清华大学机械原理第10章 机械系统动力学课件

1、中篇 机械的动力设计机械系统动力学问题机械的平衡问题机械的效率问题*第10章 机械系统动力学作用在机械上的力及机械的运转过程机械的等效动力学模型机械运动方程式的建立及求解机械的周期性速度波动及其调节方法机械的非周期性速度波动及其调节方法外力作用速度波动机械振动寿命、效率、可靠性10.1 作用在机械上的力及机械的运转过程10.1.1 作用在机械上的力忽略机械中各构件的重力和运动副中的摩擦力1.工作阻力机械工作时需要克服的工作载荷工作阻力常数(如车床、起重机)执行构件位置的函数(如曲柄压力机)执行构件速度的函数(如鼓风机、搅拌机)时间的函数(如球磨机、和面机)2.驱动力驱动原动件运动的力驱动力活塞

2、位置的函数(如蒸汽机、内燃机)转子角速度的函数(如电动机)10.1.2 机械的运转过程能量守恒做功=动能的增量驱动力所作的功工作阻力所作的功有害阻力所作的功总耗功结束时动能开始时动能启动阶段：动能增加稳定运转阶段：停车阶段：动能逐渐减小启动阶段停车阶段过渡过程加速缩短2.建模方法等效转动构件等效力矩： ，等效转动惯量：等效直线移动构件等效力： ，等效质量：10.2.2 等效量的计算1.等效力矩(力) 作用在机械中所有外力和外力矩所产生的功率之和为：等效转动构件注意：等效力矩是一个假想的力矩；等效力矩的正负，驱动力矩(+)，阻力矩(-)；等效力矩不仅与外力、外力矩有关，还与各构件对等效构件的速比

3、有关；外力不变时，定传动比机构的等效力矩为常数，变传动比机构的等效力矩是机构位置的函数；等效力矩与驱动构件的真实速度无关。功率等效原则等效力矩：1动能等效原则等效转动惯量：1思考：若以滑块为等效构件，曲柄滑块机构如何 简化？10.3 机械运动方程式的建立和求解10.3.1 机械运动方程式的建立真实运动等效构件的运动方程式机械运动方程式1.能量形式方程式能量形式方程式力矩形式方程式若等效构件为移动构件力矩形式方程式10.3.2 机械运动方程式的求解当等效力矩是位置的函数时，求解能量形式的运动方程 对于等效力矩不能用简单的、易于积分的函数形式写出时，则需要应用数值解法求解。10.4 机械的周期性速

4、度波动及其调节方法外力或外力矩变化速度波动影响机械的工作10.4.1 周期性速度波动产生的原因ab段：亏功区，动能，角速度bc段：盈功区，动能，角速度等效转动构件： 经过等效力矩与等效转动惯量变化的一个公共周期，机械能又恢复到原来的值，因而等效构件的角速度也将恢复到原来的值。 等效构件在稳定运转过程中，角速度呈现周期性波动。若一个周期 内，驱动力和阻力所做的功相等：10.4.2 周期性速度波动产生的原因速度波动系数(或速度不均匀系数)：在周期 内的平均角速度：工程上， 变化不大时：常用机械运转速度波动系数的许用值10.4.3 周期性速度波动的调节方式1.飞轮调速原理大转动惯量的盘形零件飞轮机械

5、出现盈功时，飞轮存储多余的动能， 上升幅度机械出现亏功时，飞轮释放存储的动能， 下降幅度飞轮的作用：容量较大的能量存储器。2.飞轮转动惯量计算计算依据：平均速度 ，许用速度波动系数 。b点：最小动能增量 最大的亏功 面积(-f1) c点：最大动能增量 最大的盈功 面积(+f2)+(-f1) 最大盈亏功： 直接积分求个交点处的计算面积求3.飞轮基本尺寸的确定(1)轮形飞轮轮缘轮辐轮毂轮缘质量为m飞轮矩飞轮转动惯量一定时，直径越大，则质量越小。直径太大，制造和运输困难，占居空间大，离心力大。(2)盘形飞轮飞轮的转动惯量飞轮的质量飞轮的宽度10.5 机械的非周期性速度波动及其调节方法等效力矩非周期变

6、化非周期性速度波动10.5.1 非周期性速度波动产生的原因 工作阻力或驱动力在机械运转过程中发生突变，从而使输入能量与输出能量在较长一段时间内失衡所造成。结果：转速持续上升或下降如：电网电压波动、被加工零件的气孔和夹渣等“飞车”停止运转例：汽轮发电机用电负荷持续增加时，必须开大气阀增加供气，否则“停车”用电负荷持续减小时，必须关小气阀减少供气，否则“飞车”10.5.1 非周期性速度波动的调节方法飞轮调节？1.当原动机的驱动力矩是速度的函数且随速度的增加驱动力矩下降时，机械具有自动调节非周期性速度波动的能力自动调节非周期性速度波动的能力自调性电动机作为原动机具有自调性2.调速器用于原动机没有自调性的机械系统如：蒸汽机、汽轮机或内燃机工作原理：原动机工作机调速器本体机械式调速器电子式调速器调速器形式文献阅读指南1. 多自由度的机械系统王鸿恩主编. 机械动力学. 重庆：重庆大学出版社，1989年唐锡宽主编. 机械动力学. 北京：高等教育出版社，1984年2. 飞轮设计孙序梁编著. 飞轮设计.北京：