第三章 机械系统的载荷和动力选择2.ppt

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1、第三章机械系统的载荷特性和动力选择§3-1工作机械的载荷和工作制一、载荷类型按使零件发生变形的不同，载荷可分为：拉伸（压缩）载荷、弯曲载荷和扭转载荷等。按载荷是否随时间变化，载荷可分为：静载荷和动载荷。载荷--时间历程（载荷历程）：动载荷的载荷值随时间的变化规律。动载荷主要有：周期载荷、非周期载荷、随机载荷。确定性载荷（一）周期载荷周期载荷:载荷的大小随时间作周期性变化。它可用幅值、频率和相位角三个要素来描述。(二)非周期载荷包括准周期载荷和瞬变载荷两类。准周期载荷：由若干个频率比是有理数的正弦量合成的载荷，仍可用周期载荷的处理方法。瞬变

2、载荷：作用时间短、幅值变化大。(三)随机载荷这种载荷的幅值和频率都是随时间变化的，它不可能用一个函数确切地进行描述，见图3—1d。可用随机过程的一些数字特征来描述其基本统计特征：（5）平稳随机过程与各态历经随机过程若随机过程的统计特性不随时间变化，则该随机过程称为平稳随机过程。反之，称为非平稳随机过程。各态历经的随机过程：整个母体的概率分布与任何一个样本的概率分布相同的平稳随机过程。对于实际记录的载荷大都是非平稳的，为了简化常把它们假设成平稳的或各态历经的。对于各态历经的随机过程，只要获得一个样本，即可反映随机过程的特征。二、载荷的处理方

3、法（一）静载荷、周期载荷、非周期载荷的处理（1）静载荷的处理方法：对于静载荷需采用静强度判据。（2）周期载荷和非周期载荷的处理方法：1）可对其进行傅立叶展开和傅立叶变换以获得它们的变化规律，再利用疲劳强度理论进行设计计算。2）采用名义载荷乘以大于1的动载因数，将动载荷转化为静载荷，仍用静载荷的设计方法进行计算。1.载荷谱原始记录的载荷--时间历程称为机械的工作谱或使用谱。它们经用概率统计的方法进行处理后，得到能反映载荷随时间变化的，并具有统计特征的载荷--时间历程就称为载荷谱。将工作谱处理成载荷谱的过程称为编谱。常将这些随机载荷近似看成是

4、平稳或各态历经过程。（二）随机载荷的处理编谱的要求是:1）选取的载荷子样必须具有典型性和代表性。2)使用编制的载荷谱进行疲劳计算或试验时，所得的寿命应该尽量接近实际机械的工作寿命。3)整个编谱过程可在计算机上进行，使大量的计算工作由计算机来完成。2.编制载荷谱的方法对随机裁荷的处理有两种方法：功率谱法和循环计数法(简称计数法)。（1）功率谱法是借助于富氏变换将随机载荷分解为无限多个具有各种频率的简谐载荷，得到功率谱密度函数。对于平稳随机载荷，使用功率谱法分析计算比较复杂，并需专门的频谱分析设备，因而限制了功率谱法的广泛应用。（2）循环计数

5、法循环计数法把载荷--时间历程离散成一系列的峰值和谷值，然后计算载荷峰值或幅值变化的概率密度函数和概率分布函数等，绘制频率直方图，从而得到机械设计所需的载荷谱。主要缺点：不能给出载荷大小变化的先后次序和频率分布，而这对疲劳寿命是具有一定影响的。常用的有峰值计数法、穿级计数法、雨流计数法等。使用循环计数法的编谱步骤是：1)测量实际的载荷--时间历程。2)对实际载荷作离散化处理，只记取其峰值和谷值，并作适当的压缩，压缩后的载荷--时间历程消去了一些小量值的或变化不大的载荷。3)使用循环计数法计算峰值或幅值。4)对记数结果进行统计，计算出在各载

6、荷区间内所具有的频次、频率和累积频率等统计量。5)绘制载荷峰值或幅值变化的频率直方图和累积频次曲线，确定设计用的典型载荷谱。1.峰值计数法峰值计数法是对载荷--时间历程中的峰、谷值进行计数以此作为载荷谱的特征量。首先在最大和最小载荷值之间分级(或称划分区间)，然后统计每一级载荷中出现载荷的峰值或谷值的频次，据此绘出频次直方图。在峰值计数法中如果只对载荷历程的峰值计数，就称为正峰值计数法；如果只对谷值进行计数，就称为负峰值计数法；如果首先求出整个载荷--时间历程的均值，然后分别对大于均值的峰值或小于均值的谷值进行计数，就称为跨均峰值计数法。

7、2.穿级计数法简单穿级计数法首先也是把载荷分成若干级，然后对实际载荷穿越过这些级时就进行计数。3.幅程计数法幅程的定义是相邻的峰值和谷值之间的差值，或是一次循环中最大载荷和最小载荷的差值。4．雨流计数法该法首先把一个实际的载荷--时间历程横置，取垂直向下的纵坐标轴表示时间，横坐标轴表示载荷，雨点依次以峰值或谷值为起点向下流动，根据雨点向下流动的迹线确定出载荷循环，并计算出每个循环的幅值大小。雨流法的计数规则是：1)雨流的起点依次从每个峰值或谷值开始，并沿其内侧往下流。2)雨流在下一个峰值或谷值处落下，直到对面有一个比开始时的峰值更大或谷值

8、更小的值时停止。3)当遇到来自上面落下的雨点时雨流也停止。4)取出所有的全循环，把剩下的载荷峰谷值点连接成新的载荷历程，并按雨流法的第二阶段计数法计出循环数。对于计得的全部循环计算出它们的幅值