《【重慶大學(xué)機(jī)械原理本科生教學(xué)課件】第六章 機(jī)械動力學(xué)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《【重慶大學(xué)機(jī)械原理本科生教學(xué)課件】第六章 機(jī)械動力學(xué)（40頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第 六 章 機(jī) 械 動 力 學(xué) 假 定 原 動 件 勻 速 運(yùn) 動 進(jìn) 行 分 析 的 局 限 性 分 析 結(jié) 果 與 真 實(shí) 情 況 有 差 異 ， 對 于 高 速 、 重 載 、 大 質(zhì) 量的 機(jī) 械 ， 這 種 分 析 誤 差 可 能 直 接 影 響 到 設(shè) 計(jì) 的 安 全 性 和 可 靠性 。 實(shí) 際 工 況 作 用 在 機(jī) 器 執(zhí) 行 構(gòu) 件 的 生 產(chǎn) 阻 力 形 式 是 各 種 各 樣 的 ， 絕大 多 數(shù) 機(jī) 器 受 到 的 生 產(chǎn) 阻 力 是 變 化 的 (時(shí) 大 時(shí) 小 ， 時(shí) 有 時(shí) 無 ,突 然 加 載 ， 毫 無 規(guī) 律 等 )， 作 用 在 構(gòu) 件 上 的 摩 擦

2、力 和 摩 擦 力矩 隨 著 機(jī) 器 的 運(yùn) 轉(zhuǎn) 也 在 不 斷 變 化 。 因 此 ， 絕 大 多 數(shù) 機(jī) 械 系 統(tǒng)運(yùn) 轉(zhuǎn) 時(shí) ， 其 主 軸 (Main shaft)的 速 度 是 波 動 的 。 有 害 影 響 主 軸 速 度 過 大 的 波 動 變 化 會 影 響 機(jī) 器 的 正 常 工 作 ， 增 大運(yùn) 動 副 中 的 動 載 荷 ， 加 劇 運(yùn) 動 副 的 磨 損 ， 降 低 機(jī) 器 的 工 作 精度 和 傳 動 效 率 ， 縮 短 機(jī) 器 的 使 用 壽 命 。 周 期 性 的 速 度 波 動 還會 激 發(fā) 機(jī) 器 振 動 ， 產(chǎn) 生 噪 聲 ， 甚 至 引 起 機(jī) 器 共 振

3、 ， 造 成 意 外事 故 。 造 成 系 統(tǒng) 主 軸 周 期 性 波 動 的 重 要 原 因 高 速 、 重 載 的 機(jī) 械 系 統(tǒng) 中 ， 構(gòu) 件 周 期 性 運(yùn) 動 的 慣 性 力(Inertia force)和 慣 性 力 矩 (Inertia torque) 。 考 慮 構(gòu) 件 慣 性 力 的 重 要 性 當(dāng) 構(gòu) 件 的 慣 性 力 不 能 忽 略 時(shí) ， 必 須 準(zhǔn) 確 計(jì) 算 構(gòu) 件 的 質(zhì) 量和 轉(zhuǎn) 動 慣 量 。 構(gòu) 件 的 這 些 參 數(shù) 與 其 剖 面 尺 寸 和 結(jié) 構(gòu) 尺 寸 有關(guān) ， 確 定 這 些 尺 寸 的 主 要 技 術(shù) 依 據(jù) 是 對 構(gòu) 件 作 的 符 合

4、 其 真 實(shí)受 力 情 況 的 受 力 分 析 。 對 于 高 速 、 重 載 的 機(jī) 械 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 計(jì) 入構(gòu) 件 慣 性 力 和 慣 性 力 矩 的 受 力 分 析 ， 是 十 分 必 要 的 。 本 章 討 論 的 問 題 機(jī) 構(gòu) 的 動 態(tài) 靜 力 分 析 (K inetostatical analysis) 機(jī) 械 的 平 衡 (Balancing of machinery) 機(jī) 械 的 真 實(shí) 運(yùn) 動 (Actual motion)規(guī) 律 分 析 與 速 度 波 動 調(diào) 節(jié) (Speed fluctuation regulation) 第 一 節(jié) 機(jī) 構(gòu) 的 動 態(tài) 靜 力 分

