第10章机械系统动力学设计

1、第1，10章机械系统动力学设计，主要内容机械操作过程机械的等效力学模型机械运动方程的建立和解决，机械的平衡机械操作速度波动和调整，基本要求了解机械操作的整个过程，了解各阶段的特点，了解建立机械等效力学模型的意义和方法，建立机械运动方程，了解机械平衡状态的原理和方法，了解周期性速度波动的调整方法，2，10.1机器的操作过程，110 周期：=mWd=Wr，10.1.3停车阶段，m0，3，10.2机器的等效动力学模型，10.2.1机器运动方程式的规则运算式，机器系统的实际运动定律研究外力和运动参数之间的函数表现法机器运动方程式，动能定理：瞬时机器系统的动能增量必须等于瞬时外力总和。 也就是说，dE=

2、dW，4，外力运动：动能增加：机构运动方程式：扩展：5，10.2.2产生等效动力学模型，机械运动方程式复合，解决麻烦。将复杂的单自由度机械系统简化为一个等效构件，从而创建等效机械模型。将所有外力(外部力矩)、质量和惯性矩转换为等效零部件。等效元件是等效动态模型的条件，例如(1)等效元件的质量或惯性矩与整个系统的总动能(2)等效元件的相同效果，等效力矩的动作(或产生的动力)与整个系统的所有力，力矩执行的动作(或产生的功率)的总和。6，固定轴旋转，直线移动构件等效构件(用于计算)，等效力矩me等效惯性矩Je，等效质量me，7，等效质量，等效效果Fe等效质量Me，8，等效力矩Me等效惯性矩Je，等效

3、力矩和等效惯性矩，9，9(瞬时)(2)不知道机构的实际运动的情况下，等效(Fe，me，me，Je)(3)等效(Fe，Me，Me，Je)都是机构位置的函数。(4)等效(Fe，me，Me，Je)是机构的实际合力、配合力矩、总质量和总惯性矩之外的虚拟量。10，10.3机械运动方程的创建和求解，10.3.1机械运动方程的建立，机械系统运动规律研究问题可以简化为等效构件运动规律问题的研究，力，力矩形式，11，10.3.2机械运动方程的求解，1。等效惯性矩和等效力矩是常量，12，2。等效惯性矩和等效力矩都是等效构件位置的函数，积分形式的动能方程，自下而上微分和积分，角加速度和运动时间，变化规律中复杂外力的

4、图形方法(略)，13，3。等效惯性矩是等效构件速度的函数，是力矩形式的运动方程，可以进一步求出每个加速度和每个位移。4.等效惯性矩是每个位置的函数，等效力矩是等效构件位置和速度的函数，差值替代微分，数值解法，14，10.4机器的平衡，s，设置：g=100n如果E=1mm=0.001m n=30r/min，则n=3000r/min时，零件制造精确度、安装错误和元件几何差异非平衡惯性力运动对的动态压力摩擦增加、效率和寿命减少强制振动、甚至共振作业准确度和可靠性降低、15，平衡目的：平衡，机械平衡内容：在机器中，根据每个零部件的结构和运动形式，惯性力和平衡方法不同。因此，机器的平衡问题可以分为转子的

5、平衡和平面机构的平衡两类。，16，10.4.1转子的平衡，a .在刚性转子的平衡普通机器中，转子的刚度都比较好，谐振速度高，转子的工作速度小于(0.60.75)(转子的一次谐振速度)。此时，转子产生非常小的弹性变形。这种转子称为刚性转子，如果只需要惯性力平衡，则称为转子的静态平衡。如果同时要求惯性力和惯性矩的平衡，则称为转子的动态平衡。17，b .柔性转子的平衡(稍)涡轮发动机等一些机器，质量和跨度大，半径大小小。因此，共振速度较低。运行速度大于(0.60.75)时，转子在运行时产生大变形，因此惯性力大大增加。这种转子称为柔性转子。18，静态不平衡：转子的质心不在旋转轴上，旋转时偏心质量产生离

6、心力惯性，在运动对中产生额外的运动压力。静态平衡设计：B/D1/5纵横比的转子(车轮、飞轮、齿轮):可以近似地认为不平衡质量分布在同一旋转平面内。偏心质量的大小和方向由转子结构决定。计算为了平衡偏心质量而必须添加的平衡质量的大小和位置。1)刚性转子的静态平衡，1 .刚性转子的平衡，19，1，几何条件，B/D1/5，2，平衡条件，Fi=0，惯性力的矢量和0，20，3，静态平衡原理，每个质量产生的离心惯性力：据说平衡了这个旋转体。下一个，21，结论：如果要平衡旋转体，则每个质量点的质量直径乘积的矢量和0。质量直径积，即22，2)刚性转子的平衡，23，(1)平行力系统(2)要平衡力系统，需要：Fi=

7、0Mi=0，2)刚性转子的动态平衡，24，2)刚性转子的动态平衡，25，动态不平衡问题：转子运行时显示。转子动平衡设计：根据转子结构确定每个旋转平面中偏心质量的大小和位置。计算为平衡转子而增加的平衡质量的数量、大小和位置。26，套用(或减去)至两个平衡基准面。首先，几何条件B/D1/5不能忽略力矩的影响。其次，应用力平衡条件Fi=0Mi=0 3，应用(或减去)具有平衡质量点的旋转面。27，将力f平行分解到两个平衡基础，F1和F2，即4，平衡原理，f=F1 f2f11=F2 L2，f=f1 F2 (1) f1 L1=F2 L2 (2)可解决，以及合力f对系统的影响可以完全替代2分钟力F1，F2对

