周期激勵下的響應(yīng)2.單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動周期激勵下單自由度系統(tǒng)的響應(yīng)通常指穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，可借助于諧波分析法來進(jìn)行研究。對于單自由度系統(tǒng)，設(shè)其受到周期激勵的作用，利用諧波分析法將展開成無窮多個簡諧激勵的疊加形式，

（2-50）2.5.3任意激勵下的響應(yīng)2.單自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

在任意激勵或作用時間極短的脈沖激勵下，單自由度系統(tǒng)的響應(yīng)通常沒有穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，只有瞬態(tài)響應(yīng)。這種情況下的系統(tǒng)響應(yīng)可借助于脈沖響應(yīng)來分析，也可采用拉普拉斯變換法進(jìn)行求解。對于單自由度系統(tǒng)，設(shè)其所受到任意激勵的作用，則系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程為

（2-55）則對方程（2-55）兩邊分別取拉普拉斯變換得

（2-56）

（2-57）設(shè)系統(tǒng)的初始位移和速度分別為：《機(jī)械動力學(xué)》

第3章多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動第3章目錄3.1兩自由度系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程3.2兩自由度系統(tǒng)的模態(tài)3.3兩自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動3.4多自由度系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程、模態(tài)和強(qiáng)迫振動3.1兩自由度系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

下圖是一個典型的兩自由度振動系統(tǒng)的力學(xué)模型

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

（3-2）3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動3.2兩自由度系統(tǒng)的模態(tài)

當(dāng)不考慮兩自由度系統(tǒng)的阻尼和激勵力時，得到圖示的兩自由度無阻尼自由振動系統(tǒng)。3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動3.2.1主振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動3.2.2固有頻率和主振型（模態(tài)）

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動3.2.3系統(tǒng)的通解

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動3.3兩自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動3.4多自由度系統(tǒng)的運(yùn)動微分方程、模態(tài)和強(qiáng)迫振動3.4.1運(yùn)動微分方程圖示為一個n自由度的振動系統(tǒng)，坐標(biāo)原點取在系統(tǒng)靜平衡位置的各質(zhì)量的質(zhì)心上。

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動3.4.2模態(tài)

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

1）模態(tài)向量的正交性3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

2）模態(tài)質(zhì)量與模態(tài)剛度3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3）模態(tài)向量的正則化3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

4）模態(tài)矩陣

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動3.4.3強(qiáng)迫振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

（a）一階主振型圖（b）二階主振型圖3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動

3多自由度機(jī)械系統(tǒng)的振動《機(jī)械動力學(xué)》

第4章機(jī)械振動控制及其應(yīng)用第4章目錄4.1抑制振源4.2隔振技術(shù)4.3減振技術(shù)4.4振動主動控制4.1抑制振源4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用

激發(fā)振動的力源和運(yùn)動源稱為振源，抑制振源是消除或減小振動的最為積極有效的措施。

（1）旋轉(zhuǎn)質(zhì)量不平衡

當(dāng)轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)的部件）的質(zhì)量中心與其回轉(zhuǎn)軸線不重合時，將會產(chǎn)生慣性離心力，構(gòu)成諧波激振。

（2）往復(fù)機(jī)械的往復(fù)質(zhì)量不平衡

如內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、曲柄機(jī)構(gòu)。

（3）傳動系統(tǒng)缺陷或誤差

如齒輪蝸輪蝸桿因制造不良或安裝不好會產(chǎn)生周期性的激振力；鏈輪、聯(lián)軸節(jié)、間歇機(jī)構(gòu)、皮帶接縫本身就包含傳動的不均勻性，會引起周期性的沖擊；油泵造成的液體脈動、電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動也可能產(chǎn)生周期性的激勵。

（4）工作載荷的波動

如沖床、鍛錘等機(jī)器工作載荷的波動會引起各種類型的激振力；金屬切削的切削力的變化會形成連續(xù)或階躍激勵；破碎機(jī)等設(shè)備的載荷波動會產(chǎn)生隨機(jī)激勵。

（5）外界環(huán)境的激勵

如路面不平對汽車的懸掛激勵，海浪對船體的激勵，風(fēng)力對大型建筑或野外高大機(jī)械設(shè)備的激勵，地面?zhèn)髦翙C(jī)械設(shè)備的振動激勵。4.2隔振技術(shù)

隔振就是在振源與需要防振的機(jī)器或儀器之間，安放一組或幾組具有彈性性能的隔振裝置，使振源與地基之間或設(shè)備與地基之間的剛性連接轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥赃B接，以隔絕或減弱振動能量的傳遞。根據(jù)隔振目的的不同，一般分為兩種不同性質(zhì)的隔振，即積極隔振和消極隔振。4.2.1基本原理1）積極隔振

