《机械系统动力学》课件2.ppt
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- 机械系统动力学 机械 系统 动力学 课件
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1、第十四章 机械系统动力学 第一节 作用在机械上的力及机械运转过程 第二节 机械系统的等效动力学模型 第三节 机械系统的运动方程及其求解 第四节 周期性速度波动及其调节 第五节 非周期性速度波动及其调节机械原理机械原理第一节 作用在机械上的力及机械运转过程 一、作用在机械上的力 二、机械的运转过程第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学一、作用在机械上的力1.作用在机械上的工作阻力2.作用在机械上的驱动力第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学1.作用在机械上的工作阻力(1)工作阻力是常量(2)工作阻力随位移而变化(3)工作阻力随速度而变化(4)工作阻力随时间而变化第十四章第十四章
2、机械系统动力学机械系统动力学2.作用在机械上的驱动力(1)驱动力为常量(2)驱动力是位移的函数(3)驱动力是速度的函数第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学解析法研究异步电动机驱动力矩特性nn00dtantanMM baMMM n0nn00nd第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学二、机械的运转过程1.启动阶段2.机械的稳定运转阶段3.机械的停车阶段第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学1.机械的启动阶段 机械的启动阶段指机械由零转数逐渐上升到正常的工作转数的过程。动能增量E=wd-wr第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学2.机械的稳定运转阶段动能增量E=0曲
3、柄压力机工作示意图 第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学3.机械的停车阶段 停车阶段是指机械由稳定运转的工作转数下降到零转数的过程。第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学第二节 机械系统的等效动力学模型一、等效动力学模型的建立二、等效构件三、等效参量的计算四、实例与分析第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学一、等效动力学模型的建立 机械的运转与作用在机械上的力及各力的作功情况密切相关。ACB1M1G2FMi2Fi2曲柄压力机的受力分析 第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学二、等效构件 名词术语:1.等效转动惯量 2.等效质量 3.等效力矩 4.等效力第十四章
4、第十四章 机械系统动力学机械系统动力学二、等效构件等效构件示意图 第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学二、等效构件 等效构件的特点:1.能代替整个机械系统的运动。2.等效构件的运动和机械系统中该构件的真实运动一致,等效构件具有的动能应和整个机械系统的动能相等。3.等效构件上的外力在单位时间内所作的功也应等于整个机械系统中各外力在单位时间内所作的功。第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学三、等效参量的计算 1.作定轴转动的等效构件的等效参量的计算 2.作直线移动的等效构件的等效参量的计算第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学1.作定轴转动的等效构件的等效参量的计算等效转
5、动惯量的计算:动能:各类不同运动形式的构件动能:EJe122EJisii122Em viisi122222121siiisiivmJE第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学1.作定轴转动的等效构件的等效参量的计算整个机械系统的动能:21212121siiniisinivmJE第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学1.作定轴转动的等效构件的等效参量的计算因等效构件的动能与机械系统的动能相等,则:方程两边统除以,可求解等效转动惯量:21212212121siiniisinievmJJ1222121)()siiniisinievmJJ(第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学1
6、.作定轴转动的等效构件的等效参量的计算 等效力矩的计算:等效构件的瞬时功率:系统中各类构件的瞬时功率:PMeiiiMPisiiivFPcos isiiiiiiivFMPPPcos 第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学1.作定轴转动的等效构件的等效参量的计算整个机械系统的瞬时功率为:isiiniiinivFMPcos11第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学1.作定轴转动的等效构件的等效参量的计算等效构件的瞬时功率与机械系统的瞬时功率相等:isiiniiinievFMMcos11方程两边统除以方程两边统除以,可求解等效力矩:,可求解等效力矩:isiiniiinievFMMcos
7、)()(11第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学2.作直线移动的等效构件的等效参量的计算 等效构件的动能与机械系统的动能相等和等效构件的瞬时功率与机械系统的瞬时功率相等,可分别求解等效质量和等效力:2121)()(vvmvJmsiiniisinieniisiiiinievvFvMF11cos)()(第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学四、实例与分析 例1 在如图所示的轮系中,已知各齿轮的齿数分别为Z1,Z2,Z3,各齿轮与系杆H的质心与其回转中心重合,绕质心的转动惯量分别为J1,J2,J3,JH。有两个行星轮,每个行星轮的质量为m2。若等效构件设置在齿轮1处,求其等效转动惯
8、量Je。第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学 例1解 解:等效构件的动能为:2121eJE 机构系统的动能为:机构系统的动能为:222222221121)2121(221HHsJvmJJE二者动能相等,两边同除以二者动能相等,两边同除以 :HHrJJJmvJesHH122122212122()()()1212第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学由轮系转动比可有:21231312ZZZZZZ.HZZZ1113整理:231122231232121)(2()()(2ZZZJrmZZZZZZJJJHHe由该例可知:传动比为常量的机械系统,其等效转动惯量也为常量。第十四章第十四章 机
