大连理工大学课件-机械系统动力学-机械系统的动力学分析与设计.

1、机械系统的动力学分析与设计机械系统的动力学分析与设计OAUM iwwurv 9研究对象:由原动机、传动机构、执行机构组成的机械系统主要内容：研究机械真实运动规律一建立机械系统的势效动力学模显机械运转速度波动的调节周期性速度注动调节原理及方法非周期性速度波动调节原理及方法机械系统的动力学分析与设计作用在机械系统上的力原动机传动机构执行机构机械系统的动力学分析与设计 © 亠y驱动力:原动机:电动机.液压马达 气压泵、内燃机机械特性;原动机输出的驱动力与某些运动参数的函数关系 电动机的驱动力矩为电机转速的函数.内燃机的驱动力矩为输出曲柄的位置函數机械系统的动力学分析与设计工作阻力:工作阻力

2、的变化规律主要取决于工作机的类型及工艺特点例如：往灵式压缩机.曲柄压力机的工作阻力为原动件的位置函数.超重机、车床工作阻力为常值机械运转过程机械运转的三阶段阶段 名称外力特征运动特征功、能 转换特征启用速度3由*：迄潮上 升至ft定H转时的半-A0Z 一W ao动E =»M * *八.AE > 0稳定 运转用追度3在裏一平均在每个运动周期T内叫A 0 E > ()值3上、下作周期 悝滾动.在待殊条件Wd- (Wf "f > A E0 但虐任一叶间何隔內 .LUT 3常值.執l“mf AE*0停叫i角谜力13由3址删Wd-Ot Wr-0机械的刺余动佩連潮消耗

3、干損耗车此=07r *r AB WT机械运转过程机械系统等效动力学模型求解机械真实运动?直流伺服电机驱动的机廉工作台机构简图机械系统等效动力学模型oimm urctirv ov求解机械真实运动h机械运动方程式机械系统等效动力学模型机械系统等效动力学模型基本原理一动能定理dW=(IE<1*作用于机械上的驱动力和工作阻力 所作元功之代敷和dK 机械申&运动构件动能和的微分.机械系统的动力学分析与设计oimm urctirv ov机械系统等效动力学模型机械系统等效动力学模型机械运动方程式基本原理_动能定理dV=clE求解机械真实运动dWsMjWt-F.vdtdE = d（JW；/2 +

4、 J, ； /2 +J、j / 2 + mv：/2）问题提出：机械系统：多构件.作用力不斷变化.系统各构件虞量.转动慣量彫响运动复杂！动力学研究困难！如何确定系统的真实运动？e«t*.I (I-建立系统的等效动力学模型机械系统等效动力学模型等效动力学模型:以亲一樹件的运动与受力 辛就机械豪统的运动与受力等效原则;动能相等 功率相等I4U求解机械系统运动规律单自由度机械系统给屯某一构件的运动规律，其它各构件的运动可求得.CMUM iwtirv »TCgom，机械系统等效动力学模型等效构件为转动构件等效转动惯量和等效力矩Medq>=d( J*©/)机械系统等效动

5、力学模型DauM iwtirv »TCgom，等效转动惯量華敢原则：动能相等 功車相等E = Jew? / 2 = J,w J/2 + J2w / 2 + J,v： / 2 + m 八*/2J. =4 J.914E 丿 VWJ1*1 丿机械系统等效动力学模型oauM imurv v41"4»机械系统等效动力学模型oauM imurv v等效转动惯量一般表达式41"4»机械系统等效动力学模型oauM imurv v等效原则：动能相等 功率相竽41"4»机械系统等效动力学模型oauM imurv v41"4»

6、机械系统等效动力学模型oauM imurv v机械系统等效动力学模型41"4»机械系统等效动力学模型oauM imurv v41"4»机械系统等效动力学模型oauM imurv v寻效力矩等效原则：动能相等 功率相等41"4»机械系统等效动力学模型oauM imurv vMV =(M1w1 -F4v4)M严 M_F41"4»机械系统等效动力学模型机械系统等效动力学模型功率相等机械系统等效动力学模型©大止霆工犬華cauM Lwcun 9 Ttgcwe，等效特动惯童山 等效力矩、hJZ 灯珂：)7)Me(lq