對于本身是振源的設(shè)備，為了降低它對周圍其他設(shè)備的影響，將它與支承隔離開，減小它傳給支承的力，并使設(shè)備本身的振動減小，這稱為積極隔振。4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用

例如，在精密機(jī)床中，電機(jī)常常是一個重要的振源，若將它直接安裝在機(jī)器上，電機(jī)的振動和激振力將全部傳給機(jī)床。若在電機(jī)和機(jī)床之間加入由彈簧和阻尼器組成的隔振器，則電機(jī)的激振力將在通過隔振器之后才傳到機(jī)床上。若傳到機(jī)床上的力小于激振力，則隔振器起到了隔振作用。此例中，電機(jī)和隔振器相比，可認(rèn)為電機(jī)是沒有彈性只有質(zhì)量的剛體，其質(zhì)量為m，而認(rèn)為隔振器只有彈性和阻尼而質(zhì)量可忽略不計，其剛度和粘性阻尼系數(shù)分別為k和c。考慮單方向振動的情況，電機(jī)和隔振器可簡化為一個單自由度隔振系統(tǒng)，其動力學(xué)模型如下圖所示。單自由度積極隔振系統(tǒng)4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用2）消極隔振

對于需要隔振的設(shè)備，為了降低周圍振源對它的影響，將它與支承隔離開來，減小支承傳遞給它的力，使設(shè)備的振動小于支承的振動，這稱為消極隔振。

在機(jī)床中消極隔振的典型例子是對精密機(jī)床本身或?qū)Π惭b在機(jī)床上的精密儀表采取的。若將精密機(jī)床直接安裝在地基上，則地基的振動將全部直接傳給機(jī)床。如果傳到機(jī)床的振動小于地基的振動，隔振器就起到了隔振作用。

對于只考慮單方面振動的情況，機(jī)床和隔振器可簡化為圖示的單自由度隔振系統(tǒng)。單自由度消極隔振系統(tǒng)4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用

4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用

隔振系統(tǒng)的隔振特性可由隔振系數(shù)隨各系統(tǒng)參數(shù)的變化規(guī)律看出。為此，以頻率比λ為橫坐標(biāo)，隔振系數(shù)η為縱坐標(biāo)，阻尼比ξ為參變量，作成下圖。4.2.2隔振特性隔振系數(shù)與頻率比的關(guān)系4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用

4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用

4.2.3隔振裝置設(shè)計的一般步驟4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用

凡是能支承運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備動力負(fù)載，又有良好彈性恢復(fù)性能的材料或裝置，均可作為隔振材料或隔振元件。目前以金屬彈簧和剪切橡膠的應(yīng)用最為廣泛，而空氣彈簧的隔振效果最好。板條式鋼板用于交通工具，其承載力大、穩(wěn)定，但阻尼??；橡膠軟木有足夠大的阻尼，但不穩(wěn)定且承載力小。兩種材料科組合起來形成鋼彈簧—橡膠隔振裝置。4.2.4隔振材料4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用

4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用4.3減振技術(shù)

通過在振動物體上附加特殊裝置或材料，使其在與振動體互相作用過程中吸收或消耗振動能量，從而降低振動體的振動強(qiáng)度，這稱為減振技術(shù)。目前，減振技術(shù)分為主動減振和被動減振兩大分支。主動減振又稱為有源減振，這種減振技術(shù)需要依靠附加的能源提供能量來支持減振裝置工作。

被動減振又稱為無源減振，它不需要在系統(tǒng)之外加能源裝置提供能量支持減振裝置工作。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、易于實現(xiàn)，缺點是環(huán)境適應(yīng)能力差，特別是對低頻、超低頻及寬頻帶隨機(jī)振動控制的效果差。

目前被動減振技術(shù)大體上被分為四類：①利用裝置中輔助質(zhì)量的動力作用，消耗振動能量的動力減振技術(shù)。②利用裝置中相對運(yùn)動元件之間的摩擦作用，消耗振動能量的摩擦減振技術(shù)。③利用裝置中活動質(zhì)量反復(fù)沖擊振動體，消耗振動能量的沖擊減振技術(shù)。④利用減振裝置的粘性阻尼特性，消耗振動能量的阻尼減振技術(shù)。

與減振技術(shù)對應(yīng)的具體減振裝置稱為減振器（或稱消振器、吸振器等）。4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用1）動力減振技術(shù)

