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高等機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)--結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)

高等機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)--結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)

作者：李有堂
出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2022-06-01
開(kāi)本： 16開(kāi) 頁(yè)數(shù)： 636
中 圖 價(jià):¥211.7(7.9折) 定價(jià)  ¥268.0 登錄后可看到會(huì)員價(jià)
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高等機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)--結(jié)構(gòu)與系統(tǒng) 版權(quán)信息

高等機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)--結(jié)構(gòu)與系統(tǒng) 內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)為適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品和結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)需要，結(jié)合作者多年的科研和教學(xué)實(shí)踐撰寫(xiě)而成。本書(shū)主要闡述高等機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)。全書(shū)共6章，主要內(nèi)容包括機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)概述、齒輪結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、凸輪結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)、軸承動(dòng)力學(xué)、轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析方法與模型、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與控制等。 本書(shū)可作為高等院校機(jī)械工程及相關(guān)專(zhuān)業(yè)研究生的參考書(shū)，也可供機(jī)械制造領(lǐng)域的工程技術(shù)人員和科研工作者參考。

高等機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)--結(jié)構(gòu)與系統(tǒng) 目錄

目錄
前言
第1章 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)概述 1
1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)與機(jī)械系統(tǒng) 1
1.2 常見(jiàn)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 1
1.3 機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型 3
1.3.1 剛性元件 3
1.3.2 彈性元件 3
1.3.3 阻尼 4
1.3.4 流體潤(rùn)滑動(dòng)壓軸承 5
1.3.5 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的選擇 5
1.4 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分類(lèi) 6
第2章 齒輪結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué) 9
2.1 齒輪結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)概述 9
2.1.1 齒輪結(jié)構(gòu)及其動(dòng)力學(xué)特征 9
2.1.2 齒輪結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的基本問(wèn)題 10
2.1.3 齒輪結(jié)構(gòu)的激勵(lì)類(lèi)型和性質(zhì) 13
2.1.4 齒輪動(dòng)載荷和動(dòng)載系數(shù) 16
2.2 輪齒嚙合動(dòng)態(tài)激勵(lì)基本原理 23
2.2.1 輪齒嚙合綜合剛度及其計(jì)算方法 23
2.2.2 輪齒嚙合剛度動(dòng)態(tài)激勵(lì)原理 27
2.2.3 輪齒嚙合誤差動(dòng)態(tài)激勵(lì)原理 31
2.2.4 齒輪副嚙合時(shí)的沖擊激勵(lì)原理 36
2.3 齒輪結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)分析模型 40
2.3.1 齒輪結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)型分析模型 41
2.3.2 齒輪結(jié)構(gòu)的嚙合耦合型分析模型 46
2.3.3 齒輪結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子耦合型分析模型 56
2.3.4 齒輪結(jié)構(gòu)的全耦合型分析模型 61
2.3.5 齒輪結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)分析模型 62
