机械系统动力学21450903PPT学习教案

1、会计学1机械系统动力学机械系统动力学21450903研究机械系统的真实运动规律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，合理设计减少波动第第10章机械系统动力学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第1页/共31页作用在机械上的力作用在机械上的力10.1 作用在机械上的力及机械的运转过程作用在机械上的力及机械的运转过程工作阻力工作阻力驱动力驱动力力（力矩）与运动参数（速度、位移、时间）之间的力（力矩）与运动参数（速度、位移、时间）之间的关系称为机械特性关系称为机械特性第2页

2、/共31页机械的运转过程及特征机械的运转过程及特征运转的三个阶段运转的三个阶段10.1 作用在机械上的力及机械的运转过程作用在机械上的力及机械的运转过程12)(EEWWWWWcdfrd变速稳定运变速稳定运转周期转周期启动和停车阶段为过渡阶段第3页/共31页机械的运转过程及特征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作用在机械上的力及机械的运转过程12)(EEWWWWWcdfrd第4页/共31页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

3、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：三个运转阶段的特征：012EEWWcd012EEWWcd012EEWWcd第5页/共31页10.2.1 等效动力学模型的建立等效动力学模型的建立10.2 机械的等效动力学模型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 械系统的真实运动械系统的真实运动)21212121(2332222222113311vmvmJJddtvFdtMsdEdW 动能定理图图10.2活塞式压力机构简图活塞式压力机构简图第6页/共31页原

4、则：使系统转化前后的动力学效果保持不变原则：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。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机械的等效动力学模型第7页/共31页等效动力学模型等效动力学模型等效力矩：等效力矩：Me 等效转动惯量：等效转动惯量：Je等效力：等效力：Fe 等效质量：等效质量：me图图10.3等效构件等效构件第8页/共31页10.2.2 等效量的计算等效量的计算1、等效力、等效力等效力矩等效力矩功率和不变功率和不变mjjjniiiiM

5、vFP11cosmjjjniiiieMvFPM11cosmjjjniiiieMvFM11cosmjjjniiiievMvvFF11cos10.2 机械的等效动力学模型机械的等效动力学模型第9页/共31页等效力矩的特征：等效力矩的特征：等效力矩是一个假想力矩；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，为等效等效力矩为正，是等效驱动力矩，反之，为等效阻力矩；阻力矩；等效力矩不仅与外力（矩）有关，而且与各构件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；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。等效力矩与机械系统驱动构件的真实速度

6、无关。10.2 机械的等效动力学模型机械的等效动力学模型mjjjniiiieMvFM11cosmjjjniiiievMvvFF11cos第10页/共31页10.2.2 等效量的计算等效量的计算2、等效质量、等效质量等效转动惯量等效转动惯量动能不变动能不变mjjsjnisiiJvmE12122121mjjsjnisiieJvmJE12122212121mjjsjnisiieJvmJ1212)()(mjjsjnisiievJvvmm1212)()(10.2 机械的等效动力学模型机械的等效动力学模型第11页/共31页等效转动惯量的特征：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

7、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，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；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。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机械的等效动力学模型mjjsjnisiieJvmJ1212)()(mjjsjnisiievJvvmm1212)()(第12页/共31页10.3 机械运动方程式的建立与求解机械运动方程式的建立与求解1、能量形式方程式、能量形式方程式EW2122212121eeeJJdM10.3.1 机械运动

8、方程式的建立机械运动方程式的建立21122221212121vmvmdsFdsFeeered等效移动构件时21122221212121eeeredJJdMdM等效转动构件时第13页/共31页10.3 机械运动方程式的建立与求解机械运动方程式的建立与求解2、力矩形式方程式、力矩形式方程式dEdW )21( 22eeJddEdMdWddJddJJddMeeee2)(212210.3.1 机械运动方程式的建立机械运动方程式的建立dtdvmdsdmvFFFeeerede22等效移动构件时dtdJddJMMMeeerede22等效转动构件时第14页/共31页10.3 机械运动方程式的建立与求解机械运动方

9、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机械运动方程式的求解 )(JJ 等效转动惯量21122221212121eeeredJJdMdM等效转动构件时212120022121dMdMJJrd212122002dMdMJJJrd第15页/共31页10.3 机械运动方程式的建立与求解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机械运动方程式的求解212122002dMdMJJJrd)(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tdddtddddtd等效构件的第16页/共3