當(dāng)機(jī)器設(shè)備因某一確定性干擾頻率激勵而產(chǎn)生振動響應(yīng)時，可通過在該設(shè)備上附加一個輔助質(zhì)量，用彈性元件和阻尼元件使之與主質(zhì)量連接。當(dāng)主系統(tǒng)振動時，這個輔助質(zhì)量也隨之振動。利用輔助質(zhì)量的動力作用使其加在主系統(tǒng)上的動力（或力矩）與激振力（或力矩）互相抵消，使主系統(tǒng)的振動得到抑制。這個附加系統(tǒng)就稱為動力減振器。

如果輔助質(zhì)量與主質(zhì)量之間僅用彈性元件連接，稱其為無阻尼動力減振器；如果兩質(zhì)量之間既有彈性元件又有阻尼元件則稱其為阻尼動力減振器；如果兩質(zhì)量之間只有阻尼元件，通常稱其為摩擦動力減振器。4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用

4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用

4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用

4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用2）摩擦減振技術(shù)

摩擦減振技術(shù)主要利用主質(zhì)量與輔助質(zhì)量之間相對運(yùn)動時產(chǎn)生的摩擦阻尼力實現(xiàn)減振，二者之間的彈性特性忽略不計。摩擦減振器可以看做是一種沒有彈性元件的動力減振器。根據(jù)摩擦阻尼的介質(zhì)不同，摩擦減振器可分為兩類：液體摩擦減振器

這類摩擦減振器的輔助質(zhì)量放置于粘度較大的硅油中②固體摩擦減振器

這類摩擦減振器輔、主質(zhì)量結(jié)合面間相對運(yùn)動產(chǎn)生的干摩擦是非線性阻尼。4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用3）沖擊減振技術(shù)

利用兩物體互相碰撞后動能損失的原理，在振動體上安裝一個起沖擊作用的沖擊塊，當(dāng)系統(tǒng)振動時，沖擊塊將反復(fù)地沖擊振動體，消耗能量，達(dá)到減振的目的。下圖為沖擊減振器的動力學(xué)模型。沖擊減振器

沖擊減振器具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小等優(yōu)點，目前已在很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。其中最典型的是用在鏜削加工中，鏜桿和鏜刀安裝沖擊減振器后，可顯著降低鏜削加工中的沖擊激勵，提高鏜削精度和鏜桿、鏜刀的壽命。4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用鏜桿和鏜刀安裝減振器后的結(jié)構(gòu)如圖所示。（a）鏜桿（b）鏜刀4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用4）阻尼減振技術(shù)（1）阻尼的定義和作用

阻尼是指系統(tǒng)損耗能量的能力。從減振的角度來看，也就是將機(jī)械振動能量轉(zhuǎn)變成熱能或其他形式的能量耗散掉，從而達(dá)到減振的目的。

從具體應(yīng)用研究來看，阻尼有以下減振作用：①阻尼有助于降低機(jī)械結(jié)構(gòu)的共振振幅，從而避免結(jié)構(gòu)因動應(yīng)力達(dá)到極限所造成的破壞②阻尼有助于機(jī)械系統(tǒng)在受到瞬態(tài)沖擊后，很快恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)。③阻尼可以提高各類機(jī)器和儀器的加工精度、測量精度和工作精度。④阻尼有助于降低結(jié)構(gòu)傳遞振動的能力。4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用

(a)自由阻尼結(jié)構(gòu)

（b）約束阻尼結(jié)構(gòu)

附加阻尼結(jié)構(gòu)示意圖4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用4.4振動主動控制

主動控制是指在振動控制過程中，根據(jù)所檢測的振動信號，應(yīng)用一定的控制策略，經(jīng)過實時計算，進(jìn)而驅(qū)動作動器對控制目標(biāo)施加一定的影響，達(dá)到抑制或消除振動的目的。其控制效果好，適應(yīng)性強(qiáng)。半主動控制被視為可控的被動控制，其具有主動控制的控制范圍寬、適應(yīng)性強(qiáng)的特點，又具有被動控制的可靠性，因此在振動控制中同樣獲得了廣泛應(yīng)用。4.4.1應(yīng)用與研究現(xiàn)狀4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用

振動主動控制系統(tǒng)主要由傳感單元、作動單元和控制單元三大基本部分組成，其控制原理如圖5-8所示。傳感器A拾得機(jī)體或同時拾得基礎(chǔ)的振動信號，經(jīng)控制器處理后，驅(qū)動作動器動作以減小機(jī)體的振動。采用不同的傳感檢測技術(shù)、作動執(zhí)行技術(shù)和控制系統(tǒng)就可構(gòu)成不同類型的主動減振系統(tǒng)。傳感器、作動器和控制器是振動主動控制的三項關(guān)鍵技術(shù)。4.4.2系統(tǒng)及控制原理

