《机械原理 第3版 教学课件 ppt 作者 刘会英 总09--机械系统动力学设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械原理 第3版 教学课件 ppt 作者 刘会英 总09--机械系统动力学设计（26页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第九章 机械系统动力学设计,活动构件质量分布不均、不对称,产生惯性力或惯性力偶矩,生产阻力变化,速度产生波动,振 动,将惯性力或惯性力偶矩限定在允许范围内,使构件质量参数合理分布,改善机构或结构设计使主轴稳定运转,机械的质量平衡,机械的功率平衡,将速度波动限定在允许范围内,2. 不平衡惯性力的利用,一、机械平衡的目的,1. 不平衡惯性力的危害,增大运动副中的摩擦，降低效率； 增大构件中的内应力，降低寿命； 引起振动，甚至产生共振。,对于作往复移动或平面往复运动的构件所产生的惯性力的合力 和合力偶的平衡。,二、机械平衡的内容,1. 转子的平衡,转子 绕固定轴回转的构件。,刚性转子的平衡 刚性转
2、子本身产生的弹性变形很小。,转子的静平衡 要求转子的惯性力达到平衡。 转子的动平衡 要求转子的惯性力及惯性力矩均达到平衡。,挠性转子的平衡,挠性转子 工作过程中会产生较大弯曲变形的转子。, 机械在机座上的平衡。,2. 机构的平衡,第二：研究机械运转速度波动产生的原因及其调节方法。,三、研究机械运转及速度波动调节的目的,原动件运动规律,作用于机械上的外力,各构件的尺寸、质量,各构件的转动惯量,影响,研究两个问题：,第一：研究单自由度机械系统在外力作用下的真实运动规律。,四、机械运动过程的三个阶段,机械的运转速度波动，但平均速度保持稳定。 系统的动能保持稳定。 外力对系统做功在一个波动周期内为零(
3、Wd-Wr=0)。,1.起动阶段,外力对系统做正功(Wd-Wr 0)， 系统的动能增加(E =Wd-Wr)， 机械的运转速度上升。,2.稳定运转阶段,3.停车阶段,驱动力为零 (Wd = 0) ，系统由正常工作速度逐渐减速，直到停止 (E = -Wr) 。,例如三相异步电动机的驱动力是其转动速度的函数。,生产阻力与运动参数的关系决定于机械的不同工艺过程，如车床的生产阻力为常数，鼓风机、离心机的生产阻力为速度的函数，曲柄压力机的生产阻力是位移的函数等。,五、作用在机械上的驱动力和生产阻力,驱动力 由原动机产生，它通常是机械运动参数（位移、速度或时间）的函数原动机的机械特性。,F1=m1 2 r1
4、 、F2=m2 2 r2， F3=m3 2 r3, 可表达为 Pi =mi 2 ri , i=1 、2。,平衡范围：轴向宽度与直径之比b / D 0.2 的转子。,加一平衡质量m b,，回转半径 rb， 产生的离心惯性力为 F b=mb 2 r b。,已知偏心质量m1 、m2 、m3，其回转半径 r1、 r2 、r3。 当角速度为 时，产生的离心惯性力为,满足平衡条件 :,一、刚性转子的静平衡设计,(1) 定比例尺 w （kgcm / mm）。 (2) 依次作矢量,平衡计算方法：,静平衡又称单面平衡。,(4) 选定rb ，求得mb 。,并使其首尾相接。,(3) 使矢量图封闭，量出 。,因F1、
5、F2 、F3不在同一回转面内， 故会形成一惯性力偶。 须满足平衡条件：,平衡范围：轴向宽度与直径之比 b / D0.2的转子。,离心惯性力矢量和为零, 离心惯性力所构成的力偶矩矢量和也为零。,平衡条件：,已知偏心质量m1、m2、m3，其回转半径r1、r2、r3， 分布在不同回转面内。,当角速度为时，产生离心惯性力 F1=m1r1 2，F2=m2r2 2，F3=m 3 r3 2,二、刚性转子的动平衡设计,(2) 将各离心惯性力F1、F2、F3分解到、面内。,平衡计算方法：,动平衡又称双面平衡。,(3) 对两平衡基面分别进行静平衡。,(1) 选择两个平衡基面、。,，求得 mb、rb。,同理在面内求
