《《清華綜合課件》 系統(tǒng)方案設(shè)計 第十章 機械系統(tǒng)32696》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《清華綜合課件》 系統(tǒng)方案設(shè)計 第十章 機械系統(tǒng)32696（46頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第十章第十章 機械系統(tǒng)動力學(xué)機械系統(tǒng)動力學(xué)掌握等效動力學(xué)模型建立方法；掌握機械系統(tǒng)速度波動的調(diào)節(jié)方法，包括周期性和非周期性速度波動調(diào)節(jié)；掌握飛輪調(diào)速原理與飛輪設(shè)計。第十章第十章 機械系統(tǒng)動力學(xué)機械系統(tǒng)動力學(xué)機械系統(tǒng)一般由原動機、傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)組成。研究機械系統(tǒng)動力學(xué)目的：1)構(gòu)造系統(tǒng)力學(xué)參量和運動學(xué)參量之間的聯(lián)系。2)建立機械系統(tǒng)等效動力學(xué)模型。3)減小機械速度波動。10.1 作用在機械中的外力和機械的運轉(zhuǎn)過程10.1.1 10.1.1 作用在機械上的力作用在機械上的力驅(qū)動力 工作阻力1、驅(qū)動力：原動機發(fā)出的力(力矩)。常用原動機有：內(nèi)燃機、直流電動機、交流電動機 機械特性：機械的力學(xué)參數(shù)

2、(力或力矩)與運動參數(shù)(位移、速度、加速度)之間的關(guān)系。例如：a、內(nèi)燃機發(fā)出的驅(qū)動力是活塞位置的函數(shù)；b、電動機發(fā)出的驅(qū)動力矩是轉(zhuǎn)子角速度的函數(shù)。1、驅(qū)動力：原動機發(fā)出的力(力矩)。下圖分別為直流并激電動機、直流串激電動機和交流異步電動機的機械特性曲線2、工作阻力：系統(tǒng)工作時需要克服的工作 負荷。（1）起重機、車床等：工作阻力是常數(shù)工作阻力是常數(shù)(在一段工作過程中在一段工作過程中)(2)往復(fù)式壓縮機、內(nèi)燃機：工作阻力是原動件位置的函數(shù)工作阻力是原動件位置的函數(shù)（3）鼓風(fēng)機葉輪所受空氣阻力：工作阻力是執(zhí)行件速度的函數(shù)工作阻力是執(zhí)行件速度的函數(shù)（4）球磨機、粉碎機：工作阻力是時間的函數(shù)工作阻力是時

3、間的函數(shù)10.1.2 機械的運轉(zhuǎn)過程機械的運轉(zhuǎn)過程機械系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)過程分為三個階段：啟動、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)和停止。10.1.2 機械的運轉(zhuǎn)過程機械的運轉(zhuǎn)過程10.1.2 機械的運轉(zhuǎn)過程機械的運轉(zhuǎn)過程10.1.2 機械的運轉(zhuǎn)過程機械的運轉(zhuǎn)過程機械系統(tǒng)的動能方程：1、啟動階段、啟動階段：原動件的速度(或角速度)從零逐漸增加，直到開始穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。10.1.2 機械的運轉(zhuǎn)過程機械的運轉(zhuǎn)過程2、穩(wěn)定運行階段：原動件速度保持常數(shù)(稱勻速穩(wěn)定運轉(zhuǎn))原動件圍繞某一恒定的平均值作周期性速度波動(稱變速穩(wěn)定運轉(zhuǎn))。在一個周期內(nèi)任一時間間隔中，輸入功與總耗功不一定相等。10.1.2 機械的運轉(zhuǎn)過程機械的運轉(zhuǎn)過程停車階段：原動件