4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用1）傳感器

傳感器是振動主動控制的眼睛，如果傳感器不能精確地測得系統(tǒng)的振動量，則不可能取得很好的減振效果。常用的傳感器一般有加速度傳感器，速度傳感器和位移傳感器。加速度傳感器以壓電加速度傳感器的應(yīng)用最為廣泛，其固有頻率一般在30kHz左右，使用頻率下限約為10kHz左右。位移傳感器常用于低頻（0~10Hz）和微幅振動的測量。研制價格合適、精度較高的傳感器是提高主動減振效果的關(guān)鍵之一。2）作動器

作動器也稱執(zhí)行器，是實施振動主動控制的關(guān)鍵部件之一。其作用是按照確定的控制規(guī)律對受控對象施加控制力。表5-1是目前應(yīng)用于振動主動控制領(lǐng)域的作動器一覽表。4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用序號類型名稱工作機(jī)理主要性能主要應(yīng)用場合1壓電陶瓷（PZT）壓電效應(yīng)響應(yīng)快，位移、力較小柔性板、殼智能結(jié)構(gòu)2壓電薄膜（PVDF）壓電效應(yīng)響應(yīng)快，位移、力小柔性板、殼智能結(jié)構(gòu)3電致伸縮陶瓷（ES）電致效應(yīng)響應(yīng)快，位移小，力較大柔性智能桁架4形狀記憶合金（SMA）金屬相變響應(yīng)慢，位移、力較大柔性智能結(jié)構(gòu)5磁致伸縮合金（MS）磁致效應(yīng)響應(yīng)快，位移、力大柔性智能桁架6電流變流體（ERF）流體相變響應(yīng)快，力較大主動阻尼7液體作動液壓傳動響應(yīng)中等，位移、力很大大型土木結(jié)構(gòu)8氣體作動氣壓傳動響應(yīng)中等，位移大、力較大車輛減振9電氣作動電氣傳動響應(yīng)快，位移、力較大通用性表4-1作動器一覽表4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用3）控制器

振動主動控制主要應(yīng)用主動閉環(huán)控制，其基本思想是通過適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)狀態(tài)或輸出反饋，產(chǎn)生一定的控制作用來主動改變被控制結(jié)構(gòu)的閉環(huán)零、極點配置或結(jié)構(gòu)參數(shù)。從而使系統(tǒng)滿足預(yù)定的動態(tài)特性要求。采用不同的控制技術(shù)與控制算法來設(shè)計控制器，在一定程度上決定了在不同的環(huán)境條件以及精度要求下所達(dá)到的對控制對象的控制效果。振動主動控制器控制規(guī)律的設(shè)計幾乎涉及控制理論的所有分支，如極點配置、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、魯棒控制、智能控制以及遺傳算法等。4機(jī)械振動控制及其應(yīng)用《機(jī)械動力學(xué)》

第5章機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析第5章目錄5.1

AMESIM簡介5.2振動壓路機(jī)液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析5.3汽車起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析5.4小型液壓挖掘機(jī)動臂（下降）的液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