5、 析 主 要 目 的 確 定 運(yùn) 動 副 中 的 約 束 反 力 。 確 定 在 按 給 定 的 運(yùn) 動 規(guī) 律 條 件 下 需 要 加 在 原 動 件 上的 平 衡 力 (Balance force)或 平 衡 力 矩 (Trimming moment)。 方 法 對 于 低 速 機(jī) 械 ， 可 以 在 不 計(jì) 慣 性 力 的 條 件 下 對 機(jī) 構(gòu) 進(jìn) 行受 力 分 析 ， 即 靜 力 分 析 (Statical analysis)。 對 于 中 、 高 速 機(jī) 械 ， 可 以 根 據(jù) 達(dá) 朗 貝 爾 原 理 將 構(gòu) 件 運(yùn) 動時(shí) 產(chǎn) 生 的 慣 性 力 作 為 已 知 外 力 加 在 相

6、 應(yīng) 的 構(gòu) 件 上 ， 將 動 態(tài) 受力 系 統(tǒng) 轉(zhuǎn) 化 為 瞬 時(shí) 靜 力 平 衡 系 統(tǒng) ， 用 靜 力 學(xué) 的 方 法 對 機(jī) 構(gòu) 進(jìn)行 受 力 分 析 ， 即 動 態(tài) 靜 力 分 析 。 一 、 構(gòu) 件 慣 性 力 的 確 定用 力 學(xué) 方 法 確 定 機(jī) 構(gòu) 的 慣 性 力 用 解 析 法 對 機(jī) 構(gòu) 進(jìn) 行 動 態(tài) 靜 力 分 析 時(shí) ， 常 采 用 分 量 的 形式 表 示 慣 性 力 。 施 加 在 構(gòu) 件 i上 的 慣 性 力 Fi在 x、 y方 向 上 的 分量 為 Siiyi Siixi ymF xmF SiSiSii Siii xyxm ym arctanarctan

7、 慣 性 力 的 方 向 用 慣 性 力 在 坐 標(biāo) 系 中 的 方 位 角 i表 示 為 慣 性 力 的 大 小 為 SiiSiSiii amyxmF 22 慣 性 力 矩 的 的 大 小 為 iSii JM 二 、 機(jī) 構(gòu) 動 態(tài) 靜 力 分 析 的 解 析 法 機(jī) 構(gòu) 動 態(tài) 靜 力 分 析 的 任 務(wù) 已 知 機(jī) 構(gòu) 中 各 構(gòu) 件 的 重 力 、 慣 性 力 和 給 定 的 工 作 阻 力 及各 構(gòu) 件 的 運(yùn) 動 參 數(shù) ， 求 出 各 運(yùn) 動 副 中 的 約 束 反 力 和 原 動 件 上所 需 的 驅(qū) 動 力 或 驅(qū) 動 力 矩 (也 稱 為 機(jī) 構(gòu) 的 平 衡 力 或 平 衡

8、 力矩 )。 方 法 矢 量 方 程 解 析 法 基 本 桿 組 法 直 角 坐 標(biāo) 法 等 直 角 坐 標(biāo) 法 的 主 要 步 驟 建 立 一 平 面 直 角 坐 標(biāo) 系 ， 將 各 構(gòu) 件 上 所 有 的 已 知 力 ， 向各 自 的 質(zhì) 心 簡 化 為 一 個 通 過 質(zhì) 心 的 合 力 (Combined force)和 一 個 合 力 偶 (Combined couple of forces)， 并 將該 合 力 用 平 行 于 坐 標(biāo) 軸 的 兩 個 分 量 表 示 。 將 運(yùn) 動 副 中 的 所 有 待 求 約 束 反 力 用 平 行 于 坐 標(biāo) 軸 的 兩 個分 量 表 示 。

9、 以 每 一 個 構(gòu) 件 為 受 力 分 析 單 元 ， 建 立 單 元 力 平 衡 方 程式 ， 并 將 其 表 示 成 單 元 力 平 衡 矩 陣 方 程 。 根 據(jù) 約 束 力 與 約 束 反 力 大 小 相 等 、 方 向 相 反 的 原 則 ， 最后 將 各 單 元 力 平 衡 矩 陣 方 程 “ 組 裝 ” 成 機(jī) 構(gòu) 力 平 衡 矩 陣方 程 ， 用 計(jì) 算 機(jī) 求 解 。 機(jī) 構(gòu) 動 態(tài) 靜 力 分 析 力 平 衡 矩 陣 方 程 的 建 立 機(jī) 構(gòu) 動 態(tài) 靜 力 分 析 方 程 組 的 表 示 設(shè) 已 知 力 列 陣 為 F， 待 求 力 列 陣 為 R， 待 求 力 系

