清华大学课件-机械系统动力学-机械的动力设计.pdf

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1、精密仪器与机械学系设计工程研究所中篇机械的动力设计机械系统动力学问题机械的平衡问题机械的效率问题*精密仪器与机械学系设计工程研究所第10章机械系统动力学作用在机械上的力及机械的运转过程机械的等效动力学模型机械运动方程式的建立及求解机械的周期性速度波动及其调节方法机械的非周期性速度波动及其调节方法精密仪器与机械学系设计工程研究所机械系统原动机传动机构执行机构外力作用→速度波动→机械振动→寿命、效率、可靠性↓精密仪器与机械学系设计工程研究所10.1作用在机械上的力及机械的运转过程10.1.1作用在机械上的力忽略机械中各构件的重力和运动副中的摩擦

2、力1.工作阻力机械工作时需要克服的工作载荷常数(如车床、起重机)执行构件位置的函数(如曲柄压力机)工作阻力执行构件速度的函数(如鼓风机、搅拌机)时间的函数(如球磨机、和面机)精密仪器与机械学系设计工程研究所2.驱动力驱动原动件运动的力活塞位置的函数(如蒸汽机、内燃机)驱动力转子角速度的函数(如电动机)精密仪器与机械学系设计工程研究所10.1.2机械的运转过程能量守恒—做功=动能的增量开始时驱动力结束时动能所作的功动能W()WWWWEEdrfdc21工作阻力所作的功有害阻力总耗功所作的功精密仪器与机械学系设计工程研究所启动阶段：动能增加加速WW

3、EE0dc21稳定运转阶段：启动阶段过渡过程WWEE0dc21停车阶段停车阶段：动能逐渐减小缩短WWEE0dc21精密仪器与机械学系设计工程研究所10.2机械的等效动力学模型10.2.1等效动力学模型的建立1.建模目的单自由度机构一个构件的运动规律→所有构件的运动规律复杂系统简化成一个构件(等效构件)→等效动力学模型简化问题→研究等效动力学模型精密仪器与机械学系设计工程研究所2.建模原理(动力学层面上的等效)动能不变原则等效构件的质量或转动惯量所具有的动能=整个系统的动能之和功(功率)不变原则作用在等效构件上的等效力、等效力矩

4、所做的功(或功率)=整个系统的所有力、力矩所作功(功率)之和精密仪器与机械学系设计工程研究所2.建模方法等效转动构件等效力矩：Me，等效转动惯量：Je等效直线移动构件等效力：Fe，等效质量：me精密仪器与机械学系设计工程研究所10.2.2等效量的计算1.等效力矩(力)作用在机械中所有外力和外力矩所产生的功率之和为：nmPFviicosiMjjij11等效转动构件nmMePFviicosiMjjij11nmvcosiijMeFMijij11精密仪器与机械学系设计工程研究所nmvcosii

5、jMeFMijij11注意：等效力矩是一个假想的力矩；等效力矩的正负，驱动力矩(+)，阻力矩(-)；等效力矩不仅与外力、外力矩有关，还与各构件对等效构件的速比有关；外力不变时，定传动比机构的等效力矩为常数，变传动比机构的等效力矩是机构位置的函数；等效力矩与驱动构件的真实速度无关。精密仪器与机械学系设计工程研究所等效直线移动构件nmvcosiijFeFijMij11vv2.等效转动惯量(质量)整个机械系统所具有的动能：nn1122EmviJsj22sjiij11nn等效转动构件121212Je

6、EmviJsj22sji2ij11精密仪器与机械学系设计工程研究所22nnvsjJmiJeisjij11注意：等效转动惯量是一个假想的转动惯量；等效转动惯量不仅与各活动构件的质量和转动惯量有关，还与各活动构件对等效构件速比的平方有关，且为正值；定传动比机构的等效转动惯量为常数，变传动比机构的等效转动惯量是机构位置的函数；等效转动惯量与驱动构件的真实运动无关。精密仪器与机械学系设计工程研究所等效直线移动构件22nnvsijmemJisvvjij11例：活

7、塞式压力机机构1精密仪器与机械学系设计工程研究所1功率等效原则MMFvcose11133为Fv33和之间的夹角v3等效力矩：MeM13Fcos1精密仪器与机械学系设计工程研究所1动能等效原则1212121212JJJmvmve111s2222s3322222等效转动惯量：222vsv223JJJmmes1223111精密仪器与机械学系设计工程研究所思考：若以滑块为等效构件，曲柄滑块机构如何简化？？？？精密仪器与机械学系设计工程研究所10.3机械运动方程式的建立和求

8、解10.3.1机械运动方程式的建立真实运动→等效构件的运动方程式