5.5組合機(jī)床動力滑臺液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析5.1AMESIM簡介機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析AMESim最早由法國Imagine公司于1995年推出，2007年被比利時LMS公司收購。AMESim即“多學(xué)科領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)建模與仿真平臺”，用戶可以在該單一平臺上建立復(fù)雜的、多學(xué)科領(lǐng)域的系統(tǒng)模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真計算和深入分析，也可以在這個平臺上研究任何元件或系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能，例如在燃油噴射、制動系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)中的應(yīng)用。AMESim現(xiàn)有的應(yīng)用庫有：機(jī)械庫、信號控制庫、液壓庫（包括管道模型）、液壓元件設(shè)計庫（HCD）、動力傳動庫、液阻庫、注油庫（如潤滑系統(tǒng)）、氣動庫（包括管道模型）、電磁庫、電動機(jī)及驅(qū)動庫、冷卻系統(tǒng)庫、熱庫、熱液壓庫（包括管道模型）、熱氣動庫、熱液壓元件設(shè)計庫（THCD）、二相庫、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)庫。作為設(shè)計過程中的一個主要工具，AMESim還具有與其他軟件包豐富的接口，例如Simulink、Adams、Simpack、Flux2D、RTLab、ETAS、dSPACE、iSIGHT等。5.1.1應(yīng)用庫介紹和特點AMESIM中的常用庫:標(biāo)準(zhǔn)液壓庫(Hydraulic)液壓元件設(shè)計庫(HydraulicComponetDesign機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析AMESIM中的常用庫:信號庫(Signal,Control)機(jī)械庫(Mechanical)AMESim擁有一套標(biāo)準(zhǔn)且優(yōu)化的應(yīng)用庫，擁有4500個多領(lǐng)域的模型。這些庫中包含了來自不同物領(lǐng)域預(yù)先定義好并經(jīng)試驗驗證的部件。庫中的模型和子模型是基于物理現(xiàn)象的數(shù)學(xué)解析表達(dá)式，可以通過AMESim求解器來計算。不同應(yīng)用庫的完全兼容省去了大量額外的編程。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析AMESIM具有如下特點:多學(xué)科的建模平臺：涵蓋了機(jī)械、液壓、控制、液壓管路、液壓元件設(shè)計、液壓阻力、氣動、熱流體、冷卻、動力傳動等領(lǐng)域，2.建模簡單：建模的語言是工程技術(shù)語言，仿真模型的建立、擴(kuò)充或改變都是通過圖形界面來進(jìn)行的。3.簡化復(fù)雜的模型4.圖形分析工具：AMESim提供批運(yùn)行設(shè)置，所謂批運(yùn)行是用多組不同參數(shù)啟動的一系列仿真。5.與其他軟件接口：通過與MATLAB/Simulink的聯(lián)合仿真，使仿真工作范圍更加寬廣，仿真更加方便。6.探究及優(yōu)化功能AMESim的設(shè)計探究模塊提供了一系列的技術(shù)，利用這些技術(shù)可以探索設(shè)計空間。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析AMESIM仿真過程1.草圖模式(Sketehmode)在草圖模式下，對仿真對象的組成及構(gòu)造進(jìn)行研究，搭建模型。在液壓元件仿真中比較多用的元件庫是機(jī)械庫、信號庫、液壓庫及液壓元件庫。2.子模型模式(Submodelsmode)在子模型模式下，系統(tǒng)自動初步判斷系統(tǒng)連接是否符合剛體特性。3.參數(shù)模式(Parametersmode)在參數(shù)模式下雙擊想要改變參數(shù)的元件圖標(biāo)，進(jìn)入該元件的參數(shù)對話框。雙擊需要改變的參數(shù)，輸入?yún)?shù)值。同時AMESim提供公式編輯功能。4.運(yùn)行模式(Runmode)點擊運(yùn)行模式出現(xiàn)時域分析模式及線性分析模式選項。在線性分析模式下可以作出系統(tǒng)某個對象的波特圖、乃奎斯特曲線及尼古拉斯曲線。時域模式下對系統(tǒng)進(jìn)行仿真運(yùn)行。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析5.1.2軟件功能模塊5.2振動壓路機(jī)液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析5.2.1振動輪結(jié)構(gòu)及工作原理

振動輪是壓路機(jī)的工作裝置，用來執(zhí)行壓路作業(yè)；壓路機(jī)振動輪由振動輪體、激振機(jī)構(gòu)、行走軸承總成、振動軸承、減振系統(tǒng)等組成。其三維結(jié)構(gòu)如圖所示。

振動系統(tǒng)工作時，是通過液壓泵把液壓油箱的液壓油輸入到液壓馬達(dá)，馬達(dá)通過聯(lián)軸器帶動中間軸激振機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，偏心組件的偏心質(zhì)量在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生激振力。

液壓馬達(dá)有正反兩個旋向，使活動偏心塊與固定偏心塊相位角變化，形成離心力的疊加或疊減，從而產(chǎn)生大小兩種激振力和振幅。改變振動泵的排量可以實現(xiàn)兩種不同的振動頻率。

目前振動輪有多種結(jié)構(gòu)，市場上振動壓路機(jī)的激振機(jī)構(gòu)多為左、右激振機(jī)構(gòu)通過中間花鍵軸聯(lián)接組成。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析SR12壓路機(jī)的振動液壓系統(tǒng)如圖6-8所示。

振動壓路機(jī)振動液壓系統(tǒng)路線：發(fā)動機(jī)→振動泵→振動閥→振動馬達(dá)→振動輪。

在系統(tǒng)中，先導(dǎo)溢流閥為系統(tǒng)提供保護(hù)功能，限制系統(tǒng)的最高壓力，振動閥為系統(tǒng)提供換向功能，使振動馬達(dá)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，從而使振動輪產(chǎn)生不同的振幅。緩沖補(bǔ)油閥對系統(tǒng)中的液壓元件提供保護(hù)功能，當(dāng)振動馬達(dá)突然停止工作或換向時，馬達(dá)的進(jìn)油腔將形成高壓，而排油腔將形成低壓甚至形成一定的真空度，這時緩沖補(bǔ)油閥可同時對高壓腔進(jìn)行緩沖降低壓力，對低壓腔進(jìn)行補(bǔ)油防止產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。1-雙聯(lián)泵2-過濾器3-油冷器4-油箱5-振動馬達(dá)6-振動補(bǔ)油閥7-振動閥8-先導(dǎo)溢流閥機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析5.2.2基于AMESIM的液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析1）系統(tǒng)模型的建立