2.4 齒輪結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性 68
iv 高等機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)——結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)
2.4.1 齒輪結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定性 68
2.4.2 齒輪結(jié)構(gòu)的固有特性 76
2.4.3 齒輪結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng) 80
2.5 齒輪機(jī)構(gòu)間隙非線性動(dòng)力學(xué) 87
2.5.1 單自由度振-沖結(jié)構(gòu)的非線性振動(dòng) 87
2.5.2 多自由度振-沖結(jié)構(gòu)的非線性振動(dòng) 92
2.5.3 單自由度齒輪結(jié)構(gòu)的間隙非線性振動(dòng) 97
2.5.4 齒輪 -轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)的間隙非線性振動(dòng) 111
第3章 凸輪結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué) 115
3.1 凸輪結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)概述 115
3.1.1 凸輪結(jié)構(gòu)及其分類(lèi) 115
3.1.2 凸輪結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的影響因素及其基本問(wèn)題 124
3.1.3 凸輪結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的建立方法 128
3.2 往復(fù)式運(yùn)動(dòng)凸輪結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析 146
3.2.1 從動(dòng)件彈性凸輪結(jié)構(gòu)的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型 146
3.2.2 擺動(dòng)從動(dòng)件凸輪結(jié)構(gòu)的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型 150
3.2.3 考慮軸扭轉(zhuǎn)及彎曲的動(dòng)力學(xué)模型 152
3.2.4 凸輪結(jié)構(gòu)的變系數(shù)動(dòng)力學(xué)模型 156
3.3 平行分度凸輪結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析 163
3.3.1 平行分度凸輪結(jié)構(gòu)的廓形曲線方程 163
3.3.2 外平動(dòng)分度凸輪結(jié)構(gòu)的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型 168
3.3.3 內(nèi)平動(dòng)分度凸輪結(jié)構(gòu)的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型 174
3.3.4 同軸式活齒凸輪分度結(jié)構(gòu)的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型 181
3.4 圓柱分度凸輪結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析 187
3.4.1 圓柱分度凸輪的廓形曲面方程 187
3.4.2 圓柱凸輪結(jié)構(gòu)的三自由度剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)模型 192
3.4.3 考慮間隙和柔性軸的圓柱分度凸輪結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型 193
3.4.4 圓柱凸輪結(jié)構(gòu)的機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型 197
3.5 弧面分度凸輪結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析 202
3.5.1 弧面分度凸輪結(jié)構(gòu)的嚙合原理和嚙合面方程 203
3.5.2 滾子齒式弧面分度凸輪結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型 208
3.5.3 滾珠型弧面分度凸輪結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型 217
3.5.4 包絡(luò)蝸桿分度凸輪結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型 237
第4章 軸承動(dòng)力學(xué) 244
4.1 滾動(dòng)軸承的動(dòng)力學(xué)分析 244
4.1.1 滾動(dòng)軸承的接觸應(yīng)力與變形 244
4.1.2 滾動(dòng)軸承的彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑 249
4.1.3 滾動(dòng)軸承的負(fù)荷分布 252
4.1.4 滾動(dòng)軸承的動(dòng)力學(xué)系數(shù) 255
4.2 滾動(dòng)軸承對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響及振動(dòng)控制 257
4.2.1 圓柱滾子軸承的動(dòng)力學(xué)模型 257
