机械系统的动力分析和设计

1第11章机械系统的动力分析和设计11.1平面连杆机构动态静力分析方法2平面机构力分析主要内容是确定实现设定的机构运动所应施加于机构上的平衡力或平衡力矩、各个运动副的反力。设想惯性力也是作用于构件上外力、用静力学平衡方程、求出机构各运动副反力和平衡力（平衡力矩）的方法称为机构的动态静力分析方法。不含有平衡力（平衡力矩）基本杆组是静定的。因此，平面机构的受力分析可以从不含有平衡力（平衡力矩）基本杆组开始求解，并且基本杆组是进行机构力分析最小杆组。在编制计算机程序时，一般是建立各种基本杆组及单杆动力分析数学模型，编制出相应的动态静力分析子程序，解题时根据具体的机构结构组成调用需要的子程序。311.2机械的平衡机械平衡的目的之一是消除机械惯性力在机架运动副反力中的影响。11.2.1刚性转子的平衡1.刚性转子的静平衡及其设计计算在机械工程中，有一类轴向尺寸比较小、径向尺寸比较大的盘状转子(转子直径D与其宽度b之比D/b5)，转子转动时的惯性力是一个平面汇交力系。4转子静平衡条件的三种表示方法：（1）转子上各个零件或部件产生的惯性力的合力为零；（2）转子的质心在其回转轴线上；（3）转子上各个零件或部件质径积的矢量和为零。设计计算的方法0ibFF0iibbrmrm52.刚性转子的动平衡及其设计计算机械中轴向尺寸比较大、而径向尺寸比较小的转子(径宽比D／b5)，惯性力形成一个空间力系，这样的转子应当满足动平衡条件，才能在机架的反力中消除惯性力的影响。6刚性转子动平衡的条件是：在运转时各偏心质量所产生的惯性力和惯性力矩的矢量和同时为零。刚性转子动平衡设计计算的方法是：(1)在转子上选择两个平衡平面Ⅰ--Ⅰ、Ⅱ--Ⅱ;(2)将各个离心惯性力（质径积）分解到平衡平面Ⅰ--Ⅰ、Ⅱ--Ⅱ内；(3)在平衡平面Ⅰ--Ⅰ、Ⅱ--Ⅱ内用静平衡的方法，确定出平衡质量的质径积。711.2.2挠性转子的平衡简介挠性转子平衡有别于刚性转子平衡的特点是：平衡设计计算与转子的转速有关，同时，平衡的目的不仅要消除惯性力在机架反力中的影响，而且还要尽可能地消除转子的动挠度。811.2.3机构的平衡简介利用对称机构进行平衡9通过增加平衡质量进行平衡10利用非对称机构部分平衡惯性力1111.3刚性构件组成的单自由度机械系统的真实运动11.3.1刚性构件组成的单自由度机械系统的等效动力学模型单自由度机械系统可以等效转化为一个等效构件，等效构件相对机架作定轴转动或移动。12等效转动惯量和等效质量的确定确定依据：等效构件所具有的动能等于原机械系统中所有构件动能之和。计算公式等效转动惯量或等效质量可能为常数或机构位置的函数。])()([])()([221221VVmVJmVmJJsiiiNisiesiiiNisie13等效力矩和等效力的确定确定依据：等效力矩或等效力所作功的功率与原系统中所有外力所作功的功率相加之和相等。计算公式等效力矩和等效力可能为常数或机构位置、速度和时间的函数。]cos[]cos[11VMVVPPMVPMiiiiNiieiiiiNiie14机械运动方程式的建立和求解积分形式微分形式dsPVmVmdMJJsseeeeee002002200221212121或dtdVmdsdmVPdtdJddJMeeeeee222121或15例：一个简易起重设备。已知重物的重量G、卷筒直径D、齿轮1的齿数Z1、齿轮2的齿数Z2、轴Ⅰ的转动惯量J1、轴Ⅱ的转动惯量J2。重物上升和下降的速度均为V，要求在3秒内制动。求制动器应提供的最大的制动力矩。161711.3.2机械系统各种稳定运动的条件1.匀速稳定运转及其条件2.周期变速稳定运转及其条件中至少有一个为周期性变化，并且eredeeredeMMJMMM常数时当eredeMMJ,,dMdMTTered111118周期变速稳定运转条件又可以表述为：在角速度变化的一个周期内盈功和亏功相等。1911.4考虑构件弹性时的机械动力学简介在工程实际中，有不少机械中装有弹簧等弹性元件，或构件的刚性比较低、在运动中将产生较大的变形、或在高速下，构件受到很大的动载荷，导致变形增加，并在周期性干扰力作用下，构件产生了较大的振动。所有这些情况都不能再将构件看成为刚性构件，而必须考虑构件的弹性变形了。一般来说，动力模型中增加一个弹性元件，就增加一个自由度。究竟采用哪一种模型，要根据研究的问题和要求的精度而定。