在AMESIM環(huán)境下，利用Sketch模式并調(diào)用系統(tǒng)提供的液壓庫、機(jī)械庫和信號庫建立如圖所示的液壓系統(tǒng)仿真建模圖。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

(1)發(fā)動機(jī)部分;發(fā)動機(jī)部分：FXA01是一個循環(huán)子模型，它是根據(jù)ASCII數(shù)據(jù)文件中定義的規(guī)則，定義輸出輸人的函數(shù)值。(2)液壓泵部分：PU001是一個理想的定量泵模型，其機(jī)械效率可認(rèn)為是定值，設(shè)定液壓泵的排量為65mL/r。(3)限壓溢流部分：RVO01是一個簡單的溢流閥模型，沒有考慮動力學(xué)因素。打開時，溢流閥的流量壓力特性是線性的，系統(tǒng)的最高壓力設(shè)定為1000bar，TK000是一個液壓油箱模型,FP04是液壓油模型，它考慮了液壓油的黏性。CV000是一個理想的單向閥模型沒有考慮動力學(xué)模型，當(dāng)它打開時，單向閥的流量壓力特性是線性的。(4)液壓閥部分：HSV34-12是一個三位四通先導(dǎo)閥，它的開閉由階段信號UD00來控制，主閥是由液壓元件設(shè)計庫(HCD)組建成的。(5)液壓馬達(dá)部分：M0001是一個理想的雙向定量馬達(dá)模型，設(shè)定液壓馬達(dá)的排量為100mL/r，流速由軸轉(zhuǎn)速，沖擊損失、馬達(dá)排量和進(jìn)口壓力共同決定。(6)振動輪部分：RL01是一個簡單的旋轉(zhuǎn)負(fù)載動力學(xué)模型，RN000是一個理想的齒輪減速器模型，它沒有考慮機(jī)械效率，MECFR1R0A是一個旋轉(zhuǎn)負(fù)載產(chǎn)生器，摩擦力僅為庫倫摩擦力。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析2）動力學(xué)仿真分析

系統(tǒng)仿真時間為60s，設(shè)定振動閥在5s時開啟，為了能顯示出先導(dǎo)溢流閥和緩沖閥在系統(tǒng)換向時的工作狀態(tài)，設(shè)定30s時換向，此時閥芯的位移曲線如圖所示。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

振動壓路機(jī)整個起振過程特點：①整個起振過程中，負(fù)載扭矩是動態(tài)變化的；②起振初始時，驅(qū)動扭矩主要由振動軸和偏心塊作加速運(yùn)動的慣性力矩，以及偏心塊的重力矩決定；起振過程中期，慣性力矩、偏心塊的重力矩和偏心塊隨振動輪的振動力矩決定了所需的驅(qū)動力矩，起振終了時，所需驅(qū)動扭矩由偏心塊的振動力矩和重力矩確定，負(fù)載扭矩趨于穩(wěn)定。③起振高壓峰值出現(xiàn)在起振初始時，因為此時偏心塊的角加速度最大，馬達(dá)驅(qū)動扭矩也最大。根據(jù)以上三個過程對振動輪的負(fù)載進(jìn)行加載，加載信號如圖所示機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析繪出馬達(dá)轉(zhuǎn)矩隨負(fù)載扭矩的變化的曲線，如圖所示。

從曲線圖中看出，工況變化時，系統(tǒng)的沖擊較大，并且出現(xiàn)較大波動。振動壓路機(jī)的起振過程屬于有載起動，在這個過程中管道液體流動受阻，振動液壓系統(tǒng)將產(chǎn)生沖擊。

振動馬達(dá)因負(fù)荷作用對液壓油的流動產(chǎn)生阻力，其流速下降。根據(jù)流體動力學(xué)的理論可知，流速下降的越大則系統(tǒng)壓力升高的越大。流體的總能轉(zhuǎn)化為壓力能，產(chǎn)生急劇的壓力變化，出現(xiàn)瞬時高壓而形成液壓沖擊。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析振動馬達(dá)的壓力曲線和流量曲線分別如圖(a)和圖（b）所示。