4.2.2 滾動(dòng)軸承支承的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 269
4.2.3 滾動(dòng)軸承引起的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)共振 273
4.2.4 轉(zhuǎn)子異常振動(dòng)的影響因素 276
4.2.5 軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)控制 279
4.3 滑動(dòng)軸承的動(dòng)力學(xué)分析 285
4.3.1 滑動(dòng)軸承的分類(lèi)、特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)組成 285
4.3.2 固定瓦徑向滑動(dòng)軸承的油膜剛度和阻尼 288
4.3.3 可傾瓦徑向滑動(dòng)軸承的油膜剛度和阻尼 299
4.3.4 動(dòng)靜力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的油膜剛度和阻尼系數(shù) 312
4.3.5 推力滑動(dòng)軸承的油膜剛度和阻尼系數(shù) 316
4.4 擠壓油膜阻尼器軸承的動(dòng)力特性 321
4.4.1 幾種常見(jiàn)的阻尼器結(jié)構(gòu) 321
4.4.2 擠壓油膜阻尼器的雷諾方程 322
4.4.3 擠壓油膜軸承的壓力邊界條件 324
4.4.4 擠壓油膜力、油膜剛度和油膜阻尼 326
4.4.5 考慮油膜慣性力影響的擠壓油膜力及其線性化表達(dá)式 332
4.5 動(dòng)壓滑動(dòng)軸承對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響 335
4.5.1 單質(zhì)量彈性轉(zhuǎn)子 337
4.5.2 油膜失穩(wěn)機(jī)理 341
4.5.3 系統(tǒng)參數(shù)的影響 343
4.5.4 常用徑向滑動(dòng)軸承的穩(wěn)定性比較 347
4.5.5 可傾瓦徑向滑動(dòng)軸承的非本質(zhì)穩(wěn)定 351
4.5.6 徑向滑動(dòng)軸承、推力軸承支承的單質(zhì)量彈性轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性 354
4.6 電磁軸承及帶電磁軸承轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)特性 360
4.6.1 主控式磁懸浮軸承的結(jié)構(gòu) 361
4.6.2 PD反饋控制下電磁軸承控制器及轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程 363
4.6.3 PD反饋控制下轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的解 364
4.6.4 PID反饋控制下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)特性 366
4.6.5 電磁軸承的影響因素與控制目標(biāo) 367
4.6.6 帶磁力軸承的柔性轉(zhuǎn)子 369
第5章 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析方法與模型 375
5.1 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)概述 375
5.1.1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械及其分類(lèi) 375
5.1.2 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的類(lèi)型及特點(diǎn) 375
5.1.3 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)及其振動(dòng)的基本特性 376
5.1.4 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容 379
5.1.5 轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)的建模 380
5.2 轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的分析方法 383
5.2.1 各向同性支承轉(zhuǎn)子的分析計(jì)算 383
5.2.2 各向異性支承轉(zhuǎn)子的分析計(jì)算 394
5.2.3 系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)的傳遞矩陣法 401
5.2.4 傳遞矩陣-阻抗耦合法 406
5.2.5 傳遞矩陣-分振型綜合法 414
5.2.6 傳遞矩陣-直接積分法 420
5.3 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)基本模型與物理效應(yīng) 429
5.3.1 擾動(dòng)力的線性化模型 429
5.3.2 黏彈性材料的本構(gòu)模型 437
5.3.3 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的普遍運(yùn)動(dòng)方程 440
5.3.4 動(dòng)力穩(wěn)定性與動(dòng)力失穩(wěn) 444
5.3.5 內(nèi)耗失穩(wěn)與結(jié)構(gòu)內(nèi)阻尼 448
5.3.6 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的陀螺效應(yīng) 450
5.3.7 內(nèi)摩擦和滯后效應(yīng) 454
5.3.8 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的偏差 458