4、從正常轉(zhuǎn)速下降到0。啟動階段和停車階段統(tǒng)稱為機械系統(tǒng)的啟動階段和停車階段統(tǒng)稱為機械系統(tǒng)的過渡過程。過渡過程。10.2 機械的等效動力學(xué)模型機械的等效動力學(xué)模型10.2.1 等效動力學(xué)模型的建模方法等效動力學(xué)模型的建模方法1、等效動力學(xué)建模原理：等效動力學(xué)建模原理：動能不變原則：等效構(gòu)件的質(zhì)量或轉(zhuǎn)動慣量所具有的動能等于整個系統(tǒng)的動能之和。功(功率)不變原則：作用在等效構(gòu)件的等效力、等效力矩所作的功(或功率)等于整個系統(tǒng)的所有力、力矩所做功(或功率)之和。10.2 機械的等效動力學(xué)模型機械的等效動力學(xué)模型2、等效力矩等效力矩求等效力矩遵循的原則：作用在各構(gòu)件上的外力和外力矩所作功(功率)之和等于作

5、用在等效構(gòu)件上的等效力矩（或力）所作功(功率)。選轉(zhuǎn)動構(gòu)件為等效構(gòu)件，根據(jù)功率等效原則：等效力矩：小結(jié)：小結(jié)：1 Me是等效力矩，是機構(gòu)位置的函數(shù)；2等效力矩Me為正時，為等效驅(qū)動力矩；為負 時，為等效工作阻力矩。2Me同各構(gòu)件與等效構(gòu)件的速比有關(guān)；3Me與機構(gòu)所受到的外力、外力矩直接相關(guān)。4Me是假設(shè)的力矩，實際并不存在，不是合力 矩。5若所受外力不變，定傳動比機構(gòu)的等效力矩 為常數(shù)。3、等效轉(zhuǎn)動慣量等效轉(zhuǎn)動慣量求等效轉(zhuǎn)動慣量的原則：等效構(gòu)件所具有的動能等于整個系統(tǒng)的動能之和。根據(jù)動能等效原則：等效轉(zhuǎn)動慣量：小結(jié)小結(jié)（1）Je是機構(gòu)位置的函數(shù)；（2）Je同各構(gòu)件與等效構(gòu)件速比的平方有關(guān)；（3

6、）Je是假想的轉(zhuǎn)動慣量；（4）定傳動比機構(gòu)的等效轉(zhuǎn)動慣量Je 是常數(shù)。4、舉例舉例求曲柄滑塊機構(gòu)中曲柄上的等效力矩。選曲柄為等效構(gòu)件，利用功率等效原則：等效力矩：等效轉(zhuǎn)動慣量：10.3 系統(tǒng)的運動方程及求解系統(tǒng)的運動方程及求解常用的機械運動方程有兩種形式：能量式運動方程力、力矩式運動方程10.3.1 能量形式的運動方程能量形式的運動方程根據(jù)動能定理：以轉(zhuǎn)動等效構(gòu)件為例。以轉(zhuǎn)動等效構(gòu)件為例。設(shè)等效構(gòu)件由位置1運動到位置2，等效構(gòu)件運動方程的能量形式：或10.3.2力矩形式的運動方程力矩形式的運動方程將 寫成微分形式:式中，等效構(gòu)件運動方程式的力矩形式：如果Je為常數(shù)，10.3.3 機械運動方程的

7、求解機械運動方程的求解以等效構(gòu)件為轉(zhuǎn)動構(gòu)件，等效力矩和等效轉(zhuǎn)動慣量為機構(gòu)位置函數(shù)的情況為例。已知 ，求解機械的真實運動。采用機械系統(tǒng)運動方程的能量形式。1.等效構(gòu)件的角速度等效構(gòu)件的角速度2.等效構(gòu)件的角加速度等效構(gòu)件的角加速度3.系統(tǒng)的運動時間系統(tǒng)的運動時間10.4 機械系統(tǒng)的周期性速度波動機械系統(tǒng)的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)方法及其調(diào)節(jié)方法1.周期性速度波動產(chǎn)生的原因周期性速度波動產(chǎn)生的原因機械系統(tǒng)在穩(wěn)定運動工作狀態(tài)下運轉(zhuǎn)時，由于等效力矩和等效轉(zhuǎn)動慣量的周期性變化引起的速度波動。產(chǎn)生速度波動的主要原因主要原因有：（1）作用在各構(gòu)件上的外力（包括驅(qū)動力和工作阻力）發(fā)生變化；（2）各構(gòu)件的m和J在