7、> =(1(-Jco/机械系统等效动力学模型等效构件为移动构件-VXW7777XWZW7"Pe：等效力 me：丰效质童cmum iwctsrv e tkcmimome=SI等敕斥则：动能相爭功率相等机械系统等效动力学模型机械系统等效动力学模型机械系统等效动力学模型cmum iwctsrv e tkcmimo已 J、J、» 齿4tfip LV 驱动力矩、I- 工作阻力P4, 1眄忽略不计，求：' Alr （构件2为等效构件）机械系统等效动力学模型机械系统等效动力学模型Mrd<p2 =ti(-J22)机械系统等效动力学模型ommm iwctjrw 9 vtg

8、om，机械系统等效动力学模型ommm iwctjrw 9 vtgom，机械系统运动方程式机械系统运动方程式运动方程式能量形式AW = AE机械系统运动方程式机械系统运动方程式等效构件为转动构件M.dtp 产其中：Je(p ), Mggt)£Xdd<p-£2Mcrd(p = lje2(D/-ljrlm机械系统运动方程式机械系统运动方程式机械系统运动方程式运动方程式能量形式B等效构件为移动构件机械系统运动方程式<iv机械系统运动方程式运动方程式力矩形式等效构件为转动构件其中：.Je（p）, Me（pt co4）、1.（1甲2 =d（应）当心常皴或3=0时（机械骅时启

9、动）机械系统运动方程式运动方程式力矩形式等效构件为移动构件OacMPds=（lf |m,V当叫常数或3“时（机械昨时启动）<iv机械系统运动方程式OAUM iMtm 9 fEMOmr已知；J=0O01 IqjmS .J2=0.002kgm2； m4 =0.3, m；不计; lAB=100nwi； zO, z2=40；其余尺寸见图 腿动力拒M产3Nm»工作阻力试求：机械在图示位養启动时曲柄AB的瞬时角加速度町机械系统运动方程式OAUM iMtm 9 fEMOmr机械系统运动方程式OAUM iMtm 9 fEMOmrzm irnirv e wMcwe*机械系统运动方程式机械系统运动

10、方程式OAUM iMtm 9 fEMOmr机械系统运动方程式OAUM iMtm 9 fEMOmrcos 30机械系统运动方程式求解OIUM imttrv e tccmbojok运动方程式能童形式jMflId9-jMr,d9 = |jr2(o/-Jelco12当 <p = <Po. then 3 = 3。，J。= J(<po >机械系统运动方程式求解OIUM imttrv e tccmbojok机械系统运动方程式求解OIUM imttrv e tccmbojok£。3： +Md<icpTN" <(>*<ipo机械系统运动方程式求

11、解OIUM imttrv e tccmbojok机械系统运动方程式求解OIUM imttrv e tccmbojok3 =丹况 + J（£ M A>_ 匸叫呦）o =（0（9）机械系统动力学应用工机床伺服电机选型时“惯童匹配"问题机械系统运动方程式求解OIUM imttrv e tccmbojok机械系统运动方程式求解OIUM imttrv e tccmbojok机械系统动力学应用机床传动链惯重哝 *<!鹭j,血服电动机转r惯师 jl机床负我转动慌hi,变u机械系统动力学应用若J的变化率小，应使几所占的比例小；但J减大，总惯童J大，£一定，要求电机输出

12、转距大已知工作台质豎为500Kg,工件重豎为2300Kg,滾珠 丝杠的导程P=20mm» D0=4Omm, L=1200mm,在选择伺 服电机时，伺服电机允许的负载转动惯童必须大于折 算到电动机轴上的负载等效转动惯量，试根据条件选 择伺服电机，并求出X向加速度及动态响应时间.图1幕系列加工中心窗遺多健I孟盜uteii磁幽讪的 mvwiyiui dUMTwwnAx机械系统动力学应用解：（1）电机选择a：移动构件（工作台，工件）的等效转动惯量;J'G）叭誥）"任（5g列響b:丝杠fit量:xL400 <10k»n- 2.7x10-'ton由于丝杠