10、數(shù) 矩陣 為 A， 機(jī) 構(gòu) 動 態(tài) 靜 力 分 析 方 程 組 可 以 統(tǒng) 一 表 示 為ARF 求 出 機(jī) 構(gòu) 在 一 個 運(yùn) 動 循 環(huán) 中 的 全 部 約 束 反 力 后 ， 可 以 根據(jù) 約 束 反 力 中 的 最 大 值 對 構(gòu) 件 強(qiáng) 度 或 剛 度 條 件 進(jìn) 行 校 核 ， 若校 核 結(jié) 果 不 滿 足 要 求 ,應(yīng) 重 新 修 改 設(shè) 計(jì) ， 直 至 滿 足 設(shè) 計(jì) 要求 。 根 據(jù) 平 衡 力 矩 計(jì) 算 結(jié) 果 的 最 大 值 和 變 化 規(guī) 律 ， 結(jié) 合 機(jī) 構(gòu)的 傳 動 效 率 和 工 作 阻 力 的 特 點(diǎn) ， 可 以 選 擇 原 動 機(jī) 的 類 型 和 功率 。

11、 例 圖 示 六 桿 機(jī) 構(gòu) ， 已 知 :LAB 80mm， LBC 260mm，LCD 300mm， LDE 400mm，LEF 460mm。1 40rads， 逆 時(shí) 針 轉(zhuǎn) 動各 構(gòu) 件 質(zhì) 量m1 3.6kg，m2 6kg， m 3 7.2kg， m4 8.5kg， m5 8.5kg。各 構(gòu) 件 轉(zhuǎn) 動 慣 量J10.03kgm2， J20.08kgm2，J30.1kgm2， J40.12kgm2。 水 平 方 向 工 作 阻 力Px4000N180mm C311A 6B ED190mm 2 42 F 5 4 3S2S1 S4S3 S5 PxG 01.0-2.04.03.02.0-1

12、.0-4.0-3.0 360 118060 240FAxFAyFDy FG120 300MbF ( 104N)M (103Nm) FDx Rij 四 、 考 慮 運(yùn) 動 副 摩 擦 的 受 力 分 析 力 平 衡 方 程 的 待 求 力 部 分 包 括 運(yùn) 動 副中 的 摩 擦 力 。 摩 擦 力 與 作 用 在 運(yùn) 動 副 中 的約 束 反 力 和 運(yùn) 動 副 元 素 間 的 當(dāng) 量 摩 擦 系 數(shù)0有 關(guān) ， 可 以 把 摩 擦 力 和 摩 擦 力 矩 表 示 為約 束 反 力 的 函 數(shù) 。 220 )( yijxij RRr ）（ 轉(zhuǎn) 動 副 中 的 摩 擦 力 偶 矩 三 、 機(jī) 構(gòu)

13、 動 態(tài) 靜 力 分 析 的 圖 解 法 機(jī) 構(gòu) 動 態(tài) 靜 力 分 析 的 圖 解 法 將 切 于 半 徑 為 0r的 摩 擦 圓 的 約 束反 力 Rij向 轉(zhuǎn) 動 副 中 心 簡 化 ， 得 到 大 小 和方 向 與 Rij相 同 的 總 反 力 Rij和 一 個 摩 擦 力偶 矩 0rRij， 其 方 向 與 ij方 向 相 同 。 待 求 力 的 分 量 形 式 j Riji0rRij ij ij R xijRijMfRyij 220 )()( yijxij RR 移 動 副 中 的 摩 擦 力 設(shè) 滑 塊 相 對 于 導(dǎo) 軌 的 的 速 度 vji的 方 向 與 x軸 正 向 的