5.4 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)集中參數(shù)模型 459
5.4.1 剛性支承單盤(pán)對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)子模型 459
5.4.2 剛性支承單盤(pán)偏置轉(zhuǎn)子模型 468
5.4.3 彈性支承單盤(pán)對(duì)稱(chēng)轉(zhuǎn)子模型 480
5.4.4 彈性支承單盤(pán)偏置轉(zhuǎn)子模型 485
5.4.5 剛性支承多盤(pán)轉(zhuǎn)子模型 492
5.4.6 彈性支承多盤(pán)轉(zhuǎn)子模型 502
5.5 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分布質(zhì)量模型 507
5.5.1 Rayleigh梁-軸模型 507
5.5.2 Timoshenko梁-軸模型 514
5.5.3 多段連續(xù)質(zhì)量階梯軸模型 523
5.5.4 彈性盤(pán)-柔性軸轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)模型 528
第6章 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析與控制 536
6.1 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的演化規(guī)律 536
6.1.1 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型與運(yùn)動(dòng)控制方程 536
6.1.2 周期解的穩(wěn)定性 539
6.1.3 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)演化方式 542
6.2 內(nèi)腔積液及充液轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)特性 545
6.2.1 二維理想自旋流體的擾動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程 546
6.2.2 擾動(dòng)流體對(duì)轉(zhuǎn)子的反饋力公式 548
6.2.3 充液轉(zhuǎn)子做圓渦動(dòng)的條件 550
6.2.4 充液轉(zhuǎn)子的動(dòng)力穩(wěn)定性 551
6.2.5 碰摩引起的單盤(pán)轉(zhuǎn)子失穩(wěn) 555
6.2.6 碰摩引起的多盤(pán)轉(zhuǎn)子失穩(wěn) 562
6.3 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的自激勵(lì)因素和穩(wěn)定性裕度 567
6.3.1 轉(zhuǎn)軸材料的內(nèi)摩擦 567
6.3.2 干摩擦 575
6.3.3 動(dòng)壓密封力 582
6.3.4 葉輪偏心力引起的流體激勵(lì)力 592
6.3.5 系統(tǒng)的穩(wěn)定性裕度 594
6.4 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的電磁激勵(lì)與機(jī)電耦聯(lián)振動(dòng) 604
6.4.1 機(jī)電耦聯(lián)振動(dòng)的特點(diǎn) 604
6.4.2 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的電磁激發(fā)振動(dòng) 605
6.4.3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的電磁激發(fā)振動(dòng) 619
參考文獻(xiàn) 633
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高等機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)--結(jié)構(gòu)與系統(tǒng) 節(jié)選

第1章 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)概述 1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)與機(jī)械系統(tǒng) 機(jī)械產(chǎn)品或機(jī)械裝備一般由機(jī)械部件構(gòu)成，如車(chē)床中的主軸部件、進(jìn)給部件，汽車(chē)中的發(fā)動(dòng)機(jī)、懸掛裝置和制動(dòng)裝置等。機(jī)械部件一般由不同機(jī)械結(jié)構(gòu)組成，如主軸部件中的軸承結(jié)構(gòu)、齒輪結(jié)構(gòu)等。機(jī)械結(jié)構(gòu)是組成機(jī)械裝備的基本單元。 機(jī)械系統(tǒng)是由一些機(jī)械元件和機(jī)械結(jié)構(gòu)組成的系統(tǒng)，如由用于運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換的軸承、用于轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)傳遞的齒輪結(jié)構(gòu)及軸類(lèi)零件等組成的轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)，由不同桿件組成的平面連桿機(jī)構(gòu)系統(tǒng)等。機(jī)械系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，組成機(jī)電一體化系統(tǒng)，機(jī)械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)結(jié)合形成機(jī)液控制系統(tǒng)等。 從工程應(yīng)用的角度來(lái)考慮，把研究和處理的對(duì)象定義為一個(gè)工程系統(tǒng)。