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第11章
机械系统的动力分析和设计

平面机构力分析主要内容:
确定实现设定的机构运动所应施加于机构上的力,此力被称为机构的平衡力或平衡力矩。这类动力学问题称为机构动力学的逆问题。
所谓设定机构运动规律就是设计者对机构原动件的运动规律所作的假设,比如假设原动件以某一角速度匀速转动等。一旦设定了原动件的运动规律,机构中所有构件的位置、速度和加速度都可以确定出来了。因此,机构力分析是在已知机构中各个构件的位置、速度、加速度的基础上进行的。
设想惯性力也是作用于构件上外力、用静力学平衡方程、求出机构各运动副反力和平衡力(平衡力矩)的方法称为机构的动态静力分析方法。
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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。
在编制计算机程序时,一般是建立各种基本杆组及单杆动力分析数学模型,编制出相应的动态静力分析子程序,解题时根据具体的机构结构组成调用需要的子程序。
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。
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。

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)
中:
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,