8、不同位置對原動件所產(chǎn)生的慣性影響不同。10.4 機械系統(tǒng)的周期性速度波動及機械系統(tǒng)的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)方法其調(diào)節(jié)方法速度波動的危害速度波動的危害：1)在機器各運動副中引起附加動壓力，降低機器效率和工作的可靠性。2)在機器中引起彈性振動，影響機器的強度、壽命和消耗部分動力。3)影響機器進行的工藝過程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。2.速度波動程度的衡量指標在周期T內(nèi)的平均角速度：或 為一個循環(huán)中等效構(gòu)件的轉(zhuǎn)角。工程計算中常用算術(shù)平均角速度來近似地代替實際的平均角速度：10.4 機械系統(tǒng)的周期性速度波動及其機械系統(tǒng)的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法10.4 機械系統(tǒng)的周期性速度波動及其機械系統(tǒng)的周期性速度

9、波動及其調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法機械的絕對不均勻度：機械系統(tǒng)的等效構(gòu)件的最大角速度與最小角速度之差：能否僅用 來衡量速度的波動程度哪？例如：10.4 機械系統(tǒng)的周期性速度波動及其機械系統(tǒng)的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的不均勻系數(shù)(速度波動系數(shù))：設(shè)計時10.4 機械系統(tǒng)的周期性速度波動及其機械系統(tǒng)的周期性速度波動及其調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法3.周期性速度波動的調(diào)節(jié)方法周期性速度波動的調(diào)節(jié)方法為了減小機械運轉(zhuǎn)時的周期性速度波動，最常用的方法是安裝飛輪。*飛輪設(shè)計的基本問題飛輪設(shè)計的基本問題:根據(jù)機器實際需要的平均角速度 和許可的不均勻系數(shù) (,)來確定飛輪的轉(zhuǎn)動慣量 。10.5 飛輪的設(shè)計飛輪的設(shè)

10、計飛輪設(shè)計等效力矩等效轉(zhuǎn)動慣量平均角速度機械運轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)的許用值飛輪轉(zhuǎn)動慣量飛輪尺寸10.5 飛輪的設(shè)計飛輪的設(shè)計10.5.1 飛輪設(shè)計的基本原理飛輪設(shè)計的基本原理10.5.1 飛輪設(shè)計的基本原理飛輪設(shè)計的基本原理機械在b點處具有最小的動能增量對應(yīng)最大虧功 圖(a)中陰影面積 (-)；在c點，機械具有最大動能增量 對應(yīng)于最大盈功 圖(a)中的陰影面積。最大盈虧功：10.5.1 飛輪設(shè)計的基本原理飛輪設(shè)計的基本原理根據(jù)動能定理，安裝飛輪后，速度波動系數(shù)：設(shè)計飛輪的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)滿足：當 時,小結(jié)小結(jié):當 與n一定時，如果加大 ，則機械的速度波動系數(shù)下降，起到減小機械速度波動的作用，達到調(diào)速的目