14、夾 角 為， 約 束 反 力 Rij產(chǎn) 生 的 摩 擦 力 在 x方 向 和 y方 向 的 分 量 分 別 為 含 有 摩 擦 力 和 摩 擦 力 偶 矩 的 非 線 性 方 程 組 方 程 組 中 的 待求 機(jī) 構(gòu) 約 束 反 力 項(xiàng) 和220 )()(cos yijxij RR 220 )()(sin yijxij RR yijxij RR 、 和 22 )()( yijxij RR 應(yīng) 用 逼 近 法 對 方 程 組 進(jìn) 行 求 解 的 步 驟 令 00， 求 出 理 想 機(jī) 械 中 的 運(yùn) 動 副 反 力 。 根 據(jù) 求 出 的 約 束 反 力 計(jì) 算 運(yùn) 動 副 中 的 摩 擦 力

15、和 摩 擦力 矩 ， 將 其 作 為 已 知 力 加 在 相 應(yīng) 的 構(gòu) 件 上 重 新 進(jìn) 行 受 力 分析 ， 計(jì) 算 運(yùn) 動 副 中 的 約 束 反 力 。 相 鄰 兩 次 計(jì) 算 出 的 約 束 反 力誤 差 滿 足 分 析 精 度 要 求 ， 則 以 最 后 一 次 計(jì) 算 結(jié) 果 作 為 力 分 析的 最 終 結(jié) 果 ， 否 則 重 復(fù) 上 述 過 程 ， 直 到 滿 足 分 析 精 度 要 求 為止 第 二 節(jié) 機(jī) 械 的 平 衡機(jī) 械 平 衡 的 目 的機(jī) 械 平 衡 的 內(nèi) 容 一 、 轉(zhuǎn) 子 的 平 衡 轉(zhuǎn) 子 的 平 衡 包 括 剛 性 轉(zhuǎn) 子 的 平 衡 (Balanc

16、ing of rigid rotor)和 撓 性 轉(zhuǎn) 子 的 平 衡 (Balancing of flexible rotor)。 (一 )剛 性 轉(zhuǎn) 子 的 平 衡 計(jì) 算 剛 性 轉(zhuǎn) 子 的 靜 平 衡 (Static balance)剛 性 轉(zhuǎn) 子 的 靜 平 衡 計(jì) 算 剛 性 轉(zhuǎn) 子 的 動 平 衡 (Dynamic balance ) 剛 性 轉(zhuǎn) 子 的 動 平 衡 計(jì) 算 導(dǎo) 軌 式 靜 平 衡 架O O QSQS 導(dǎo) 軌 式 靜 平 衡 架 QSO OQS 導(dǎo) 軌 式 靜 平 衡 架 QSO OQS 導(dǎo) 軌 式 靜 平 衡 架 QSO OQS 導(dǎo) 軌 式 靜 平 衡 架 QSO

17、 OQS (二 )剛 性 轉(zhuǎn) 子 的 平 衡 實(shí) 驗(yàn) 1. 剛 性 轉(zhuǎn) 子 的 靜 平 衡 實(shí) 驗(yàn) 滾 子 式 平 衡 架 Q Q QQ單 擺 式 平 衡 架 (一 )平 面 機(jī) 構(gòu) 慣 性 力 的 完 全 平 衡 實(shí) 現(xiàn) 平 面 機(jī) 構(gòu) 慣 性 力 的 完 全 平 衡 ， 需 使 機(jī) 構(gòu) 的 質(zhì) 心 保 持靜 止 不 動 。 平 面 機(jī) 構(gòu) 慣 性 力 的 完 全 平 衡 (二 )平 面 機(jī) 構(gòu) 慣 性 力 的 部 分 平 衡平 面 機(jī) 構(gòu) 慣 性 力 的 部 分 平 衡 第 三 節(jié) 機(jī) 械 的 運(yùn) 轉(zhuǎn) 及 其 速 度 波 動 的 調(diào) 節(jié) 一 、 概 述 機(jī) 械 系 統(tǒng) 的 運(yùn) 動 規(guī) 律

18、， 是 由 各 構(gòu) 件 的 質(zhì) 量 (Mass)、 轉(zhuǎn) 動慣 量 (Moment of inertia)和 作 用 于 各 構(gòu) 件 上 的 力 等 多 方 面 因素 決 定 的 。 研 究 內(nèi) 容 在 外 力 作 用 下 機(jī) 械 的 真 實(shí) 運(yùn) 動 規(guī) 律 及 機(jī) 械 速度 波 動 的 調(diào) 節(jié) 。 研 究 目 的 使 機(jī) 械 的 轉(zhuǎn) 速 在 允 許 范 圍 內(nèi) 波 動 ， 保 證 機(jī) 械正 常 工 作 。 機(jī) 械 主 軸 速 度 產(chǎn) 生 波 動 的 原 因 機(jī) 械 的 輸 入 功 與 有 用 功和 有 害 功 之 和 不 能 時(shí) 時(shí) 保 證 相 等 。 機(jī) 械 速 度 波 動 類 型 周 期

