海德体育第第99章章动态设计动态设计Dynamic DesignIXIX第第99章章动态设计动态设计 随着现代机械现代机械日益向大型化、高速化、精密化和高效率化方向发展,机械系统的振动问题机械系统的振动问题日益突出,良好的机械系统动态性能机械系统动态性能已经成为产品开发设计中的重要的优化目标之一。内容简介内容简介本章本章的主要内容主要内容:?机械系统动态设计的基本概念?动态设计基本原理及主要过程? 所谓“动态设计动态设计”是指机械结构和机器系统的动态性能在其图纸的设计阶段就应得到充分考虑,整个设计过程整个设计过程实质上是运用动态分动态分析技术析技术、借助计算机分析、计算机辅助设计和仿真来实现的,达到缩短设计周期、提高设计效率和设计水平的目的。机械系统的动态特性机械系统的动态特性是指机械系统本身的固有频率海德体育、阻尼特性和对应于各阶固有频率的振型以及机械在动载荷作用下的响应海德体育。机械系统动态设计机械系统动态设计的主要包括两个方面: 1)建立一个切合实际的机械系统动态力学模型,从而为进行机械系统动态力学特性分析提供条件; 2)选择有效的机械系统动态优化设计方法,以获得一个具有良好的机械系统动态性能的产品结构设计方案。动态分析的主要理论基础动态分析的主要理论基础是模态分析模态分析和模态综合理论模态综合理论。采用的主要的方法有:有限元分析法、模型试验法及传递函数分析法海德体育。模态分析法模态分析法具体包括两个方面:系统固有特性分析和动态响应分析。系统固有特性系统固有特性包括系统的各阶固有频率、模态振型和模态阻尼比等参数。 进行固有特性分析固有特性分析是为了避免系统在工作时发生共振或出现有害的振型,并且为系统进一步的响应分析作准备;动态响应分析动态响应分析是计算系统在外部激振力作用下的各种响应,包括位移响应海德体育、速度响应和加速度响应,并将它控制在一定的范围内。系统对外部激振响应外部激振响应会导致系统内部产生动态应力和动态位移,从而影响产品的使用寿命和工作性能,或产生较大的噪声。机械系统的建模方法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。 动态设计的有关概念和基本原理●动刚度●转轴的临界转速●动平衡技术●求解平衡方程组进行动态设计动态设计将要用到如下概念概念及计算计算:1. 动刚度机械系统机械系统(机器或机械结构)是一个弹性系统,在一定条件下受到交变激振力的作用而产生振动振动,从而影响机械系统的工作精度和使用寿命。组成机械系统的零部件的抗振性能如何,直接影响到整个机械系统的振动稳定性。提高机械结构动态性能及抗振性能的关键是提高其动刚度其动刚度,机械结构动态设计的核心就是如何设计出动刚度较高的结构。动刚度动刚度是衡量机械系统及结构抗振能力的常用指标常用指标,在数值上等于单位振幅所需的动态力,即 (N/mm)DFKA?(9-1)式中,F 为激振力幅值,N;A 为振幅,N;K为系统的静刚度,N/mm;为激振力的角频率,rad/s;为系统的固有角频率,rad /s;为系统的阻尼比。22 22(1 ) (2 )Dn nFK KA? ??? ?? ? ???n??2n nf? ??12 2nnKfm?? ?? ?式中,为系统的固有频率,Hz。nf为研究问题方便,现采用单自由度系统动刚度表达式,来定性地分析影响动刚度的各种因素。单自由度振动系统受简谐激振力作用时,其动刚度可用下式表示(9-2)其中 从式(9-2)中不难发现,要提高机械系统结构的动刚度,可采用采用措施措施是:(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,以避免产生共振产生共振,从而提高系统的动刚度;(3) 增加结构阻尼。2. 转轴的临界转速机械系统或机械传动部分的轴系轴系是一个具有无穷多个自由度的弹性系统,因而具有无穷多个固有频率海德体育。当轴系的旋转角速度与系统的某一固有频率重合时将会发生共振,有可能使传动部件和支撑它的固定部件承受过大的载荷,甚至引起过大的变形,使密封、轴承等的失效。通常,把发生共振时的转速称之为临界转速临界转速。