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第3章节单自由度机械系统动力学幻灯片.pptVIP

第3章节单自由度机械系统动力学幻灯片.ppt

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第三章 单自由度机械系统动力学 何为动力学正问题? §3.1 概述 抛掉输入构件按某种给定规律运动的假定(如作等速旋转运动或匀速直线运动),求解在施加于机械的真实外力的作用下,机械系统的运动随时间而变化的规律,称为动力学正问题。 单自由度机械系统动力学分析步骤 : 1.将实际的机械系统简化为等效动力学模型 2.根据等效动力学模型列出系统的运动微分方程; 3.应用解析方法或数值方法求解系统运动微分方程,求出等效构件的运动规律 §3.2 作用在机械上的力 一、作用在机械上的力的特征 (1)驱动力 (2)重力 (3)摩擦力 (4)生产阻力 常数 随位移变化 随速度变化 随时间变化 常数 位移的函数 速度的函数 如以重锤作为驱动装置的情况 如用弹簧作驱动件时 如一般的电动机 如起重机的起吊重量 如往复式压缩机中活塞上作用的阻力 如鼓风机的生产阻力 揉面机的生产阻力 §3.2 作用在机械上的力 一、作用在机械上的力的特征 二、三相异步电动机的机械特性 根据铭牌上的相关数据确定四个特征点 最大转矩 额定转矩 起动转矩 求出机械特性曲线 拟合成直线  拟合成二次抛物线  机械特性曲线的AC段是工作段,是动力分析中最常用到的。可以用二次函数来描述。 将C,B,A三点的M和ω值代入二次函数可得一个线性方程组: §3.3 等效力学模型 单自由度机械系统可以采用等效力学模型来进行研究,即系统的动力学问题转化为一个等效构件的动力学问题来研究,可以使问题得到简化。 为了使得等效构件的运动与机构中该构件的运动一致,要将作用于机构上的全部外力等效地折算到该构件上,把所有的质量和转动惯量也折算到该构件上。——折算的依据是功能原理。 为了计算的简便,通常取作定轴转动或直线运动的构件作为等效构件。 当取作直线运动的构件作为等效构件时,作用于系统上的全部外力折算到该构件上得到等效力,系统的全部质量和转动惯量折算到该构件上得到等效质量。 当取作定轴转动的构件作为等效构件时,作用于系统上的全部外力折算到该构件上得到等效力矩,系统的全部质量和转动惯量折算到该构件上得到等效转动惯量。 一、等效力和等效力矩 等效原则: 作用于等效构件上的等效力(或等效力矩)所作的功=作用于系统上的全部外力所作的功。实用中为了方便,可根据功率相等来折算。 (3.3.1) 等效力 等效力矩 等效速度 等效角速度 上面式子中,当Mj 与ωj同向时取正号,反向时取负号。 由此可见,等效力或等效力矩可以在不知道 机械真实运动的情况下求出。 (3.3.1) 由上式可看出,等效力(或等效力矩)不仅与外力或外力矩有关,而且与传动比有关。在含有连杆机构或凸轮机构等变速比传动的系统中,这些传动比仅与机构的位置有关。在不含变速比传动而仅含定速比传动的系统中,这些传动比为常数。 等效力学模型 一、等效力和等效力矩 等效原则: 等效构件具有的动能=各构件动能之和 (3.3.3) 等效质量和等效转动惯量与传动比有关, 而与机械驱动构件的真实速度无关 二、等效质量和等效转动惯量 等效力学模型 一、等效力和等效力矩 1.能量形式的运动方程式 动能定理? 二、等效质量和等效转动惯量 三、运动方程式 (3.3.5) 2.力矩形式的运动方程式 根据动能定理,等效力矩所作的功W等于等效构件动能的增量 动能定理的微分形式为 (3.3.8) 式中 P——等效力矩的瞬时功率, Ek——等效构件的动能。 上式展开为: 等效力学模型 一、等效力和等效力矩 二、等效质量和等效转动惯量 三、运动方程式 四、等效转动惯量及其导数的计算方法 对连杆机构、凸轮机构等具有变传动比的机构,其传动比为机构位置的函数,要写出转动惯量的表达式可能是极为繁难的工作。更何况,当利用力矩形式的运动方程式来研究时还需要求转动惯量的导数。这是非常困难的,通常只能用数值方法求解。 在用数值方法求解运动方程时,不一定需要知道 和 的表达式,而只需准备好在一个循环内若干离散位置上 和 的数值即可。这可以在计算机上调用运动分析程序来实现。 (3.3.3) (3.3.9) (3.3.10) 由于 和 均与等效构件之真实运动无关,在进行运动分析时可取等效构件角速度 ,角加速度 §3.4 运动方程式的求解方法 一、等效力矩是位置的函数时运动方程的求解 当驱动力和生产阻力均为位置的函数时,等效力矩仅与位置有关。此时用能量形式的运动方程式求解。 (3.3.5) (3.4.1) (3.4.3)

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