19、性 速 度 波 動 (Periodic speed fluctuation) 非 周 期 性 速 度 波 動 (Aperiodic speed fluctuation) 工 作 角 速 度nn 額 定 角 速 度 1. 作 用 在 機(jī) 械 上 的 驅(qū) 動 力和 生 產(chǎn) 阻 力 的 性 質(zhì) 驅(qū) 動 力 常 數(shù) 如 重 力 FdC 位 移 的 函 數(shù) 如 彈 簧 力 Fd Fd(s)、 內(nèi) 燃 機(jī) 驅(qū) 動 力 矩Md Md(s) 速 度 的 函 數(shù) 如 電 動 機(jī)驅(qū) 動 力 矩 Md Md() Md B NA C0 0 同 步 角 速 度 nMM 00nd 生 產(chǎn) 阻 力 常 數(shù) 如 起 重 機(jī)

20、、 車 床 的 生 產(chǎn) 阻 力 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 位 置 的 函 數(shù) 如 曲 柄 壓 力 機(jī) 、 活 塞 式 壓 縮 機(jī) 的生 產(chǎn) 阻 力 執(zhí) 行 構(gòu) 件 速 度 的 函 數(shù) 如 鼓 風(fēng) 機(jī) 、 離 心 泵 的 生 產(chǎn) 阻 力 時(shí) 間 的 函 數(shù) 如 揉 面 機(jī) 、 球 磨 機(jī) 的 生 產(chǎn) 阻 力 2. 機(jī) 器 運(yùn) 轉(zhuǎn) 的 三 個 階 段 啟 動 階 段 、 穩(wěn) 定 運(yùn) 轉(zhuǎn) 階 段 、 停車 階 段 穩(wěn) 定 運(yùn) 轉(zhuǎn)起 動 t 停 車 穩(wěn) 定 運(yùn) 轉(zhuǎn) 階 段 的 不 同 狀 況 m t 穩(wěn) 定 運(yùn) 轉(zhuǎn)起 動 停 車 勻 速 穩(wěn) 定 運(yùn) 轉(zhuǎn) C 周 期 變 速 穩(wěn) 定 運(yùn) 轉(zhuǎn) (t)(tT) 非 周

21、 期 變 速 穩(wěn) 定 運(yùn) 轉(zhuǎn) 起 動 m t 穩(wěn) 定 運(yùn) 轉(zhuǎn) 停 車 二 、 單 自 由 度 機(jī) 械 系 統(tǒng) 的 等 效 動 力 學(xué) 模 型 研 究 機(jī) 械 系 統(tǒng) 的 真 實(shí) 運(yùn) 動 規(guī) 律 ， 必 須 分 析 系 統(tǒng) 的 功 能 關(guān)系 ， 建 立 作 用 于 系 統(tǒng) 上 的 外 力 與 系 統(tǒng) 動 力 參 數(shù) 和 運(yùn) 動 參 數(shù) 之間 的 關(guān) 系 式 ， 即 機(jī) 械 運(yùn) 動 方 程 。 理 論 依 據(jù) 機(jī) 械 系 統(tǒng) 在 時(shí) 間 t內(nèi) 的 的 動 能 增 量 E應(yīng) 等 于 作 用 于 該 系統(tǒng) 所 有 各 外 力 的 元 功 W。 微 分 形 式 dEdW機(jī) 械 運(yùn) 動 方 程 的 一 般

22、 表 達(dá) 式 研 究 對 象 的 簡 化 對 于 單 自 由 度 機(jī) 械 系 統(tǒng) ， 只 要 知 道 其 中 一 個 構(gòu) 件 的 運(yùn) 動規(guī) 律 ， 其 余 所 有 構(gòu) 件 的 運(yùn) 動 規(guī) 律 就 可 隨 之 求 得 。 因 此 ， 可 以把 復(fù) 雜 的 機(jī) 械 系 統(tǒng) 簡 化 成 一 個 構(gòu) 件 ， 即 等 效 構(gòu) 件 (Equivalent link)， 建 立 最 簡 單 的 等 效 動 力 學(xué) 模 型 (Dynamically equivalent model)。 xy1 2 3O A B1 F3v2 機(jī) 械 系 統(tǒng) 的 等 效 動 力 學(xué) 模 型 S2S1 S3M11 v3 2 例 圖

