第10章机械系统动力学_21450903

第10章机械系统动力学中篇机械动力学设计第10章机械系统动力学第12章机械的平衡第13章机械的效率第10章机械系统动力学第10章机械系统动力学10.1作用在机械上的力及机械的运转过程10.2机械系统的等效力学模型10.3机械运动方程式的建立及求解10.4机械的速度波动及调节方法第10章机械系统动力学研究机械系统的真实运动规律外力变化引起速度波动，研究波动产生的原因，合理设计减少波动第10章机械系统动力学辅助系统，例如：润滑、显示、照明等原动机部分传动部分控制系统执行部分第10章机械系统动力学作用在机械上的力10.1作用在机械上的力及机械的运转过程工作阻力驱动力力（力矩）与运动参数（速度、位移、时间）之间的关系称为机械特性第10章机械系统动力学机械的运转过程及特征运转的三个阶段10.1作用在机械上的力及机械的运转过程12)(EE变速稳定运转周期启动和停车阶段为过渡阶段第10章机械系统动力学机械的运转过程及特征能量守恒：力做的功等于机械系统机械能的增加10.1作用在机械上的力及机械的运转过程12)(EE第10章机械系统动力学阶段速度特征能量特征启动原动件的速度从零逐渐上升到开始稳定的过程稳定运行原动件速度保持常数或在正常工作速度的平均值上下作周期性的速度波动停车原动件速度从正常工作速度值下降到零三个运转阶段的特征：012EEWWcd012EEWWcd012EEWWcd第10章机械系统动力学10.2.1等效动力学模型的建立10.2机械的等效动力学模型目的：通过建立外力与运动参数间的函数表达式，研究机械系统的真实运动)21212121(2332222222113311vmvmJJddtvFdtMsdEdW动能定理图10.2活塞式压力机构简图第10章机械系统动力学10.2.1等效动力学模型的建立将复杂机械系统简化为一个构件，建立最简单的等效动力学模型原则：使系统转化前后的动力学效果保持不变等效构件的动能，应等于整个系统的总动能等效构件上所做的功，应等于整个系统所做功之和。10.2机械的等效动力学模型第10章机械系统动力学等效动力学模型等效力矩：Me等效转动惯量：Je等效力：Fe等效质量：me图10.3等效构件第10章机械系统动力学10.2.2等效量的计算1、等效力等效力矩功率和不变mjjjniiiiMvFP11cosmjjjniiiieMvFPM11cosmjjjniiiieMvFM11cosmjjjniiiievMvvFF11cos10.2机械的等效动力学模型第10章机械系统动力学等效力矩的特征：等效力矩是一个假想力矩；等效力矩为正，是等效驱动力矩，反之，为等效阻力矩；等效力矩不仅与外力（矩）有关，而且与各构件相对于等效构件的速度比有关；等效力矩与机械系统驱动构件的真实速度无关。10.2机械的等效动力学模型mjjjniiiieMvFM11cosmjjjniiiievMvvFF11cos第10章机械系统动力学10.2.2等效量的计算2、等效质量等效转动惯量动能不变mjjsjnisiiJvmE12122121mjjsjnisiieJvmJE12122212121mjjsjnisiievJvvmm1212)()(10.2机械的等效动力学模型第10章机械系统动力学等效转动惯量的特征：等效转动惯量是一个假想转动惯量；等效转动惯量不仅与各构件质量和转动惯量有关，而且与各构件相对于等效构件的速度比平方有关；等效力矩与机械系统驱动构件的真实速度无关。10.2机械的等效动力学模型mjjsjnisiievJvvmm1212)()(第10章机械系统动力学10.3机械运动方程式的建立与求解1、能量形式方程式EW2122212121eeeJJdM10.3.1机械运动方程式的建立21122221212121vmvmdsFdsFeeered等效移动构件时21122221212121eeeredJJdMdM等效转动构件时第10章机械系统动力学10.3机械运动方程式的建立与求解2、力矩形式方程式dEdW)21(22eeJddEdMdWddJddJJddMeeee2)(212210.3.1机械运动方程式的建立dtdvmdsdmvFFFeeerede22等效移动构件时dtdJddJMMMeeerede22等效转动构件时第10章机械系统动力学10.3机械运动方程式的建立与求解)()(rrddMMMM设已知等效力矩10.3.2机械运动方程