從曲線中可以看出在振動輪起振時馬達(dá)端口出現(xiàn)壓力峰值，在29s時振動換向閥開始換向，到31s時換向結(jié)束。(a)(b)機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

先導(dǎo)溢流閥的工作曲線如圖(a)所示。振動液壓系統(tǒng)緩沖補(bǔ)油閥工作(溢流)曲線如圖(b)所示

當(dāng)振動壓路機(jī)起振和換向時出現(xiàn)壓力峰值，此時先導(dǎo)溢流閥打開，開始溢流，但先導(dǎo)溢流閥在工作時壓力的變化需要一定的時間，因此先導(dǎo)溢流閥反應(yīng)滯后，使系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力峰值對馬達(dá)產(chǎn)生很大的危害。

從緩沖補(bǔ)油閥曲線圖中可看出，在振動壓路機(jī)的起振和換向時緩沖補(bǔ)油閥起到溢流緩沖的作用，在換向和制動停振時起到補(bǔ)油的作用。(a)(b)機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

振動液壓系統(tǒng)緩沖補(bǔ)油閥工作（補(bǔ)油）曲線如圖

(a)所示。振動馬達(dá)轉(zhuǎn)速曲線如圖(b)所示

從緩沖補(bǔ)油閥曲線圖中可看出，在振動壓路機(jī)的起振和換向時緩沖補(bǔ)油閥起到溢流緩沖的作用，在換向和制動停振時起到補(bǔ)油的作用。(a)(b)機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析5.3汽車起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析5.3.1汽車起重機(jī)的結(jié)構(gòu)

如圖所示，汽車起重機(jī)主要包括起升系統(tǒng)、伸縮系統(tǒng)、變幅系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、支腿系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)等,通常具備兩個操縱室,在起重作業(yè)時有時為了保證受力穩(wěn)定可以伸出支腿保持車體平衡。1卷揚(yáng)系統(tǒng)2伸縮系統(tǒng)3變幅系統(tǒng)4回轉(zhuǎn)系統(tǒng)5支腿系統(tǒng)6底盤系統(tǒng)機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析5.3.2起升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)

起升機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)通常由液壓泵、液壓馬達(dá)、平衡閥、制動器、離合器和相關(guān)輔件等組成。系統(tǒng)的回油路設(shè)置有平衡閥，當(dāng)起升馬達(dá)承受負(fù)值負(fù)載時，用以防止重物自由下落。起升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)如圖所示。1.變量泵2.馬達(dá)3.換向閥4.平衡閥5，10.溢流閥6.變速箱7.卷筒8.制動器9.單向節(jié)流閥11.補(bǔ)油泵（定量泵）機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析5.3.3基于AMESIM的起升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

1）系統(tǒng)模型的建立

為了使問題簡單化，又不使問題失真，在建立液壓系統(tǒng)的模型，做如下假設(shè)：（1）油液的密度、粘度、彈性模量、阻尼孔的特征系數(shù)不隨著壓力和流量的變化而變化。（2）管路接頭，以及各元件和管路連接處泄露流量不計。（3）忽略起升機(jī)構(gòu)中的傳動軸、鋼絲繩等彈性元件的彈性影響。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

平衡閥用于液壓執(zhí)行元件承受物體重力的液壓系統(tǒng)。在物體下滑時，重力形成動力性負(fù)載，反驅(qū)動液壓執(zhí)行元件按重力方向或重力所形成的力矩方向運(yùn)動，平衡閥在執(zhí)行元件的排油腔產(chǎn)生足夠的背壓，行程制動力或制動力矩，使執(zhí)行元件作勻速運(yùn)動，以防止負(fù)載加速墜下。平衡閥HCD模型如圖所示。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析汽車起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的仿真模型如圖所示機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

2）仿真參數(shù)設(shè)置主要元件的仿真參數(shù)如下圖所示：泵的參數(shù)設(shè)置馬達(dá)的參數(shù)設(shè)置機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析主要元件的仿真參數(shù)如下圖所示：起升負(fù)載的參數(shù)設(shè)置制動器液壓缸的參數(shù)設(shè)置機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

3）動力學(xué)仿真分析起升馬達(dá)壓力和流量仿真曲線分別如圖(a)和圖（b）所示。（a）（b）機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

借助起升機(jī)構(gòu)液壓回路的仿真模型，可以獲得起升馬達(dá)進(jìn)、出口壓力曲線和轉(zhuǎn)速曲線，將這些曲線分為靜止到起升、穩(wěn)定起升到制動、制動到下降3個階段，每階段持續(xù)時間為10s，分別進(jìn)行分析。仿真工況為汽車起重機(jī)以基本臂起吊10t負(fù)載，在空中懸停動，之后下降。