23、 示 曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) 中 ， 設(shè)已 知 各 構(gòu) 件 角 速 度 、 質(zhì) 量 、 質(zhì) 心位 置 、 質(zhì) 心 速 度 、 轉(zhuǎn) 動 慣 量 ,驅(qū) 動力 矩 為 M1， 阻 力 F3。動 能 增 量 )2222d(d 233222222211 vmvmJJE SS 外 力 所 做 元 功 之 和dWNdt (M1 1 F3v3cos3)dt (M1 1F3v3)dt運(yùn) 動 方 程 tvFMvmvmJJ SS d)()2222d( 3311233222222211 選 曲 柄 1為 等 效 構(gòu) 件 ， 曲 柄 轉(zhuǎn) 角 1為 獨(dú) 立 的 廣 義 坐 標(biāo) ， 改寫 公 式 tvFMvmvmJJ SS

24、 d)()()()(2d 13311213321222122121 具 有 轉(zhuǎn) 動 慣 量 的 量 綱 Je 具 有 力 矩 的 量 綱 MetMJ d2d 1e21e 定 義Je 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 ， JeJe(1)Me 等 效 力 矩 ， Me Me(1， 1， t) 結(jié) 論 對 一 個 單 自 由 度 機(jī) 械 系 統(tǒng) (曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) )的 研 究 ， 可 以簡 化 為 對 一 個 具 有 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 Je(1)， 在 其 上 作 用 有 等 效力 矩 Me (1， 1， t)的 假 想 構(gòu) 件 的 運(yùn) 動 的 研 究 。 等 效 構(gòu) 件 J eO B1Me1

25、JeO 1Me1 xy1 2 3O A B1 F3v2S2S1 S3M11 v3 2 定 義 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 (Equivalent moment of inertia)等 效 構(gòu)件 具 有 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 ， 其 動 能 等 于 原 機(jī) 械 系 統(tǒng) 所 有 構(gòu) 件 動 能 之和 。 等 效 力 矩 (Equivalent moment of force)作 用 在 等 效 構(gòu)件 上 的 力 矩 ， 其 瞬 時(shí) 功 率 等 于 作 用 在 原 機(jī) 械 系 統(tǒng) 上 所 有 外 力在 同 一 瞬 時(shí) 的 功 率 之 和 。 具 有 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 ， 其 上 作 用 有 等 效

26、 力 矩 的 等 效 構(gòu) 件 稱為 等 效 動 力 學(xué) 模 型 。 選 滑 塊 3為 等 效 構(gòu) 件 , 滑 塊 位 移 s3為 獨(dú) 立 的 廣 義 坐 標(biāo) ， 改寫 公 式 tFvMvmvvmvJvJv SS d)()()()(2d 33113323222322231123 具 有 質(zhì) 量 的 量 綱 me 具 有 力 的 量 綱 FetvFvm d2d 3e23e 定 義me 等 效 質(zhì) 量 ， meme(s3)Fe 等 效 力 ， Fe Fe(s3， v3， t) 結(jié) 論 對 一 個 單 自 由 度 機(jī) 械 系 統(tǒng) (曲 柄 滑 塊 機(jī) 構(gòu) )的 研 究 ， 也 可以 簡 化 為 對 一

27、 個 具 有 等 效 質(zhì) 量 me(s3)， 在 其 上 作 用 有 等 效 力Fe (s3， v3， t)的 假 想 構(gòu) 件 的 運(yùn) 動 的 研 究 。 O A B 1 mev3 Fes3mev3 Fes3xy1 2 3O A B1 F3v2S2S1 S3M11 v3 2等 效 構(gòu) 件 定 義 等 效 質(zhì) 量 (Equivalent mass)等 效 構(gòu) 件 具 有 的 質(zhì) 量 ， 其動 能 等 于 原 機(jī) 械 系 統(tǒng) 所 有 構(gòu) 件 動 能 之 和 。 等 效 力 (Equivalent force)作 用 在 等 效 構(gòu) 件 上 的 力 ， 其瞬 時(shí) 功 率 等 于 作 用 在 原 機(jī)