10、1页10.4 机械速度的波动及其调节方法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周期性速度波动产生原因原因分析：原因分析：0 2121 )(2221aaaardJJdMMW目的：通过合理设目的：通过合理设计减少速度波动计减少速度波动第17页/共31页mminmax速度波动系数)(21minmaxm工程简化10.4 机械速度的波动及其调节方法机械速度的波动及其调节方法TmTd010.4.2 速度波动衡量指标速度波动衡量指标第18页/共31页10.4.3周期性速度波动的调节方法：周期性速度波动的调节方法：1、飞轮调速原理、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

11、；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，飞轮释放机械出现亏功时，飞轮释放其存储的能量其存储的能量。10.4 机械速度的波动及其调节方法机械速度的波动及其调节方法第19页/共31页10.4 机械速度的波动及其调节方法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：周期性速度波动的调节方法：2、飞轮转动惯量计算、飞轮转动惯量计算第20页/共31页22min2maxminmax)( )(21 mFFJJJJEEWcbdMMWWWrd)(minmax)(2mFJJWJWJmF22mFWJ10.4 机械速度的波动及其调节方法机械速度的波动及其调节方法10.4.3周期

12、性速度波动的调节方法：周期性速度波动的调节方法：2、飞轮转动惯量计算、飞轮转动惯量计算第21页/共31页2mFWJ10.4 机械速度的波动及其调节方法机械速度的波动及其调节方法2、飞轮转动惯量计算、飞轮转动惯量计算90022nWJF以上飞轮的转动惯量计算是假定飞轮安装在机械的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；等效构件上；W W 与与n n一定时：加大飞轮的一定时：加大飞轮的J JF F，则，则将下降将下降, ,速度波速度波动减小；动减小；如选择的如选择的 太小，太小， JF很大，飞轮过于笨重；很大，飞轮过于笨重；JF与与n n的平方成正比，为减小飞轮的转动惯量，最好的平方

13、成正比，为减小飞轮的转动惯量，最好将飞轮安装在将飞轮安装在高速轴上高速轴上第22页/共31页2mFWJ10.4 机械速度的波动及其调节方法机械速度的波动及其调节方法2、飞轮转动惯量计算、飞轮转动惯量计算90022nWJF曲线的交点处与出现在和rdMMEEminmaxEdMMWrd0)(minmaxWWW求最大盈亏功第23页/共31页10.4 机械速度的波动及其调节方法机械速度的波动及其调节方法3、飞轮的结构尺寸、飞轮的结构尺寸轮形和盘形飞轮轮形和盘形飞轮8)2(222mDDmJF盘形飞轮22244/DmDBBDm第24页/共31页10.4 机械速度的波动及其调节方法机械速度的波动及其调节方法3

14、、飞轮的结构尺寸、飞轮的结构尺寸轮形和盘形飞轮轮形和盘形飞轮第25页/共31页10.4 机械速度的波动及其调节方法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的转速为 ,已知折算到电机轴的已知折算到电机轴的等效阻力矩等效阻力矩Mr的曲线如图，电动机的驱动力矩为常的曲线如图，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，当要求该系统求该系统 0.05，求安装在电机轴上飞轮所需的转动惯量求安装在电机轴上飞轮所需的转动惯量JFmin/1500rnm第26页/

15、共31页10.4 机械速度的波动及其调节方法机械速度的波动及其调节方法解：取电机轴为等效构件解：取电机轴为等效构件（1）求等效驱动力矩）求等效驱动力矩Md：一个周期内一个周期内Md所做的功与所做的功与Mr所所做的功相等做的功相等（2）求最大的盈亏功：画）求最大的盈亏功：画出等效驱动力矩的直线出等效驱动力矩的直线)(5 .46224)2001600(214)2001600(22000mNdMMTrdT第27页/共31页10.4 机械速度的波动及其调节方法机械速度的波动及其调节方法解：解：（2）求最大的盈亏功：）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28页/共31页10.4 机械速度的波动及其调节方法机械速度的波动及其调节方法解：（解：（2）求最大的盈亏功：）求最大的盈亏功：相应于相应于a、b、c、a各点的各点的盈亏功分别为盈亏功分别为)(844),(3 .1256),(3 .412321JfJfJf0aW)( 3 .412