13、中空实际惯董偏小故令J2 = 2.2xlO-JkgjirC；联轴器慣童：打=30J07如Z故X向负栽慣童为：£工J/ J/ J厂3.05xio-2 tor机械系统动力学应用根捋伺服电机特点：一般负载惯莹在电机慣童3倍Z内，9f JX/JM <3 所以应有 JM >1 02x10-= kgnf查手册取JM -1.05xl0-：kgiir的电机，该电机基本参数还包括电 机的最大瞬时扭矩Tmax-60Nm;最高转速nBM-4000r/min.根据以上求得的Tn吋可以求得X向的加連度及动态响应 时间，脸证是否满足动态响应要求.mW；：=2益动态响应时间为 5 = 30223 10

14、_4> 23.14x4000/60x100= 0.18s机械系统动力学应用2oauM iMun 9 mwcuotf风力发电系统的主要姑构包括叶片、增迷器、制动盘和发电机机械系统动力学应用2oauM iw«t>rv 9 WMaoer'5NI“=J尼12s t士 =“已知风电系统的駆动力矩 儿"700?（叫 设制动时刻制动盘 的转速为C0o = 209.75nid/S,晏求风机在5-12秒内停止， 如何设计制动器？（制动力矩？）整个系統的爭效转动惯量 包括叶片.增速器.制动 盘和发电机四部分.则最大制动力姮= 2550Oiii最小*|动力矩IKlj工15U（

15、W、ni机械系统的动力学分析与设计研究对象:由原动机、传动机构、执行机构组成的机械系统主要内容：研究机械真实运动规律-建立机械系统的寻效动力学模显机械运转速度波动的调节周期性違度浓动调节原理及方法非周期性速度波动调节原理及方法机械运转周期性速度波动的调节机护空周期性速度波动产生的原因周期性速度波动指标周期性速度波动调节原理飞轮设计一转动惯量的确定机械运转周期性速度波动的调节©大止霆亠犬李CMUM imtirv 9 ycmojm，机械运转周期性速度波动的调节©大止霆亠犬李CMUM imtirv 9 ycmojm，I.周期性速度波动产生的原因NIDk Mr周期性波动W叮卜的A

16、W：盈亏功AW >0盈功AW < 0亏功特点:1）周期开始至任一瞬时 尹），存在£, 引起£!>,产生速度波动Z） 在螯个周期内，Md与、Ir所作功相等，、'=（）,AE = 0,周期末0）恢复到呈现周期性.机械运转周期性速度波动的调节©丈止霆鼻尢李com»Tcmcwer机械运转周期性速度波动的调节©常用机械运的谩度液动蔡馥的讦用11 6 9112的名林16国石和1 心 1/201/30-1/50冲味、R障;伍机1A1/1O故希机1/401/500*11/101/2$1/601/1001/20-1/M直谨复电机I/IO

17、O-1/2M金JI切割机1/301/40文舷帧I/MO-1/300机械运转周期性速度波动的调节CMUM LWClirv TCMCWI1*机械运转周期性速度波动的调节離m$周期性迷度波动调节原理最大盈亏功机械运转周期性速度波动的调节離m机械运转周期性速度波动的调节CMUM LWClirv TCMCWI1*机械运转周期性速度波动的调节CMUM LWClirv TCMCWI1*周期性速度调节采用飞轮.（J.较大盘状构件）机械运转周期性速度波动的调节CMUM LWClirv TCMCWI1*J飞轮转动惯童的观文w=Mm25w=(Jfr4-JF)com25说明：不应过分追求校小逮度不均匀系数6飞轮应装在

18、高速轴上.机械运转周期性速度波动的调节CMUM LWClirv TCMCWI1*机械运转周期性速度波动的调节机械运转周期性速度波动的调节CMUM LWClirv TCMCWI1*机械运转周期性速度波动的调节CMUM LWClirv TCMCWI1*1 具有周期性速度波动系统安装飞轮后 可否得到绝对匀速运动？机械运转周期性速度波动的调节CMUM LWClirv TCMCWI1*机械运转周期性速度波动的调节CMUM LWClirv TCMCWI1*2.若构件2为等效构件 求解的飞轮转动惯量 是否为安装在齿轮1 上的飞轮转动惯量机械运转周期性速度波动的调节机械运转周期性速度波动的调节CMUM LWClirv TCMCWI1*机械运转周期性速度波动的调节CMUM LWClirv TCMCWI1*飞轮转动惯量的求解关钱：确定聂大盈亏功时机械运转周期性速度波动的调节CMUM imtun av例：某用电动机作原