28、械 系 統(tǒng) 上 所 有 外 力 在 同 一 瞬 時(shí) 的 功率 之 和 。 具 有 等 效 質(zhì) 量 量 ， 其 上 作 用 有 等 效 力 的 等 效 構(gòu) 件 也 稱 為等 效 動 力 學(xué) 模 型 。 單 自 由 度 機(jī) 械 系 統(tǒng) 等 效 動 力 學(xué) 模 型 的 一 般 表 達(dá) 取 轉(zhuǎn) 動 構(gòu) 件 為 等 效 構(gòu) 件 ni iiSSii JvmJ 1 22e ni iiiii MvFM 1e cos 取 移 動 構(gòu) 件 為 等 效 構(gòu) 件 ni iiSSii vJvvmm 1 22e ni iiiii vMvvFF 1e cos 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 、 等 效 力 矩 以 及 等 效 質(zhì)

29、量 、 等 效 力 ， 是 建立 等 效 動 力 學(xué) 模 型 的 重 要 參 數(shù) 。 為 了 分 析 方 便 ， 常 將 系 統(tǒng) 的 等 效 力 矩 用 等 效 驅(qū) 動 力 矩 和等 效 阻 力 矩 之 和 表 示 ， 等 效 力 用 等 效 驅(qū) 動 力 和 等 效 阻 力 之 和表 示 。 即 MeMedMerFeFedFer 選 取 等 效 構(gòu) 件 時(shí) 考 慮 的 因 素 便 于 計(jì) 算 等 效 構(gòu) 件 的 等 效 動 力 學(xué) 參 數(shù) 。 便 于 計(jì) 算 等 效 構(gòu) 件 的 運(yùn) 動 周 期 和 運(yùn) 動 位 置 。 便 于 在 等 效 構(gòu) 件 的 運(yùn) 動 分 析 完 成 后 求 解 其 他

30、構(gòu) 件 的運(yùn) 動 參 數(shù) 。 通 常 選 取 機(jī) 構(gòu) 中 作 轉(zhuǎn) 動 的 原 動 件 或 機(jī) 器 的 主 軸 作 為 等 效 構(gòu) 件 。 例 1 圖 示 機(jī) 床 工 作 臺 傳 動 系 統(tǒng) ， 已 知 各 齒 輪 的 齒 數(shù) 分 別為 ： z1=20， z260， z220， z380。 齒 輪 3與 齒 條 4嚙 合 的 節(jié) 圓半 徑 為 r3， 各 輪 轉(zhuǎn) 動 慣 量 分 別 為 J1、 J2、 J2和 J3， 工 作 臺 與 被加 工 件 的 重 量 和 為 G， 齒 輪 1上 作 用 有 驅(qū) 動 矩 Md， 齒 條 的 節(jié)線 上 水 平 作 用 有 生 產(chǎn) 阻 力 Fr。 求 以 齒

31、輪 1為 等 效 構(gòu) 件 時(shí) 系 統(tǒng)的 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 和 等 效 力 矩 。解 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 2332 21232 213221221 2142133212221e rzz zzgGzz zzJzzJJJ vgGJJJJJ 1 32 r32MdFr 4 代 入 已 知 值 grGJJJJJ 233221e 1441144191 144 3r32 213r133rer rFzz zzrFrFM 整 個 傳 動 系 統(tǒng) 的 等 效 力 矩 為 1443rderede rFMMMM 系 統(tǒng) 的 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 為 常數(shù) ,高 速 運(yùn) 動 構(gòu) 件 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 在 等

32、效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 中 占 的 比 例 大 。 等 效 阻 力 矩 為 例 2 齒 輪 連 桿 機(jī) 構(gòu) 的 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 和 等 效 力 矩 計(jì) 算齒 輪 連 桿 機(jī) 構(gòu) 的 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 和 等 效 力 矩 計(jì) 算1 32 r32Md Fr 4 三 、 機(jī) 械 運(yùn) 動 方 程 及 其 求 解 (一 ) 機(jī) 械 運(yùn) 動 方 程 利 用 等 效 動 力 學(xué) 模 型 方 法 ， 只 要 能 解 出 等 效 構(gòu) 件 的 運(yùn) 動規(guī) 律 ， 即 可 以 用 運(yùn) 動 分 析 方 法 求 出 整 個 系 統(tǒng) 中 所 有 構(gòu) 件 的 運(yùn)動 規(guī) 律 。 機(jī) 械 運(yùn) 動 方 程 式 的 推 演