11、的；但安裝飛輪不能消除速度波動。如果 值取得很小，飛輪的轉(zhuǎn)動慣量就會很大；若 ，而實際工程中 只能是有限值。因此，不能過分地追求機械運轉(zhuǎn)速度的均勻性，否則將會使飛輪過于笨重。由于 與n的平方成反比，因此，最好將飛輪安裝在機械的高速軸上。一般把飛輪安裝在機器的主軸上或與機器主軸有定傳動比的構(gòu)件上，保證轉(zhuǎn)動慣量為常數(shù)。運動構(gòu)件都能儲能和釋放能量，可以用較大的皮帶輪或齒輪起飛輪作用。10.5.2 最大盈虧功最大盈虧功W的確定的確定10.5.2 最大盈虧功最大盈虧功W的確定的確定10.5.3 飛輪主要尺寸的確定飛輪主要尺寸的確定如果將飛輪安裝在構(gòu)件x上，此時飛輪的轉(zhuǎn)動慣量 為：1)飛輪應(yīng)安裝在高速軸上

12、2)應(yīng)安裝在主軸或有定比傳動的構(gòu)件上。10.5.3 飛輪主要尺寸的確定飛輪主要尺寸的確定飛輪按構(gòu)造大體可分輪形和盤形兩種。1 輪形飛輪輪形飛輪 2 盤形飛輪盤形飛輪10.6 非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)1 非周期性速度波動產(chǎn)生原因非周期性速度波動產(chǎn)生原因非周期性速度波動多是由于工作阻力或驅(qū)動力在機械運轉(zhuǎn)過程中發(fā)生突變，使輸入能量與輸出能量在一段較長時間內(nèi)失衡所造成的。危害：使系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速持續(xù)地上升或下降，嚴重時，將導(dǎo)致“飛車”或停止運轉(zhuǎn)。非周期性速度波動調(diào)節(jié)目的非周期性速度波動調(diào)節(jié)目的:防止非非周周期期性性速速度度波波動動所引起的機器毀壞或者停車。10.6 非周期性速度波動及

13、其調(diào)節(jié)非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)2 非非周周期期性性速速度度波波動動的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)方方法法非周期性速度波動調(diào)節(jié)問題可分為兩種情況:(1)穩(wěn)穩(wěn)定定系系統(tǒng)統(tǒng)的的自自動動調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)：如果機械系統(tǒng)由于某種干擾而偏離了原來的工作狀態(tài)，經(jīng)過一個過程后，能夠以足夠的精度回到原來的狀態(tài)，那末這個機械系統(tǒng)是一穩(wěn)定的系統(tǒng)，具有自調(diào)性。(2)采用調(diào)速器調(diào)節(jié)采用調(diào)速器調(diào)節(jié)(沒有自調(diào)性的系統(tǒng)沒有自調(diào)性的系統(tǒng))參考文獻1 機械系統(tǒng)運動方程求解方法機械系統(tǒng)運動方程求解方法唐錫寬著，“機械動力學(xué)”，北京：高等教育出版社，1984徐業(yè)宜主編，“機械系統(tǒng)動力學(xué)”，北京：機械工業(yè)出版社，19912 多自由度系統(tǒng)動力學(xué)多自由度系統(tǒng)動力學(xué)王

14、洪恩主編，“機械動力學(xué)”，重慶大學(xué)出版社，1989唐錫寬著，“機械動力學(xué)”，北京：高等教育出版社，1984參考文獻3飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算方法飛輪轉(zhuǎn)動慣量的計算方法孫序梁編著，“飛輪設(shè)計”，北京：高等教育出版社，19924面向計算機的機械系統(tǒng)動力學(xué)建模面向計算機的機械系統(tǒng)動力學(xué)建模Haug著，劉興祥等譯，機械系統(tǒng)的計算機輔助運動學(xué)和動力學(xué)，第一卷：基本方法，北京：高等教育出版社，1996Huston RL，劉又午著，多體系統(tǒng)動力學(xué)，天津大學(xué)出版社，1987/19915 機械彈性動力學(xué)機械彈性動力學(xué)張策等著，彈性連桿機構(gòu)的分析與設(shè)計（第二版），機械工業(yè)出版社，1997作業(yè)：作業(yè)：謝謝觀看/歡迎下載BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH