机械系统动力学知识.pdf

返回目录 学习指南 第25 章 机械系统动力学设计 一.基本要求 本章从质量平衡与功率平衡这两个方面研究改善机械的运动性能和动力性能的 途径和方法，介绍了基于质量平衡和功率平衡的机构及其系统设计方法。 1）熟练掌握质量平衡与功率平衡等基本概念； 2）熟练掌握质量平衡的方法，重点是刚性转子的平衡设计； 3）一般了解平面机构的平衡设计； 4 ）熟练掌握机械系统等效动力学模型的建立与求解，周期性与非周期性速度波动的 原因及调节方法，重点是飞轮的设计； 5 ）理解机械运转的平均速度和不均匀系数的概念。 二.重点、难点指导 本章的重点是：质量平衡中刚性转子的平衡设计，即静平衡设计与动平衡设计；功 率平衡中周期性速度波动的调节方法，即飞轮的设计。 1. 基本概念 1）质量平衡是使构件质量参数合理分布及在结构上采取特殊的措施，将各惯性 力和惯性力矩限制在预期的容许范围内，以减轻有害的机械振动。 质量平衡的分类： 分类 说明 转子的平衡 刚性转子 工作转速低于一阶临界转速、其旋转 转子 （绕固定轴转动的构件） 的平衡 轴线挠曲变形可忽略不计的转子称为 惯性力和惯性力矩的平衡问 刚性转子 题称为转子的平衡。 挠性转子 工作转速高于一阶临界转速、其旋转 的平衡 轴线挠曲变形不可忽略的转子称为挠 性转子（平衡困难） 机构的平衡 对于存在有往复运动或平面复合运动构件的机构，其惯性力和惯性力 矩不能在构件内部消除，必须就整个机构加以研究，应设法使其总惯 性力和惯性力矩在机架上得到完全或部分平衡，所以又称为机构在机 架上的平衡，由于机构总惯性力矩的平衡问题必须综合考虑机构的驱 动力矩和生产阻力矩，情况较为复杂，所以只讨论机构总惯性力在机 架上的平衡问题。 2）功率平衡是在结构上或机构设计方面采取相关措施，减小速度波动，尽可能 实现匀速稳定运转。 等效动力学模型的建立：把复杂的机械系统简化成一个构件（称为等效构件）； 转化原则：使系统转化前后的动力学效果保持不变。即，等效构件的质量或转动 惯量所具有的动能应等于整个系统的总动能；等效构件上的等效力、等效力矩所做的功 或所产生的功率，应等于整个系统的所有力、所有力矩所做功或所产生的功率之和。 通常取绕定轴转动或作直线移动的构件为等效构件，如图1 所示。 图1 2. 刚性转子的平衡设计 回转件静平衡的条件是：分布在回转件上各个质量的离心惯性力合力为零或质 径积矢量和为零，即： ；而由于制造或安装误差 以及材质不均匀等非设计方面的原因造成的不平衡，只能通过试验的方法来消 除，即利用静平衡架找出回转件不平衡质径积的大小和方向，并由此确定平衡 质量的大小和位置，从而使其质心移到回转轴线上以达到静平衡。 回转件动平衡的条件是：分布在回转件上各个质量的离心惯性力合力为零；同 时离心力所引起的力偶的合力偶矩也为零，即 。力是可 以平行分解的，所以，所有惯性力可以分解到两个平行平面中，满足 ∑FΙ 0 ∑FΠ 0 即可达到动平衡 （Ι、Π为两个平衡面，动平衡方法，相当