8、系统的影响。在平衡标准中，两个力F1，F2处于平衡状态，平衡力f和f处于平衡状态，从而完成了集中质量点的平衡。以、29，30、F1 F2 F3 F=0F1 F2 F3 F=0获取Mr和Mr。31，阶段：(1)在每个旋转平面中，将质量点mi产生的惯性力Fi(或路径产品、路径变更产品)分解为两个平衡基准面，以获得Fi和Fi。(2)在两个平衡基准面上，使用静态平衡方法求解平衡质量点的质量直径积miri(或直径积)。结论：通过在为所有动态不平衡刚体转子选择的两个平衡标准内分别添加或去除适当的平衡质量，可以达到完美平衡，无论偏心质量是多少，还是在旋转平面上分布，所以将平衡称为双面平衡。32，10.4.2

9、平面机构的平衡：机构的每个元件在运动过程中产生的惯性力均可简化为通过基座支撑的质心的总惯性力和总惯性双力矩。因此，平面机构的平衡要求此惯性力和力对力矩机构的平衡条件作用于机构质心的总惯性力和总惯性矩都必须分别为零。通常，机构仅执行总惯性力的平衡。要使机构的总惯性力为零，必须使机构的质心加速度为零。也就是说，必须固定机构的质心。1 .机构的完全平衡，机构的完全平衡意味着机构的总惯性力始终为零。研究结果表明，为了实现机构的完美平衡，必须利用33，(1)对称结构的平衡，(2)在n个组件的单自由度机构的惯性力完全平衡的情况下，添加最小n/2个平衡质量。这将显着增加机构的质量，因此通常不采用此方法，而是

10、使用部分平衡的方法。结论采用完全平衡法，平衡效果良好。但是，由于机构的质量或体积明显增加，因此通常使用部分平衡方法。34，示例1在曲柄摇杆机构中，每个零部件的质量m1、m2、m3位于S1、S2、S3，尝试平衡总惯性力。1)将零部件2的质量m2分解为b，c，2)将m2B，m1，m的质心定位在a点，3)将m2C，m3，m的质心定位在d点，将机构的质心定位在机架上，质心的加速度使0的总惯性力在机架上平衡。35，示例2在曲柄滑块机构中，每个零部件的质量m1、m2、m3位于S1、S2、S3，并尝试平衡总惯性力。1)添加计数器重量m，使m2，m3，m的质心位于点b，2)使用计数器重量m，b，m1，m的质心

11、位于点a，设置重量完全平衡惯性重量大幅度增加结构设计不适部分平衡，36，机构部分机构的部分平衡有以下几种方法：(1)使用平衡机构进行平衡，(2)利用平衡质量平衡，(3)使用弹簧平衡得出结论。通过采用往复惯性力的部分平衡方法，可以减小惯性力的影响，减少附加平衡质量。一般来说，对机械工作更好。2 .机构部分平衡，37，实例3部分平衡法(不完全平衡法)，1)将质量m2分解为b，c，2)重量m，平衡m2B和m1，3)附加m，部分平衡m3，m2c，MC=m2m3由于受不同驱动力和阻抗的影响，运动过程中机器的速度波动，因此这些波动会导致运动对产生额外的运动压力，产生机械振动，从而降低机器的寿命、效率和工作

12、质量，因此必须研究和调节这些速度波动，以确保速度波动在允许范围内进行调整。刨床、冲床、轧钢机等大多数机器都有稳定的操作步骤，在一定的操作下主轴角速度会根据一定的平均值定期波动。例如，冲床每次冲洗零件时，速度都会波动一次。如果输入操作和输出操作在同一时间段内波动，则在通过每个运动周期后，机械动能返回到其原始值，同样的惯性矩也会在同一时间段内产生周期性波动，从而导致主轴的角速度发生周期性循环波动。但是，在一个周期中，等效驱动力对任意时间间隔的操作和等效阻抗的操作并不总是相同，因此瞬时速度再次发生变化。过多的波动幅度对机器的正常运行有不利影响。因此，设计机器时，必须对特性不同的机器进行不同的分析。1

13、0.5.1周期速度波动及其调整，39，1。周期速度波动的原因，w总是非零的机械系统的等效力学模型：等效驱动力矩Md()，阻力矩Mr()的能量守恒定律：在一定时间间隔内克服驱动力产生的运行和阻力所需的力的差异是机械动能的变化，即由于顺差和损失力存在速度变化，所以在一个周期中顺差和损失力的总和为零。W0剩馀任务、W0损失任务、40，2。周期速度波动的测量指标1，平均角速度m和速度不均匀系数，通常算术平均值为t波动周期，m特定，可变设计条件：41，1。您可以将飞轮的速度调节、周期速度波动调整为惯性JF大飞轮。可以看到。周期性速度波动可以通过飞轮存储能量和发射能量作用来调节，调整后速度波动可以减小，但不能消除。，10.5.2飞轮设计，42，2。飞轮的简单设计方法(1)飞轮惯性矩的近似计算如下：1.m，Wmax要求JF稳定，但不能消除速度波动。2.JF，m特定Wmax不均匀性3。Wmax、特定mJFWmax、JF特定m、j为常量时为43、(2)确定最大损益分支Wmax、a、44、(3)确定飞轮大小、轮缘、轮毂、轮毂为了简化计算，引入了相同有效性、等效力