现代设计理论与方法-课件 第9章动态设计.ppt

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第9章动态设计,DynamicDesign,机械系统的建模方法分为两大类：

理论建模法实验建模法

（1）理论建模法按机械系统不同而采用不同的技巧，因而有多种方法（一般主要采用有限元方法和传递矩阵法）；

（2）实验建模法是指对机械系统（实物或模型）进行激振（输入），通过测量与计算获得表达机械系统动态特性的参数（输出），再利用这些动态特性参数，经过分析与处理建立系统的数学模型。

从式（9-2）中不难发现，要提高机械系统结构的动刚度，可采用措施是：

（1）提高机械系统结构的静刚度；

（2）提高固有频率，使结构在远离固有频率的低频率工作，以避免产生共振，从而提高系统的动刚度；（3）增加结构阻尼。

影响旋转轴临界转速的因素主要有：

（1）轴系的结构特征，即转轴的几何尺寸、支承间跨距、材料的弹性模量、联轴器的质量和刚度，以及支承座、底板、基础的动刚度、轴承、密封的动特性等因素都影响旋转轴的临界转速。

（2）各转子之间的联结条件。

动不平衡旋转物体上的各偏心质量合成出两个大小相等方向相反但不在同一直线上的不平衡力，物体在静止时虽然获得平衡，但在旋转时就会产生一个不平衡力偶，即，这种不平衡只能在动态下确定，故称动不平衡。

混合不平衡一个物体既存在静不平衡又有动不平衡，即：

、。

混合不平衡是物体失衡的普遍状态，特别是长度与直径比L/D较大的物体，多产生混合不平衡。

3）挠性转子的平衡所谓挠性转子通常是指工作转速大于第一阶临界转速0.7倍的转子。

由于挠性转子本身旋转时的动挠度，会对转子的平衡状态产生重要影响，而转子的动挠度曲线随着转速的改变而改变，因此不能使用刚性转子的平衡方法来平衡挠性转子。

挠性转子的平衡方法基本上有两种：

振型平衡法和影响系数平衡法。

在这两种基本平衡方法的基础上派生出几个挠性转子的平衡方法，详细可参见有关资料。

机械系统动态设计基本工作步骤如下：

（1）建立动力学模型根据机械结构或机械系统的设计图纸，建立系统动力学模型或应用试验模态分析技术（如有限元分析）建立结构的试验模型。

（2）动态持性分析建立出结构的动力学模型后，求解自由振动方程得到结构的振动固有特性；引入外部激励进行动力响应分析；进行振动稳定性分析。

（3）动态设计指标的评定根据机械系统或结构在设计时提出的动态设计原则，对机械系统或结构的动态性能进行评定。

（4）结构修改和优化设计如果结构的某些指标没有满足动态设计原则的要求，要进一步改善其动态性能，则根据要求改进原来的设计，转到步骤

（1）重新开始动态设计，直至达到要求为止。

下面以某转轴为例，应用有限元法来说明进行轴类部件的动态分析的基本过程及步骤。

表9-1不同预载条件下轴承径向刚度和阻尼平均值,3.计算主轴固有频率将梁单元的几何特性、材料特性以及边界元的刚度系数等输入有限元分析软件，即可进行该主轴的动态分析。

计算结果一阶固有频率为1280Hz。

则该固有频率不满足设计要求，需修改原设计来提高主轴的固有频率。

4.动态设计经过评价与分析，可知改变悬臂长度、前后支承距离、前轴承的扭转刚度、径向刚度及推力轴承的刚度等可以改变主轴的固有频率。

它们之间的关系列于图9-4中。

图9-4主轴固有频率变化图,从图9-4不难发现，支承的扭转刚度对轴的动态特性的影响大于径向刚度。

在选用轴承和考虑箱体支承孔时，应把注意力重点放在扭转刚度上，尤其应注意加强前支承的止推作用。

由图可见，当前支承的扭转刚度大于Ncmrad时，固有频率大于1900rads。

同理，当后支承轴承的扭转刚度大于16Ncmrad时，固有频率大于1900rads。

从图9-4（b）中可以看出，支承间的最佳距离为290mm。

通过以上分析可以看出，在修改设计时，首先要考虑悬臂梁的长度，应千方百计地缩短伸出量。

其次应选用扭转刚度和阻尼大的轴承，推力轴承宜布置在前支承处。

此外，卡盘与主轴的结合刚度的影响也比较大，从结构上来说，不应比现在使用的短锥形式的刚度再低了。

支承跨距对动刚度影响较小。

综合考虑，可按主轴部件的静态特性来确定跨距。

三个支承中应优先选前、中两个主要支承，后支承为辅助支承，可根据实际情况确定。

本章结束,Thankyou!