6、得 mb “、rb “。,如将F1分解为F1和F1“： F1 = l1F1/ L, F1“ = (L-l1)F1/L, 面满足：,或,三、刚性转子的平衡实验,动平衡实验：,静平衡实验：,许用不平衡量： 经平衡实验的转子，允许残存的不平衡量。,平衡等级及许用不平衡量见标准。,表示方法： mr许用不平衡质径积。（相对量） e许用偏心距。（绝对量） e=mr / m,四、转子的许用不平衡量,1. 完全平衡 使机构的总惯性力恒为零。,完全平衡的特点： 理论上得到完全平衡，但机构质量增大，实际不常用。,五、平面机构的平衡,利用对称机构平衡,利用平衡质量平衡,2. 部分平衡,六杆机构的部分平衡法,利用平衡
7、质量平衡,1. 机械运动方程,机械运动方程即表达作用在机械上的力、构件的质量、转动惯量与其运动参数之间的函数关系。,例如原动件1上驱动力矩M1，从动件3上工作阻力F3。 曲柄1质心C、转动惯量J1、角速度1； 连杆2质量m2、质心C2、C2点速度vc2、转动惯量Jc2、角速度2 ； 滑块3质量m3、质心在B、该点速度v3。,由动能定理：（动能增量=外力功）,一、机械的运动方程式,等效动力学模型 单自由度机械系统常用一个具有等效转动惯量（等效质量），其上作用有等效力矩（等效力）的等效构件来代替。,等效质量me，等效转动惯量Je； 等效力Fe，等效力矩Me。,2. 机械系统的等效动力学模型,等效构
8、件具有与原机械系统等效质量或等效转动惯量，其上作用有等效力矩和等效力的假想构件。,1. 等效构件所具有的动能等于原机械系统的总动能。 2. 等效构件的瞬时功率等于原机械系统的总瞬时功率。,等效条件：,等效参数：,？,例9-1 图示曲柄滑块机构，已知构件1转动惯量J1，构件2质量m2，质心c2，转动惯量Jc2，构件3质量m3，构件1上有驱动力矩M1，构件3有阻力F3，求等效构件的等效参数。,解： (1) 以构件1为等效构件时，等效构件的角速度与构件1的角速度同为1。,等效转动惯量Je ：,等效力矩Me :,(2) 以滑块3为等效构件时，等效构件的速度与构件3的速度同为v3。,等效质量me :,等
9、效力Fe :,(1) 能量形式的运动方程式,上式称为力矩形式的机械运动方程式。,3. 机械运动方程的建立,对上式积分可得到能量积分形式的机械运动方程式：,上式即为能量微分形式的机械运动方程式。,以回转构件为等效构件时，由动能定理得,(2) 力矩形式的运动方程式,通过对能量微分形式的方程作等价变换后，得到下面的方程式：,进而得到,(3) 机械的真实运动规律 机械运动方程的解,如等效力矩和等效转动惯量为等效构件位置函数时 可以用能量方程式来求解，有,(1) 周期性速度波动的原因 机械稳定运转时，等效驱动力矩和等效阻力矩的周期性变化，将引起机械速度的周期性波动，如右图所示。,速度波动程度可用速度不均
10、匀系数来表示,1. 周期性速度波动的调节,(2) 平均角速度和速度不均匀系数 平均角速度m是指一个运动周期内，角速 度的平均值，即,在工程上，我们常用下式计算,max,min,T,二、机械速度波动的调节,由此可得速度不均匀系数：,飞轮在机械中的作用，实质上相当于一个储能器。 当外力对系统作盈功时，它以动能形式把多余的能量储存起来，使机械速度上升的幅度减小；当外力对系统作亏功时，它又释放储存的能量，使机械速度下降的幅度减小。,(3) 飞轮调节周期性速度波动的基本原理,由于外力的周期性变化，外力对系统所做的功也是周期性变化的。 由动能定理可知，系统的动能也随之周期性变化。 在一个周期内，系统动能的最大变化量，其大小应等于同一周期内外力对系统所做的最大盈亏功，即,机械中安装一个具有等效转动惯量JF的飞轮后， 速度不均匀系数变为,(4) 飞轮转动惯量的计算 飞轮的转动惯量用下式计算：,(5) 飞轮尺寸的确定,2. 非周期性速度波动的调节,对于非周期性速度波动的机械，不能采用飞轮调速，而需专门的调速器进行调节，如上图所示。,进 入 下 一章学习,回本章首页,该下课了！,
