机械原理机器的动力学分析.doc

第12章机器的 动力学分析 第12章机器的动力学分析 12-1 机器的运转过程 12-2机器的等效动力学模型 12-3 机器的速度波动调节 前几章的机构运动分析与运动设计，均 假定原动件运动已知且等速。 实际上，原动件的真实运动是 作用于机械的外力、各构件的质量、转动惯 量以及原动件位置等的函数。 确定机械在外力作用下的真实运动规 律，据以进行真实的运动分析与力分析。 将机械的速度波动调节在允许范 围内，以减小速度波动的不良影响。 研究机械的真实运动，有重要意义。 外力变化引起机械速度波动（变化）。 速度波动导致运动副中产生附加动压 力，导致机械振动，降低机械使用寿命、机 械效率和工作可靠性。 速度波动的不良影响？ 研究产生速度波动的原因，掌 握减少速度波动的方法，是工程设 计者应有的能力。 12-1 机器的运转过程 一、作用于机械的力 二、机械的运转过程 12-1 机器的运转过程 一、作用于机械的力 忽略构件重力及摩擦力时，作用于机 械的力包括：工作阻力和驱动力。 力（矩）与运动参数（位移、速度、时 间等）间的关系通常称为机械特性。  收获机：驱动力、工作阻力 工作阻力指机械工作时需要克服的工 作负荷，其变化规律取决于机械的 工艺特点。 一、作用于机械的力：工作阻力 一、作用于机械的力：工作阻力 在某工作段，近似为常数（如车床） 是执行构件位置的函数（如曲柄压力机） 是执行构件速度的函数（如鼓风机、搅拌 机、螺旋桨） 是时间的函数（如揉面机、球蘑机） 驱动力指驱使原动件运动的力，其变 化规律取决于原动机的机械特性。 一、作用于机械的力：驱动力 一、作用于机械的力：驱动力 如蒸汽机、内燃机的驱动力，是活塞位置 的函数 电动机输出的驱动力矩是转子角速度的函 数 12-1 机器的运转过程 二、机械的运转过程：机器的运转过程 分3阶段： （1）启动阶段 （2）稳定运转阶段 （3）停机阶段 稳定运转启动停机 TT ω ω m t 据动能定理，在任一时间间隔内，外力 作功（忽略摩擦力等）等于动能的增量： W = W d – W r = E 2 – E 1 机器运转的过程，是机械外力作 用（作功）的结果；机械速度波动的 根源，是机械动能变化的结果。 据此，可分析机械运转的3个阶段。 二、机械的运转过程 （1）启动阶段：原动件速度从0增大到开 始稳定的过程。 W = W d – W r = E 2 – E 1 0 稳定运转启动停机 TT ω ω m t （2）稳定运行阶段：时间较长，机械的 正常工作阶段。 W = W d – W r = E 2 – E 1 = 0 二、机械的运转过程 稳定运转启动停机 TT ω ω m t （2）稳定运行阶段： 二、机械的运转过程 变速稳定运转：速度在ω m 上下周期性变化 等速稳定运转：原动件速度保持常数（很少） 机器铭牌上的名义速度 n m 在稳定运转阶段，原动件速度、加速度从 某一原始数值变回到该数值的过程。 运动循环： 一个运动循环 所需的时间。 运动周期 T ： 稳定运转启动停机 TT ω ω m t 一个运动循环对应主轴旋转一周（冲 床）、两周（单缸四冲程内燃机）、数 周、几分之一周（多缸内燃机）。 稳定运转启动停机 TT ω ω m t 对于稳定运行全阶段及每个运动循环，有： Δ E = W d – W r = 0 但在任意时间间隔内，Δ E = W d – W r ≠0 所以，作变速稳定运行的机械，瞬时 角速度ω变化，但平均角速度ω m 不变。 二、机械的运转过程 （3）停机阶段：原动件速度从正常工作 速度下降到0。 W = W d – W r = E 2 – E 1 0 一般， W d = 0甚至制动。 稳定运转启动停机 TT ω ω m t 动能特征速度特征阶段 W d – W r = E 2 – E 1 0 W d – W r = E 2 – E 1 =0 W d – W r= E 2 – E 1 0 原动件速度从正常工作 速度下降到0：ωm→0 原动件速度保持常数或 在正常工作速度的平均 值上下作周期性速度波 动：ωmin→ωmax 原动件速度从0增大到开 始稳定的过程：0→ωm 停机 稳定运行 启动 机械运转3阶段的特征 启动阶段和停车阶段统称为机械的过 渡过程。 为缩短这一过程，常用方法： （1）启动：空载启动，或另加一个启动马 达（加大 W d ）； （2）停车阶段：制动（增大 W r ）。 有的机械只有启动阶段和停车阶段， 如起重机。 12-2 机器的等效动力学模型 一、建立等效动力学模型 二、计算等效量 三、建立机械运动方程式 四、求解机械运动方程式 1