例如，對(duì)于一臺(tái)機(jī)械設(shè)備，其一般由下列三大部分組成：動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置和工作裝置。而將每一部分作為對(duì)象來(lái)研究時(shí)，就形成一個(gè)系統(tǒng)，即動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)，如圖1.1.1所示。對(duì)于圖1.1.1中的傳動(dòng)系統(tǒng)，在機(jī)床和車(chē)輛中大多數(shù)是齒輪傳動(dòng)箱，而齒輪傳動(dòng)箱要完成傳遞動(dòng)力的任務(wù)，需要齒輪箱內(nèi)部各元件，如齒輪、軸、軸承等協(xié)調(diào)配合起來(lái)完成工作，不得出現(xiàn)卡死、干涉等現(xiàn)象。除系統(tǒng)中各個(gè)元件(元素)協(xié)調(diào)工作之外，系統(tǒng)與系統(tǒng)之間也必須協(xié)調(diào)工作，才能完成機(jī)械設(shè)備分配給系統(tǒng)的任務(wù)。 圖1.1.1 機(jī)械設(shè)備的系統(tǒng)組成 1.2 常見(jiàn)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題 從應(yīng)用的角度，機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究的問(wèn)題具有以下幾個(gè)方面。 1.機(jī)械振動(dòng) 機(jī)械振動(dòng)是機(jī)械運(yùn)動(dòng)過(guò)程中普遍存在的重要問(wèn)題。慣性力的不平衡、外載荷變化及其系統(tǒng)參數(shù)變化等因素，都有可能引起振動(dòng)。減小或隔離振動(dòng)是提高機(jī)械裝備運(yùn)動(dòng)特性和機(jī)械裝備運(yùn)動(dòng)精度的基本任務(wù)。消除或減小振動(dòng)可以用動(dòng)平衡、改進(jìn)機(jī)械本身結(jié)構(gòu)或主動(dòng)控制等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2.機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài) 機(jī)械運(yùn)行一般有兩種狀態(tài)，即穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)和瞬時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，機(jī)械運(yùn)行是穩(wěn)定的周期性運(yùn)動(dòng)；在瞬時(shí)運(yùn)行狀態(tài)下，機(jī)械運(yùn)行呈非周期性狀態(tài)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械的起動(dòng)、停車(chē)或發(fā)生意外事故時(shí)，呈現(xiàn)的就是瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。對(duì)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，不僅可以了解機(jī)械正常工作的狀態(tài)，而且對(duì)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、故障分析和診斷都很重要。通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析可以知道哪些故障對(duì)機(jī)械狀態(tài)有什么影響，從而確定監(jiān)測(cè)的參數(shù)及部位，為故障分析提供依據(jù)。 3.機(jī)械的動(dòng)態(tài)精度 在一些情況下，特別是對(duì)輕型高速機(jī)械，由于構(gòu)件本身的變形或者運(yùn)動(dòng)副中間隙的影響，機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)達(dá)不到預(yù)期的精度。在這種情況下，機(jī)械運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不僅和作用力有關(guān)，還和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān)，因此稱(chēng)為動(dòng)態(tài)精度。研究構(gòu)件的彈性變形、運(yùn)動(dòng)副間隙對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的影響是機(jī)械動(dòng)力學(xué)研究的一個(gè)重要方面。 4.機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)載分析 機(jī)械設(shè)備中的動(dòng)載荷有周期性、非周期性、短時(shí)強(qiáng)載荷等類(lèi)型。不同形式的動(dòng)載荷將引起機(jī)械系統(tǒng)的不同響應(yīng)，且與材料性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式等密切相關(guān)。機(jī)械設(shè)備中的動(dòng)載荷往往是導(dǎo)致構(gòu)件磨損和破壞的重要因素，也是影響機(jī)械設(shè)備動(dòng)態(tài)特性的重要因素。因此，機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)載分析是改善機(jī)械性能、達(dá)到*優(yōu)設(shè)計(jì)的必要手段。 5.機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì) 機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)是提高機(jī)械設(shè)備動(dòng)態(tài)特性和運(yùn)動(dòng)精度，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要手段。