《《清華綜合課件》 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 第十章 機(jī)械系統(tǒng)32696》由會(huì)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(jì) 第十章 機(jī)械系統(tǒng)32696（46頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

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

2、(力或力矩)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)(位移、速度、加速度)之間的關(guān)系。例如：a、內(nèi)燃機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力是活塞位置的函數(shù)；b、電動(dòng)機(jī)發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力矩是轉(zhuǎn)子角速度的函數(shù)。1、驅(qū)動(dòng)力：原動(dòng)機(jī)發(fā)出的力(力矩)。下圖分別為直流并激電動(dòng)機(jī)、直流串激電動(dòng)機(jī)和交流異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線2、工作阻力：系統(tǒng)工作時(shí)需要克服的工作 負(fù)荷。（1）起重機(jī)、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(jī)、內(nèi)燃機(jī)：工作阻力是原動(dòng)件位置的函數(shù)工作阻力是原動(dòng)件位置的函數(shù)（3）鼓風(fēng)機(jī)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(jī)、粉碎機(jī)：工作阻力是時(shí)間的函數(shù)工作阻力是時(shí)

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

4、從正常轉(zhuǎn)速下降到0。啟動(dòng)階段和停車階段統(tǒng)稱為機(jī)械系統(tǒng)的啟動(dòng)階段和停車階段統(tǒng)稱為機(jī)械系統(tǒng)的過渡過程。過渡過程。10.2 機(jī)械的等效動(dòng)力學(xué)模型機(jī)械的等效動(dòng)力學(xué)模型10.2.1 等效動(dòng)力學(xué)模型的建模方法等效動(dòng)力學(xué)模型的建模方法1、等效動(dòng)力學(xué)建模原理：等效動(dòng)力學(xué)建模原理：動(dòng)能不變原則：等效構(gòu)件的質(zhì)量或轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所具有的動(dòng)能等于整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)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(gè)系統(tǒng)的所有力、力矩所做功(或功率)之和。10.2 機(jī)械的等效動(dòng)力學(xué)模型機(jī)械的等效動(dòng)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(dòng)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(jī)構(gòu)位置的函數(shù)；2等效力矩Me為正時(shí)，為等效驅(qū)動(dòng)力矩；為負(fù) 時(shí)，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(jī)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(shí)際并不存在，不是合力 矩。5若所受外力不變，定傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)的等效力矩 為常數(shù)。3、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量求等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的原則：等效構(gòu)件所具有的動(dòng)能等于整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)能之和。根據(jù)動(dòng)能等效原則：等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：小結(jié)小結(jié)（1）Je是機(jī)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(dòng)慣量；（4）定傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Je 是常數(shù)。4、舉例舉例求曲柄滑塊機(jī)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(dòng)慣量：10.3 系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程及求解系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程及求解常用的機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程有兩種形式：能量式運(yùn)動(dòng)方程力、力矩式運(yùn)動(dòng)方程10.3.1 能量形式的運(yùn)動(dòng)方程能量形式的運(yùn)動(dòng)方程根據(jù)動(dòng)能定理：以轉(zhuǎn)動(dòng)等效構(gòu)件為例。以轉(zhuǎn)動(dòng)等效構(gòu)件為例。設(shè)等效構(gòu)件由位置1運(yùn)動(dòng)到位置2，等效構(gòu)件運(yùn)動(dòng)方程的能量形式：或10.3.2力矩形式的運(yùn)動(dòng)方程力矩形式的運(yùn)動(dòng)方程將 寫成微分形式:式中，等效構(gòu)件運(yùn)動(dòng)方程式的力矩形式：如果Je為常數(shù)，10.3.3 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程的

7、求解機(jī)械運(yùn)動(dòng)方程的求解以等效構(gòu)件為轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件，等效力矩和等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為機(jī)構(gòu)位置函數(shù)的情況為例。已知 ，求解機(jī)械的真實(shí)運(yùn)動(dòng)。采用機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)間系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間10.4 機(jī)械系統(tǒng)的周期性速度波動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法及其調(diào)節(jié)方法1.周期性速度波動(dòng)產(chǎn)生的原因周期性速度波動(dòng)產(chǎn)生的原因機(jī)械系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)工作狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于等效力矩和等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的周期性變化引起的速度波動(dòng)。產(chǎn)生速度波動(dòng)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(dòng)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(dòng)件所產(chǎn)生的慣性影響不同。10.4 機(jī)械系統(tǒng)的周期性速度波動(dòng)及機(jī)械系統(tǒng)的周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法其調(diào)節(jié)方法速度波動(dòng)的危害速度波動(dòng)的危害：1)在機(jī)器各運(yùn)動(dòng)副中引起附加動(dòng)壓力，降低機(jī)器效率和工作的可靠性。2)在機(jī)器中引起彈性振動(dòng)，影響機(jī)器的強(qiáng)度、壽命和消耗部分動(dòng)力。3)影響機(jī)器進(jìn)行的工藝過程，使產(chǎn)品質(zhì)量下降。2.速度波動(dòng)程度的衡量指標(biāo)在周期T內(nèi)的平均角速度：或 為一個(gè)循環(huán)中等效構(gòu)件的轉(zhuǎn)角。工程計(jì)算中常用算術(shù)平均角速度來近似地代替實(shí)際的平均角速度：10.4 機(jī)械系統(tǒng)的周期性速度波動(dòng)及其機(jī)械系統(tǒng)的周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法10.4 機(jī)械系統(tǒng)的周期性速度波動(dòng)及其機(jī)械系統(tǒng)的周期性速度

