机械动力学-陈志得-弹性机构动力学

《机械动力学-陈志得-弹性机构动力学》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、机构动力学一、概述当代科学技术的飞速发展，尤其是电子、信息技术的日新月异，加快了人类迈向21世纪的步伐。机械工程是一门古老的科学。今天，计算机技术引入机械学领域，使机械设计处于由静态到动态，由经验计算到建模分析，由满足单个机件的单一机械性能要求到整个机械系统的功能综合，使半科学、半经验的机械设计向完全科学化、最优化发展，使机械产品能以最轻的质量、最低的成本、最少的能耗、最佳的可靠性，获得最优良的工作性能。同时，微电子技术进入机械产品本身，诞生了高技术的机械产品，使作为人类体力延伸的机械装备还具有人类脑力延伸的功能。微电子技术与机械结合还产生了新颖的微型机械。高技术机械产品的典型代表，是有“脑”

2、、有“感官”的智能机器人。高速度、高精度、轻重量、高效能、低噪音、自动化、智能化已成为现代机械的重要标志和发展方向。但同时也为机械学提出了更高的要求，也引起了一系列机械动力学方面的新课题。例如，由于机器速度的提高，一方面使得惯性作用明显增加，由此产生的振动、噪音等问题严重影响机器的工作性能和使用寿命；另一方面，由于高速度以及轻型化的要求，机构杆件的弹性变形已不可避免，这大大改变了传统理想机械的运动和动力特性。另外，随着机器运转速度和载荷的增加，机构中运动副间隙、制造和加工误差、摩擦、磨损等因素对机器工作性能的影响，也更加明显。要满足现代机械的要求，提高机器的动态性能和工作质量，关键是要解决好机

3、械动力学的问题。现代机械设计已从原来较为成熟的、为实现某种功能的运动学设计，逐渐转向了以改善和提高机器运动和动力特性为主要目的的动力学综合。机构动力平衡、弹性机构动力学、含间隙机构动力学等，已成为现代机械动力学领域的重要前沿课题和新分支。二、机构动力学主要内容以高速、精密、轻型为主要特征的现代机械发展中的动力学问题，内容主要包括：机构动力平衡、弹性机构动力学和含间隙机构动力学三大部分，以下从五个方面进行分析：1.机构动力平衡机器在运转过程中，除了受到外载的作用外，还受到其各部分本身所具有的质量和转动惯量在运动状态下产生的惯性作用。这种惯性作用随着机器转速的提高而迅速增加，在现代高速机械系统中，

4、其作用已远远超过了外载。这种随机构运转而周期性变化的强惯性作用是产生机器振动、噪音和疲劳等现象的主要原因，其结果大大影响了机构的运动和动力性能。机构动力平衡是以减小机构惯性造成的机构振动为目的的机构动力综合。平衡的对象有震动力、震动力矩、输入扭矩和运动副反力等反映机构惯性作用的动力性指标。机构的震动力是指机构由于惯性作用而传给机架的合力，而震动力矩则是指机构由于惯性作用而传给机架的合力。这两项指标十分重要，他们直接反映机构惯性在机架上的作用，是造成机座振动的主要原因。因此，在机构动力平衡研究中，大部分工作都是围绕着机构震动力和震动力矩的平衡而展开的。机构动力平衡可以分为完全平衡和部分平衡两个方

5、面。所谓完全平衡是指从理论上能通过某种方式使某个特性指标所反映的机构惯性作用完全消失。另一方面，有些指标，如各运动副反力是不能达到完全平衡的，或者是从综合效果考虑不需要达到完全平衡的。这种情况下，一般进行机构的部分平衡。机构动力平衡的目的就是要消除或减小机构的惯性作用，而机构各构件自身的惯性是由其质量和运动产生的，其本身不能自行消除。因此，必须在机构上附加其他能产生惯性的元件，已抵消原机构的惯性作用，从而使整个机构达到惯性的新平衡。机构震动力平衡一般采用配重法[1]，同时还有基于相同原理的质量静代换方法[2]。另外，在机构上附加其它机构或杆组的方法，对于解决一些特殊机构的震动力平衡也有较好的效

6、果[3]。“线性无关向量法”是70年代发展起来的，被实践证明是最为有效的平衡方法[4]。机构震动力矩的平衡，尤其是完全平衡，是以震动力的平衡为条件的。但仅靠配重法不能完全平衡机构的震动力矩，而加对齿轮方法、附加杆组法较有效的解决了这一问题。输入扭矩的平衡属于能量平衡的范畴，因此，用加飞轮、弹簧等储能元件能够达到较好的平衡效果。2.机构的最优化动力平衡机构完全平衡是不太可能精确实现的，而且又时是没有必要的甚至是不利的，也不太实用。因此，如果能用简单的方法，如仅加一、二个配重或杆组，虽然不能达到完全平衡，但能使机构振动减小到一个令人满意的程度，那将是更实际更有效的平衡手段。这将是机构的部分平衡。机

7、构震动力矩的平衡理论主要有最小二乘方法和等矩椭圆理论；机构震动力和震动力矩的最优平衡有一般优化方法和RSS’R空间机构的最优平衡；另外还要研究机构输入扭矩及输入扭矩的最优平衡和机构整体综合平衡的问题。3.机构弹性动力分析机构转速的提高，各构件将不像在低速工作状态下所具有的刚体性能，而是表现出有弹性变形的特征；另一方面，由于有减轻机构构件重量的设计要求，各构件设计用料需尽量减少，整个机构变得轻而薄，