機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)包括驅(qū)動(dòng)部件選擇、構(gòu)件參數(shù)(質(zhì)量分布、剛度)設(shè)計(jì)、機(jī)械慣性力平衡設(shè)計(jì)等。 6.機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性能的主動(dòng)控制 許多機(jī)械設(shè)備的工作環(huán)境是變化的，因此需要采用相應(yīng)的手段來(lái)控制其動(dòng)力學(xué)特性，以保證系統(tǒng)在不同條件下按預(yù)期要求工作。控制的因素包括輸入的動(dòng)力、系統(tǒng)的參數(shù)或外加控制力等。在分析控制方法的有效性和控制參數(shù)的范圍等問(wèn)題上，均需要進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析。 1.3 機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型 機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型需要根據(jù)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究的目的而確定。機(jī)械設(shè)備的組成不同，則動(dòng)力學(xué)模型也不同。同一種機(jī)械用于不同目的的分析，模型也可能不同。所以動(dòng)力學(xué)模型的復(fù)雜程度也隨上述兩方面因素而異，從簡(jiǎn)單的單質(zhì)量系統(tǒng)到包含幾十、幾百甚至上千個(gè)質(zhì)量和參數(shù)的系統(tǒng)。 一個(gè)系統(tǒng)由不同性質(zhì)的元件組成。在建立系統(tǒng)模型時(shí)，首先要對(duì)這些元件進(jìn)行力學(xué)簡(jiǎn)化，常見(jiàn)的元件和簡(jiǎn)化方法如下。 1.3.1 剛性元件 剛性元件在機(jī)械系統(tǒng)中可能移動(dòng)、繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)或做一般運(yùn)動(dòng)，如圖1.3.1所示。圖1.3.1(a)為質(zhì)量為 m的剛性構(gòu)件，當(dāng)僅移動(dòng)時(shí)，其動(dòng)力學(xué)特性與物體大小無(wú)關(guān)，可視為一集中質(zhì)量。在外力 F的作用下，m的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生加速度 a。圖1.3.1(b)為一繞固定軸旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件，質(zhì)心在 s點(diǎn)，M為作用于其上的外力矩，ε為轉(zhuǎn)動(dòng)的角加速度。由于其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是旋轉(zhuǎn)，其動(dòng)力學(xué)特性不僅與質(zhì)量 m有關(guān)，還與質(zhì)量的分布狀態(tài)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 I0有關(guān)。對(duì)于一般運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，如圖1.3.1(c)所示，其參數(shù)除質(zhì)量 m和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Is，還有構(gòu)件長(zhǎng)度 l和質(zhì)心位置 ls。 圖1.3.1 剛性元件的力學(xué)模型 1.3.2 彈性元件 建立彈性元件的力學(xué)模型，關(guān)鍵是如何處理彈性元件的質(zhì)量及剛度的分布。 1.無(wú)質(zhì)量的彈性元件 機(jī)械中常見(jiàn)的彈簧元件，由于其構(gòu)件質(zhì)量很小，可視為無(wú)質(zhì)量的彈性元件，如圖1.3.2(a)所示。若彈簧剛度為 k，伸長(zhǎng)量為 x，則彈簧的彈性恢復(fù)力為 (1.3.1) 式中，n為彈簧指數(shù)，由材料和彈簧結(jié)構(gòu)確定，當(dāng)彈簧力與位移為線性關(guān)系時(shí)， n=1。 圖1.3.2彈性元件的力學(xué)模型 2.連續(xù)質(zhì)量模型 在許多情況下，彈性元件質(zhì)量不可忽略，有時(shí)甚至是機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)或執(zhí)行元件。這時(shí)可以把質(zhì)量和彈性均看成連續(xù)的系統(tǒng)。圖1.3.2(b)為一維彈性元件，其質(zhì)量分布為 m(x)，分布剛度為 k(x)。通常這些函數(shù)關(guān)系特別是剛度系統(tǒng)函數(shù)，在元件的形狀或連接狀態(tài)比較復(fù)雜時(shí)，難以導(dǎo)出，因此在處理工程實(shí)際問(wèn)題時(shí)，常常需要進(jìn)行簡(jiǎn)化。 3.離散集中質(zhì)量系統(tǒng) 離散集中質(zhì)量系統(tǒng)是把連續(xù)的彈性元件，如圖1.3.2(b)中的軸簡(jiǎn)化為多個(gè)集中質(zhì)量，如圖1.3.2(c)所示，其中 ki、mi分別為彈性元件的剛度和質(zhì)量(i =1，2，3)。這些質(zhì)量之間以無(wú)質(zhì)量的彈性段相連接。這種處理方法可使動(dòng)力學(xué)方程易于求解。集中質(zhì)量的數(shù)目視所研究的問(wèn)題而定。一般來(lái)說(shuō)，離散數(shù)目越多，精度就越高，但太多的離散質(zhì)量有可能由于計(jì)算的舍入誤差而降低精度。 4.