华科机械原理课件-机构系统动力学设计.ppt

9-1 平面机构的平衡设计 9-2 作用在机械上的力和机构的运动过程 9-3 机械系统的动力学模型及运动方程式 9-4 机构系统的真实运动规律 9-5 机构系统的动力学设计 机械平衡的分类 转子的平衡 刚性转子的平衡： 静平衡 动平衡 挠性转子的平衡 机构的平衡 1）刚性转子的静平衡 刚性转子的静平衡实验 如图所示，尽管其质心在回转轴线上，但由于各偏心质量点不在同一回转平面内，因而将形成惯性力偶；该力偶作用方位的变化性，将会产生动态载荷。 这种不平衡现象，只有在转子运转的情况下才能完全显示出来，故称其为动不平衡。 对这类转子进行平衡，要求转子在运转时其各偏心质量产生的惯性力和惯性力偶矩同时得以平衡。 惯性力的不良影响 使运动副中产生附加的动压力，增加运动副的磨损、影响构件的强度、降低机械的效率。 使机械及其基础产生强迫振动，导致工作精度和可靠性下降，零件疲劳损伤加剧，并产生噪声污染。 引起共振，使机械遭到破坏，甚至危及人员及厂房安全。 后果 摩擦加剧，效率降低 机构在机座上产生强迫振动 机构平衡的目的 消除或尽量减小惯性力的不良影响 提高机械的工作性能 延长机械的使用寿命并改善现场的工作环境。 2、机构平衡的问题 内燃机 水平长轴系 9.1.3 基于线性独立向量法的平面连杆机构惯性力的完全平衡 一、线性独立向量法 (3)机构惯性力完全平衡的条件 使机构总质心位置向量方程式中所有与时间有关的独立向量的系数等于零，可得到机构惯性力完全平衡的条件。 由式(9-5)可知，若使时变向量前的系数为零，则rs为常向量,即质心位置保持静止。 特例:?i=0时, 铰链四杆机构的平衡 曲柄滑块机构惯性力完全平衡 当机构的所有构件的质心均在构件的两运动副的连线上时，常用两点质量代换法来处理机构惯性力的平衡问题。 如图所示，设构件AB长为l，质心为S，质量为m。两代换点A、B的代换质量为mA、mB。为了使代换系统和原构件的惯性力始终相等，必须满足下列代换条件。 二、基于质量代换法的铰链四杆机构的完全平衡 三、曲柄滑块机构的完全平衡 四、曲柄滑块机构惯性力的部分平衡 m1、m2和m3分别为曲柄1、连杆2和滑块3的质量；R和L分别为曲柄和连杆的长度；S1、S2和S3分别为曲柄、连杆和滑块的质心。 先用两点质量静代换的方法将连杆质量m2代换到B、C两点，其代换质量为m2B、m2C；曲柄质量m1代换到A、B两点，其代换质量为m1A、m1B 。 内燃机 机构平衡小结 绕定轴转动的构件，在运动中所产生的惯性力和惯性力矩可以在构件本身加以平衡。 而对机构中作往复运动和平面复合运动的构件，在运动中产生的惯性力和惯性力矩则不能在构件本身加以平衡，必须对整个机构设法平衡。 机构平衡的原理 设机构的总质量为m，机构质心S的加速度为as，则机构的总惯性力F＝-mas，由于m不可能为零，所以欲使总惯性力F＝0必须使as＝0，也就是说机构的质心应作等速直线运动或静止不动。 由于机构的运动是周期性重复的，其质心不可能总是作等速直线运动，因此欲使 as＝0，唯一可能的方法是使机构的质心静止不动。 机构平衡的原理：在对机构进行平衡时，就是运用增加平衡质量的方法使机构的质心S落在机架上并且固定不动。 完全平衡 完全平衡是使机构的总惯性力恒为零。为此需使机构的质心恒固定不动，而达到完全 平衡的目的。有两种措施 ： 2．利用平衡质量平衡 但是其主要缺点是由于配置了几个平衡质量，所以机构的质量将大大增加，尤其是把平衡质量装在连杆上更为不便。 因此，实际上往往采用部分平衡的方法。 1. 利用非完全对称机构平衡 当曲柄转动时，在某些位置，两个滑块的加速度方向相反，它们的惯性力也相反可以相互平衡。但由于运动规律不完全相同，所以只能部分平衡。 2．利用平衡质量平衡 显然，机构产生的惯性力只有两部分：即集中在点B的质量（mB＝m2B＋m1B）所产生的离心惯性力FB和集中于点 C的质量（mC＝m2C＋m3）所产生的往复惯性力FC 对于曲柄上的惯性力，只要在其延长线上加一平衡质量m’，即满足以下关系式就可以了 例9-1 曲柄滑块机构,已知lAB=100mm, lBC=400mm,连杆2的质量为m2=12KG,质心在S2处lBS2=400/3mm;滑块3的质量为m3=20KG,质心在C处;曲柄1的质心与点A重合。用平衡质量法，分别进行完全平衡，和只平衡滑块3处往复惯性力的50%，各需加多大的平衡质量( lBC’=lAC”=50mm )？平衡质量各应加在什么地方？ 　研究机器在已知力作用下的运动时，作用在机器某一构件上的假想等效力和等效力矩代替作用在机器上所有已知外力和力矩。 为了分析方便，常将系统的等效力矩用等效驱动力矩和等效阻力矩之和表示，等