9、械系统动力学机械系统动力学例2 如图所示正弦机构中,已知曲柄长为l1,绕A轴的转动惯量为J1,构件2、3的质量为m2,m3,作用在构件3上的阻抗力为F3。若等效构件设置在构件1处,求其等效转动惯量Je,并求出阻抗力F3的等效阻抗力矩Mer。第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学 解:根据动能相等的条件,有:12121212121122232JJm vm veBcJJmvmveBc1212312()()由运动分析可知:vlB1 1vllc(sin)cos11111第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学vceJJlmlmJJ122132121cos式中:JJm lc12 12Jm
10、lv3 1221cos第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学MF verc130180cos11311113coscoslFlFMer阻抗力的瞬时功率等于等效阻抗力的瞬时功率:第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学第三节 机械系统的运动方程及其求解一、等效构件的运动方程二、运动方程的求解第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学一、等效构件的运动方程整理,得:整理,得:dWdE dJMd()122dJdM()122JdddJdMMMdr 22第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学 由于ddddtdtdddt.1JddtdJdMMMdr22所以第十四章第十四章 机械系
11、统动力学机械系统动力学 如果对方程dJMd()122两边积分,并取边界条件为:两边积分,并取边界条件为:0000,JJtt可得:可得:1212200200JJMdMMddr()积分方程积分方程第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学代入代入dWdE dmvFds()122rdFFFdsdmvdsvdvm22dvdsdvdtdtdsdvdt v1得:rdFFFdsdmvdtdvm22作往复移动的等效构件的微分方程 第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学 如果对方程dmvFds()122两边积分,并取边界条件为:0000,mmvvsstt1212200200mvm vFdsFF ds
12、drssss()得:第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学二、运动方程的求解1.等效转动惯量与等效力矩均为常数的运动方程的求解;2.等效转动惯量与等效力矩均为等效构件位置函数的运动方程的求解;3.等效转动惯量是常数、等效力矩为等效构件速度函数的运动方程的求解;4.等效转动惯量是变量、等效力矩为等效构件位置和速度函数的运动方程求解。第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学1.等效转动惯量与等效力矩均为常数的运动方程的求解由于J=常数,M=常数 JddtdJdMMMdr22JddtMJMdtd00ttdtd2000000)(2)()(tttttt积分,得:积分,得:第十四章第十四章
13、机械系统动力学机械系统动力学1.等效转动惯量与等效力矩均为常数的运动方程的求解 例:已知电机转数为1440 r/min,减速箱传动比i=2.5,选B轴为等效构件,等效转动惯量 ,要求刹住B轴后3秒停车。求等效制动力矩。Jkg me 052.第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学1.等效转动惯量与等效力矩均为常数的运动方程的求解 解:sradB/32.606025.21440)(00tt 0B 0t00200/1.20332.600sradtt).(05.105.01.20mNJMrJMdtdMMMMdrr 由由3t得:得:第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学2.等效转动惯量与
14、等效力矩均为等效构件位置函数的运动方程的求解 当可用解析式表示时,用积分方程求解方便些。当等效转动惯量与等效力矩不能写成函数式时,可用数值解法求解。121220020JJMdJJJMd00220第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学3.等效转动惯量是常数、等效力矩为等效构件速度函数的运动方程的求解JddtdJdMMMdr22JddtM()当 时,可解出t的值Mab()ttJbabab00ln分离变量并积分后:dtJdMtt()00tJdMt()00第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学3.等效转动惯量是常数、等效力矩为等效构件速度函数的运动方程的求解 将 代入ddtddJddt
15、M()JddM()dJdM()00JdM()000Jbababab()ln()得:两边积分并整理:当 时,可解出的值。Mab()第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学3.等效转动惯量是常数、等效力矩为等效构件速度函数的运动方程的求解例:在用电动机驱动的鼓风机系统中,若以鼓风机主轴为等效构件,等效驱动力矩 ,等效阻抗力矩,等效转动惯量。求鼓风机由静止起动到时的时间t。Jkgm 102NmMd)26427600(MNmr 1100100rads/第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学3.等效转动惯量是常数、等效力矩为等效构件速度函数的运动方程的求解 解:Nma26500)(2642
16、6500)()(NmMMMrdttJbabab00lnt0000,在式中Nm-264b srad/100Jkgm 102ts1026426500264100265000211ln.当静止时,代入第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学4.等效转动惯量是变量、等效力矩为等效构件位置和速度函数的运动方程求解 等效转动惯量随机构位置而变化,且难以用解析式表达,这类问题只能用数值方法求解。第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学4.等效转动惯量是变量、等效力矩为等效构件位置和速度函数的运动方程求解 把代入力矩方程式JdddJdMMMdr 22JJMM(),(,)JdddJdM()()(,)
17、22122 dJJdMd()()(,)并整理,得:第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学4.等效转动惯量是变量、等效力矩为等效构件位置和速度函数的运动方程求解 用差商代替微商,iiiiiiiiiJJJdJdd)()()()(11112211 iiiiiiiiiJJJM()()(,)iiiiiiiiiMJJJJ1132(,)整理,解得:代入得:第十四章第十四章 机械系统动力学机械系统动力学4.等效转动惯量是变量、等效力矩为等效构件位置和速度函数的运动方程求解 利用数值法求解时,首先设定 ,再按转角步长求出一系列的 。当求出一个运动循环的尾值 后,应和初值 相等。若不相等,重新设定初值后再
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