（1）靜止到起升

在重物開始離地起升時，泵的壓力和馬達(dá)進(jìn)口壓力迅速升高并且泵的壓力超過溢流閥的調(diào)定壓力，泵開始溢流，壓力維持在18MPa，如圖所示。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

（2）穩(wěn)定起升到制動

如圖所示可以看出，10s前為重物穩(wěn)定提升，在10s至20s為制動狀態(tài)。制動到13s時使得馬達(dá)完全停止轉(zhuǎn)動，13s至20s保持完全制動狀態(tài)。制動過程中，馬達(dá)一方面要克服負(fù)載的轉(zhuǎn)矩，另一方面還要克服制動阻力矩，這使得馬達(dá)進(jìn)出口的壓力差很大，從而使得泵的出口壓力很大。所以，在整個制動過程中，泵都處于溢流狀態(tài)。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

（3）制動到下降如圖所示：20s至30s為下降過程，此過程平衡閥起作用。油液經(jīng)過平衡閥的壓力降一般為2至5MPa。本次仿真中，該壓力差為3MPa。在下降過程中，泵的壓力下降。馬達(dá)交換進(jìn)、出口壓力變化如圖6-31所示。當(dāng)控制元件承受負(fù)值負(fù)載時，在其回油路上設(shè)置平衡閥是十分重要的。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

4）起升特性影響因素分析

（1）制動時間對系統(tǒng)的影響當(dāng)馬達(dá)的制動時間為5s時，其進(jìn)口壓力波動較??；當(dāng)馬達(dá)的制動時間為3s時，其進(jìn)口壓力波動較大；由此可以得出：制動時間越短，馬達(dá)進(jìn)口壓力波動越大，系統(tǒng)的沖擊越大；反之則相反，如圖所示。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

（2）換向閥開度對系統(tǒng)的影響如圖所示：曲線1至曲線4所對應(yīng)的泵出口壓力逐漸減小，曲線1、2、4的壓力波動也逐漸減小，趨勢一致。唯獨(dú)曲線3的壓力波動較小、但持續(xù)時間較長，這是因為在此閥口開度下，泵提供給馬達(dá)的壓力與提升重物所需的壓力相差不多，接近馬達(dá)起升重物的臨界狀態(tài)，造成對系統(tǒng)的長時間沖擊。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

（3）溢流閥調(diào)定壓力對系統(tǒng)的影響重物起升的瞬間能夠?qū)σ簤合到y(tǒng)產(chǎn)生很大的沖擊，大大降低液壓元件的壽命。如圖6-34所示的三個曲線：當(dāng)溢流閥的調(diào)定壓力為18MPa時，泵出口液壓波動最小，當(dāng)溢流閥的調(diào)定壓力為30MPa時，泵出口壓力波動最大，對系統(tǒng)的沖擊最大。所以溢流閥不同的調(diào)定壓力對系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響不同。機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析5.4小型液壓挖掘機(jī)動臂(下降)的液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析5.4.1液壓挖掘機(jī)的結(jié)構(gòu)1.液壓泵2.行走馬達(dá)3.支重輪4.引導(dǎo)輪5.電池6.履帶板7.大臂油缸8.小臂9.鏟斗.10.鏟斗油缸11.小臂油缸12.大臂13空濾14.水箱15.發(fā)動機(jī)機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析5.4.2挖掘機(jī)動臂液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析

本節(jié)以山河智能機(jī)械公司SWE16型挖掘機(jī)的閥控動臂液壓系統(tǒng)為研究對象，其液壓回路圖如圖所示。1.變量泵2.主溢流閥3.液壓先導(dǎo)三位六通換向閥 4.單向閥5、6.二次溢流閥7.動臂液壓缸Pa、Pb換向閥的先導(dǎo)控制油壓機(jī)械液壓系統(tǒng)動力學(xué)分析1）系統(tǒng)模型的建立

整個液壓系統(tǒng)主要由泵、多路閥、液壓缸和負(fù)載組成。下面將分別對其中三種主要元件進(jìn)行分析，并確定參數(shù)建立相應(yīng)的仿真模型。

（1）液壓泵AMESIM軟件中關(guān)于泵的模型有幾種，如單向定量泵、雙向定量泵、單向變量泵、雙向變量泵、壓力調(diào)節(jié)泵。本節(jié)研究的液壓系統(tǒng)所用液壓泵采用的是一種近似恒功率泵。故選用壓力調(diào)節(jié)泵作為仿真泵的模型。

泵與發(fā)動機(jī)是相連的