有限元模型 有限元法是處理連續(xù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的有效手段，可用于流體、溫度場(chǎng)等不同系統(tǒng)的分析。有限元法的基本思想是將一連續(xù)系統(tǒng)，如圖1.3.2(b)所示的連續(xù)軸分成 I， II， 若干單元，各單元通過(guò)結(jié)點(diǎn)1，2， 連接，如圖1.3.2(d)所示。在單元內(nèi)部仍是一個(gè)連續(xù)體，單元內(nèi)各點(diǎn)狀態(tài)之間的關(guān)系用假設(shè)的函數(shù)來(lái)表示。這樣既把系統(tǒng)看成連續(xù)系統(tǒng)，又可降低系統(tǒng)的自由度。 1.3.3 阻尼 機(jī)械系統(tǒng)中，阻尼的特征是消耗能量，一般有三種不同形式的阻尼。 1.黏滯阻尼 這是常見(jiàn)的阻尼形式，若黏滯阻尼系數(shù)為 c，則阻尼力為 (1.3.2) 2.干摩擦阻尼 干摩擦阻尼的性質(zhì)非常復(fù)雜，阻尼力一般可以表示為 (1.3.3) 式中，為摩擦系數(shù)；N為接觸面正壓力；為接觸面的相對(duì)速度。 3.固體阻尼或內(nèi)阻尼 固體阻尼或內(nèi)阻尼存在于彈性元件材料的內(nèi)部，通常認(rèn)為是由材料的黏性引起的。許多因素，如材料的化學(xué)成分、應(yīng)力的形式與大小、應(yīng)力變化的頻率以及溫度都影響固體阻尼。根據(jù)假定，可認(rèn)為固體阻尼力和應(yīng)力成正比。由于應(yīng)力和位移成正比，所以固體阻尼力可表達(dá)為 (1.3.4) 式中，為固體阻尼系數(shù)。 1.3.4流體潤(rùn)滑動(dòng)壓軸承 流體潤(rùn)滑的油膜軸承是機(jī)械中常用的元件。其力學(xué)特性與流體的力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，既具有彈簧特性又具有阻尼特性，通；癁閳D1.3.3所示的形式。 x、y方向的力 Fx、 Fy分別為. (1.3.5) yyx yy yx yy 式中， kxx、kyy分別為 x、y方向的剛度系數(shù)； kxy、kyx分別為交叉剛度系數(shù)； cxx、cyy分別為 x、y方向的阻尼系數(shù)； cxy、cyx分別為交叉阻尼系數(shù)。有交叉項(xiàng)是流體的力學(xué)特性所致。當(dāng)流體承受一個(gè)方向的壓力時(shí)，壓力能向各個(gè)方向擴(kuò)散。圖1.3.3油膜軸承簡(jiǎn)化形式 1.3.5 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的選擇 在建立機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型時(shí)，要根據(jù)組成元件的性質(zhì)、機(jī)械運(yùn)行的速度和所要解決的問(wèn)題確定采用哪一種模型。同一個(gè)構(gòu)件，在不同運(yùn)動(dòng)速度下，可以是剛體，也可以是彈性體，在需要研究不同問(wèn)題時(shí)，也有不同的處理方法。 例如，由一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件組成的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，當(dāng)其運(yùn)行速度不高、軸間跨距不大時(shí)，可簡(jiǎn)化成如圖1.3.4(a)所示的剛度系統(tǒng)。當(dāng)軸的長(zhǎng)度比直徑大得多，且運(yùn)行速度較高時(shí)，軸的橫向變形不可忽略，則可簡(jiǎn)化成如圖1.3.4(b)所示的離散質(zhì)量系統(tǒng)。在需要研究軸承特性對(duì)系統(tǒng)的影響時(shí)，則應(yīng)將軸承的力學(xué)特性引入動(dòng)力學(xué)模型，如圖1.3.4(c)所示。若整個(gè)機(jī)械安裝在比較軟的基礎(chǔ)上，或需要考慮基礎(chǔ)對(duì)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的影響，則可建立如圖1.3.4(d)所示的動(dòng)力學(xué)模型。 圖1.3.4 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的不同動(dòng)力學(xué)模型 機(jī)械系統(tǒng)中還往往包含著各種機(jī)構(gòu)，如凸輪、齒輪、連桿機(jī)構(gòu)等，根據(jù)這些機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和運(yùn)行速度也有不同的建模方法。 1.4 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分類(lèi) 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究?jī)?nèi)容非常豐富，可從以下幾個(gè)方面對(duì)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題進(jìn)行分類(lèi)。 1.按照問(wèn)題特性分類(lèi) 對(duì)圖1.1.1所示機(jī)械設(shè)備的系統(tǒng)組成，可用如圖1.4.1所示的框圖來(lái)描述。根據(jù)圖1.4.1的模型框圖，動(dòng)力學(xué)研究的問(wèn)題可歸結(jié)為三類(lèi)： 圖1.4.1系統(tǒng)組成(1)已知激勵(lì) x和系統(tǒng) S，求響應(yīng) y。這類(lèi)問(wèn)題稱(chēng)為系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)分析，又稱(chēng)動(dòng)態(tài)分析。這是工程中*常見(jiàn)和*基本的問(wèn)題，其主要任務(wù)在于為計(jì)算和校核機(jī)

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