机械系统的动力分析和设计说课材料.ppt

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1、机械系统的动力分析和设计不含有平衡力（平衡力矩）基本杆组是静定的。因此，平面机构的受力分析可以从不含有平衡力（平衡力矩）基本杆组开始求解，并且基本杆组是进行机构力分析最小杆组。10.2机械的平衡在机械运转过程中，其运动构件由于有加速度而产生惯性力。这些惯性力将在运动副中产生附加动压力，增加运动副中的摩擦力和构件的内应力，导致磨损加剧、效率降低，并影响零件的强度。惯性力一般是周期性变化的，周期性变化的附加作用力将会使机械及其基础产生振动，机械平衡的目的之一是消除机械惯性力在机架运动副反力中的影响。10.

2、2.1刚性转子的平衡机械中绕固定轴转动的构件称为转子。如果转子的工作转速较低、其旋转轴线挠曲变形可忽略不计，这样的转子称为刚性转子。1.刚性转子的静平衡及其设计计算在机械工程中，有一类轴向尺寸比较小、径向尺寸比较大的盘状转子(转子直径D与其宽度b之比D/b>5)，例如齿轮、盘形凸轮、带轮、链轮及叶轮等，在这类转子上的零件或部件的质量可以看成是分布在同一平面内，转子转动时的惯性力是一个平面汇交力系。刚性转子的静平衡条件是：转子上各个零件或部件产生的惯性力的合力为零，即：转子的质心在其回转轴线上。不符合这

3、样条件的转子为静不平衡转子。转子静平衡条件的三种表示方法：（1）转子上各个零件或部件产生的惯性力的合力为零；（2）转子的质心在其回转轴线上；（3）转子上各个零件或部件质径积的矢量和为零。设计计算的方法（11--3）为应加的平衡质量的离心惯性力；为原有质量的离心惯性力的主矢量。将各惯性力的数值代入式（11--3）（11--3‘）化简，得（11--4）,质量与质心向径的乘积称为质径积。为应加配重的质径积，2.刚性转子的动平衡及其设计计算机械中轴向尺寸比较大、而径向尺寸比较小的转子(径宽比D／b≤5)，惯性

4、力形成一个空间力系，这样的转子应当满足动平衡条件，才能在机架的反力中消除惯性力的影响。刚性转子动平衡的条件是：在运转时各偏心质量所产生的惯性力和惯性力矩的矢量和同时为零。刚性转子动平衡设计计算的方法是：（1）在转子上选择两个平衡平面Ⅰ--Ⅰ、Ⅱ--Ⅱ;（2）将各个离心惯性力（质径积）分解到平衡平面Ⅰ--Ⅰ、Ⅱ--Ⅱ内；（3）在平衡平面Ⅰ--Ⅰ、Ⅱ--Ⅱ内用静平衡的方法，确定出平衡质量的质径积。例10---1对图10---4（a）所示转子进行动平衡，平衡平面为Ⅰ--Ⅰ和Ⅱ--Ⅱ。解：将各个质量的质径积分

5、解到两个平衡平面中：在平衡平面Ⅰ--Ⅰ中有（10---6）讨论：比较质径积与惯性力在平衡平面Ⅱ--Ⅱ中有：（10---7）确定在各个平衡平面中应加平衡质量的质径积：在平衡平面Ⅰ--Ⅰ中（10---8）如图10---4（b）所示。同理，在平衡平面Ⅱ--Ⅱ中（10---9）如图10---4（c）所示。应当指出的是：由于动平衡同时满足静平衡条件，所以经过动平衡的转子一定是静平衡的；但是，经过静平衡的转子不一定是动平衡的。经过平衡设计计算的转子，只是在理论上是完全平衡的。但是由于制造、装配误差以及材质不均匀等

6、原因，转子在实际运转时还会出现不平衡现象，而这种不平衡在设计阶段是无法估计、确定和消除的，因此，转子在使用之前还需要用试验的方法对其进行平衡。11.2.2挠性转子的平衡简介挠性转子平衡有别于刚性转子平衡的特点是：平衡设计计算与转子的转速有关，同时，平衡的目的不仅要消除惯性力在机架反力中的影响，而且还要尽可能地消除转子的动挠度。11.2.3机构的平衡简介利用对称机构进行平衡通过增加平衡质量进行平衡利用非对称机构部分平衡惯性力10.3刚性构件组成的单自由度机械系统的真实运动10.3.1刚性构件组成的单自由

7、度机械系统的等效动力学模型单自由度机械系统可以等效转化为一个等效构件，等效构件相对机架作定轴转动或移动。等效转化的条件是：等效构件所具有的动能等于原机械系统的总动能；等效构件上作用的等效力或力矩产生的瞬时功率等于原机械系统所有外力产生的瞬时功率之和。（1）等效转动惯量（等效质量）的确定在具有n个活动构件的机械系统中，构件i的质量为mi，对质心Si的转动惯量为JSi，质心Si的速度为vSi，构件的角速度为ωi，则系统所具有的总动能为当选取回转构件为等效构件时，等效构件的动能为根据等效构件所具有的动能等于

8、原机械系统的总动能的等效条件，可以确定出等效转动惯量同理，当选取移动构件为等效构件时，可得等效质量由式（10--13）可知，等效转动惯量和等效质量不仅与各构件的质量和转动惯量有关，而且与速比有关。速比通常是机构位置的函数或常数，则等效转动惯量或等效质量也是等效构件位置的函数或者是常数。（10--13）（10--13‘）（2）等效力矩（等效力）的确定在具有n个活动构件的机械系统中，构件i受到的外力为Fi,力矩为Mi，力Fi作用点的速度为vi，构件i的角速度