33、 (二 )運(yùn) 動 方 程 求 解 方 法 圖 解 法 、 解 析 法 、 數(shù) 值 方 法 數(shù) 值 方 法 已 成 為 機(jī) 械 系 統(tǒng) 真 實(shí) 運(yùn) 動 規(guī) 律 分 析 的 常 用 方法 。 機(jī) 械 運(yùn) 動 方 程 式 的 求 解 四 、 機(jī) 械 系 統(tǒng) 速 度 波 動 的 調(diào) 節(jié) 構(gòu) 件 質(zhì) 量 不 變 的 機(jī) 械 系 統(tǒng) ， 隨 著 機(jī) 構(gòu) 周 期 性 地 重 復(fù) 運(yùn)動 ， 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 也 按 一 定 的 規(guī) 律 周 期 性 的 重 復(fù) 變 化 。 如 果 機(jī)械 系 統(tǒng) 的 等 效 力 矩 的 變 化 也 具 有 周 期 性 ， 系 統(tǒng) 的 等 效 構(gòu) 件 將作 周 期 性 的 變 速

34、 運(yùn) 動 ， 否 則 ， 系 統(tǒng) 的 主 軸 將 作 無 規(guī) 律 的 變 速運(yùn) 動 。 穩(wěn) 定 運(yùn) 轉(zhuǎn) 狀 態(tài) 下 機(jī) 械 的 周 期 性 速 度 波 動 機(jī) 械 周 期 性 速 度 波 動 的 調(diào) 節(jié)機(jī) 械 非 周 期 性 速 度 波 動 的 調(diào) 節(jié) 離 心 式 調(diào) 速 器Centrifugal governor 基 本 要 求 明 確 認(rèn) 識 慣 性 力 、 慣 性 力 矩 對 機(jī) 械 工 作 的 穩(wěn) 定 性 、 動 載荷 和 輸 入 力 矩 的 影 響 ， 了 解 機(jī) 構(gòu) 動 態(tài) 靜 力 分 析 的 方 法 。 了 解 機(jī) 械 平 衡 的 目 的 及 其 分 類 ， 掌 握 機(jī) 械 平

35、衡 的 方 法 。熟 練 掌 握 剛 性 轉(zhuǎn) 子 的 平 衡 設(shè) 計(jì) 方 法 ， 了 解 平 衡 試 驗(yàn) 的 原理 及 方 法 ， 了 解 平 面 機(jī) 構(gòu) 慣 性 力 平 衡 的 方 法 。 掌 握 機(jī) 械 運(yùn) 轉(zhuǎn) 過 程 的 三 個 階 段 ， 機(jī) 械 系 統(tǒng) 的 功 、 能 量 和原 動 件 運(yùn) 動 速 度 的 特 點(diǎn) 。 了 解 作 用 在 機(jī) 械 中 的 力 與 某 些運(yùn) 動 參 數(shù) 之 間 的 函 數(shù) 關(guān) 系 。 基 本 要 求 掌 握 建 立 單 自 由 度 機(jī) 械 系 統(tǒng) 等 效 動 力 學(xué) 模 型 以 確 定 機(jī) 械的 真 實(shí) 運(yùn) 動 規(guī) 律 的 基 本 思 路 及 建 立 運(yùn) 動 方 程 式 的 方 法 ，能 求 解 等 效 力 矩 和 等 效 轉(zhuǎn) 動 慣 量 均 是 機(jī) 構(gòu) 位 置 函 數(shù) 時(shí) 機(jī)械 的 運(yùn) 動 方 程 式 。 了 解 周 期 性 速 率 波 動 的 調(diào) 節(jié) 方 法 ， 掌 握 飛 輪 調(diào) 速 原 理 及飛 輪 的 設(shè) 計(jì) 方 法 ， 能 求 解 等 效 力 矩 是 機(jī) 構(gòu) 位 置 函 數(shù) 時(shí) 飛輪 的 轉(zhuǎn) 動 慣 量 。 第 六 章 習(xí) 題6-1、 6-4、 6-5、 6-7、 6-8、 6-11、 6-14