9、波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法機(jī)械的絕對不均勻度：機(jī)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(dòng)程度哪？例如：10.4 機(jī)械系統(tǒng)的周期性速度波動(dòng)及其機(jī)械系統(tǒng)的周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻系數(shù)(速度波動(dòng)系數(shù))：設(shè)計(jì)時(shí)10.4 機(jī)械系統(tǒng)的周期性速度波動(dòng)及其機(jī)械系統(tǒng)的周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)方法3.周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)方法周期性速度波動(dòng)的調(diào)節(jié)方法為了減小機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的周期性速度波動(dòng)，最常用的方法是安裝飛輪。*飛輪設(shè)計(jì)的基本問題飛輪設(shè)計(jì)的基本問題:根據(jù)機(jī)器實(shí)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(dòng)慣量 。10.5 飛輪的設(shè)計(jì)飛輪的設(shè)

10、計(jì)飛輪設(shè)計(jì)等效力矩等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量平均角速度機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻系數(shù)的許用值飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量飛輪尺寸10.5 飛輪的設(shè)計(jì)飛輪的設(shè)計(jì)10.5.1 飛輪設(shè)計(jì)的基本原理飛輪設(shè)計(jì)的基本原理10.5.1 飛輪設(shè)計(jì)的基本原理飛輪設(shè)計(jì)的基本原理機(jī)械在b點(diǎn)處具有最小的動(dòng)能增量對應(yīng)最大虧功 圖(a)中陰影面積 (-)；在c點(diǎn)，機(jī)械具有最大動(dòng)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(jì)的基本原理飛輪設(shè)計(jì)的基本原理根據(jù)動(dòng)能定理，安裝飛輪后，速度波動(dòng)系數(shù)：設(shè)計(jì)飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)滿足：當(dāng) 時(shí),小結(jié)小結(jié):當(dāng) 與n一定時(shí)，如果加大 ，則機(jī)械的速度波動(dòng)系數(shù)下降，起到減小機(jī)械速度波動(dòng)的作用，達(dá)到調(diào)速的目

11、的；但安裝飛輪不能消除速度波動(dòng)。如果 值取得很小，飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就會(huì)很大；若 ，而實(shí)際工程中 只能是有限值。因此，不能過分地追求機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)速度的均勻性，否則將會(huì)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(jī)械的高速軸上。一般把飛輪安裝在機(jī)器的主軸上或與機(jī)器主軸有定傳動(dòng)比的構(gòu)件上，保證轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為常數(shù)。運(yùn)動(dòng)構(gòu)件都能儲(chǔ)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(shí)飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)及其調(diào)節(jié)非周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)1 非周期性速度波動(dòng)產(chǎn)生原因非周期性速度波動(dòng)產(chǎn)生原因非周期性速度波動(dòng)多是由于工作阻力或驅(qū)動(dòng)力在機(jī)械運(yùn)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(shí)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(yán)重時(shí)，將導(dǎo)致“飛車”或停止運(yùn)轉(zhuǎn)。非周期性速度波動(dòng)調(diào)節(jié)目的非周期性速度波動(dòng)調(diào)節(jié)目的:防止非非周周期期性性速速度度波波動(dòng)動(dòng)所引起的機(jī)器毀壞或者停車。10.6 非周期性速度波動(dòng)及

13、其調(diào)節(jié)非周期性速度波動(dòng)及其調(diào)節(jié)2 非非周周期期性性速速度度波波動(dòng)動(dòng)的的調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)方方法法非周期性速度波動(dòng)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(dòng)動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)：如果機(jī)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(gè)過程后，能夠以足夠的精度回到原來的狀態(tài)，那末這個(gè)機(jī)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(xiàn)1 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程求解方法機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程求解方法唐錫寬著，“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”，北京：高等教育出版社，1984徐業(yè)宜主編，“機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)”，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19912 多自由度系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)多自由度系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)王

14、洪恩主編，“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”，重慶大學(xué)出版社，1989唐錫寬著，“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”，北京：高等教育出版社，1984參考文獻(xiàn)3飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算方法飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算方法孫序梁編著，“飛輪設(shè)計(jì)”，北京：高等教育出版社，19924面向計(jì)算機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模面向計(jì)算機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模Haug著，劉興祥等譯，機(jī)械系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)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(dòng)力學(xué)，天津大學(xué)出版社，1987/19915 機(jī)械彈性動(dòng)力學(xué)機(jī)械彈性動(dòng)力學(xué)張策等著，彈性連桿機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)（第二版），機(jī)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