式的求解)(JJ等效转动惯量21122221212121eeeredJJdMdM等效转动构件时212120022121dMdMJJrd212122002dMdMJJJrd第10章机械系统动力学10.3机械运动方程式的建立与求解10.3.2机械运动方程式的求解212122002dMdMJJJrd)(00)(ddttt进行积分变换0)(0dttdtd)(的函数是）即（＝的函数是）即（＝ttt）（＝，得到消去tdddtddddtd＝等效构件的第10章机械系统动力学10.4机械速度的波动及其调节方法10.4.1周期性速度波动产生原因原因分析：02121)(2221aaaardJJdMMW目的：通过合理设计减少速度波动第10章机械系统动力学mminmax速度波动系数)(21minmaxm工程简化10.4机械速度的波动及其调节方法TmTd010.4.2速度波动衡量指标第10章机械系统动力学10.4.3周期性速度波动的调节方法：1、飞轮调速原理•机械出现盈功时，飞轮以动能的形式存储能量；•机械出现亏功时，飞轮释放其存储的能量。10.4机械速度的波动及其调节方法第10章机械系统动力学10.4机械速度的波动及其调节方法10.4.3周期性速度波动的调节方法：2、飞轮转动惯量计算第10章机械系统动力学22min2maxminmax)())((21][mFFJJJJEEWcbdMM)(][minmax][)(][2mFJJWJWJmF][][2][][2mFWJ10.4机械速度的波动及其调节方法10.4.3周期性速度波动的调节方法：2、飞轮转动惯量计算第10章机械系统动力学][][2mFWJ10.4机械速度的波动及其调节方法2、飞轮转动惯量计算][][90022nWJF以上飞轮的转动惯量计算是假定飞轮安装在机械的等效构件上；[W]与n一定时：加大飞轮的JF，则[δ]将下降,速度波动减小；如选择的[δ]太小，JF很大，飞轮过于笨重；JF与n的平方成正比，为减小飞轮的转动惯量，最好将飞轮安装在高速轴上第10章机械系统动力学][][2mFWJ10.4机械速度的波动及其调节方法2、飞轮转动惯量计算][][90022nWJF曲线的交点处与出现在和rdMMEEminmaxEdMMWrd0)(minmax][求最大盈亏功第10章机械系统动力学10.4机械速度的波动及其调节方法3、飞轮的结构尺寸轮形和盘形飞轮8)2(222mDDmJF＝盘形飞轮22244/DmDBBDm第10章机械系统动力学10.4机械速度的波动及其调节方法3、飞轮的结构尺寸轮形和盘形飞轮第10章机械系统动力学10.4机械速度的波动及其调节方法例题：在一台电动机驱动的剪床机构中，已知电动机的转速为,已知折算到电机轴的等效阻力矩Mr的曲线如图，电动机的驱动力矩为常数，机械系统本身各构件的转动惯量忽略不计，当要求该系统[δ]≤0.05，求安装在电机轴上飞轮所需的转动惯量JFmin/1500rnm第10章机械系统动力学10.4机械速度的波动及其调节方法解：取电机轴为等效构件（1）求等效驱动力矩Md：一个周期内Md所做的功与Mr所做的功相等（2）求最大的盈亏功：画出等效驱动力矩的直线)(5.46224)2001600(214)2001600(22000mNdMMTrdT第10章机械系统动力学10.4机械速度的波动及其调节方法解：（2）求最大的盈亏功：)(3.4122)2005.462(1Jf)(844)2005.462(4)20016002005.462)(2005.462(213Jf)(3.1256420016005.4621600)5.4621600(214)5.4621600(2Jf第10章机械系统动力学10.4机械速度的波动及其调节方法解：（2）求最大的盈亏功：相应于a、b、c、a’各点的盈亏功分别为)(844),(3.1256),(3.412321JfJfJf0aW)(3.4121JfWb)(84421JffWc0'aWJWb3.412max点出现最大盈功JWc844min点出现最大亏功第10章机械系统动力学10.4机械速度的波动及其调节方法解：（2）求最大的盈亏功：(3)求飞轮的转动惯量JWJW844,3.412minmax最大亏功最大盈功J)844(3.412][minmax最大盈亏功)(108.105.015003.1256900][][9002222mkgnWJF第10章机械系统动力学本章小结