淺談動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)方法

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1、淺談動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)方法淺談動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)方法【摘?！侩S著生產(chǎn)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的速度、精度、自動(dòng)化等多方面都提出了更高的要求，因此，產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)也就成為了現(xiàn)代機(jī)械研究開(kāi)發(fā)不可或缺的重耍環(huán)節(jié)。本文對(duì)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)作出了相應(yīng)的闡述和分析，提出了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟，并以帶式輸送機(jī)為應(yīng)用實(shí)例。實(shí)踐證明，機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法已成為機(jī)械設(shè)計(jì)人員的一種強(qiáng)有力的設(shè)計(jì)手段。【關(guān)鍵詞】動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)；機(jī)械系統(tǒng)；特性分析；帶式輸送機(jī)0引言隨著生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品與設(shè)備也日益向高速、高效、精密、輕量化和自動(dòng)化的方向發(fā)展，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，

2、人們對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性要求越來(lái)越高［1］。如何提高系統(tǒng)的性能越來(lái)越受到人們的重視。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)，包括理論設(shè)計(jì)、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)、模型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等方法往往都是靜態(tài)的，半經(jīng)驗(yàn)半理論的，難以適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和社會(huì)發(fā)展的需要。在這種情況下，產(chǎn)品動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)成為現(xiàn)代機(jī)械研究開(kāi)發(fā)不可缺少的重耍環(huán)節(jié)。1動(dòng)態(tài)分析設(shè)計(jì)方法的內(nèi)容及目的現(xiàn)代機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是在產(chǎn)品的研究和丿

3、:發(fā)過(guò)程中，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)及與此相關(guān)的動(dòng)態(tài)可靠性、安全性、疲勞強(qiáng)度和工作壽命等問(wèn)題，進(jìn)行分析和計(jì)算，以保證所研究和開(kāi)發(fā)的設(shè)備具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能及其它相關(guān)性能。它是一項(xiàng)涉及

4、現(xiàn)代動(dòng)態(tài)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論、設(shè)計(jì)方法學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域的新的學(xué)科分支，其基本思想是對(duì)按功能要求設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)或要改進(jìn)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，并做動(dòng)特性分析。根據(jù)對(duì)其動(dòng)特性的耍求或預(yù)定的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)目標(biāo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)修改、再設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)重分析，直到滿足結(jié)構(gòu)動(dòng)特性的設(shè)計(jì)要求。機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)就是在充分考慮動(dòng)載荷及滿足約束條件的情況下，確定出機(jī)械結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、剛度和阻尼的最優(yōu)分布參數(shù),使機(jī)械結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能。對(duì)于機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，其廣義冃標(biāo)包括思想冃標(biāo)（I）、產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)（Q）、成本目標(biāo)（C）、生產(chǎn)周期目標(biāo)（T）、環(huán)境目標(biāo)（

5、E）、產(chǎn)品售后目標(biāo)（S）其它目標(biāo)（0）,即IQCTES0等7方面的目標(biāo)。為了做好產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)丁作，必須具體貫徹前面提出的這些目標(biāo)，如果在設(shè)計(jì)中忽視其中的某一目標(biāo)，就有可能在某一方面出現(xiàn)問(wèn)題。產(chǎn)品動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的具體技術(shù)目標(biāo)是產(chǎn)品的全部結(jié)構(gòu)性能及部分使用性能和制造性能，結(jié)構(gòu)性能包括人機(jī)安全性、系統(tǒng)可靠性、材質(zhì)適用性、工作耐久性、結(jié)構(gòu)緊湊性、環(huán)境無(wú)害性、造型藝術(shù)性、設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)性等;部分使用性能包括工效實(shí)用性、指標(biāo)優(yōu)越性、運(yùn)行穩(wěn)定性等；部分制造性能包括結(jié)構(gòu)工藝性能包括設(shè)備維修性等[2]o2機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基本原則和步驟動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是在

6、保證機(jī)械系統(tǒng)滿足其功能要求的條件下具有良好的動(dòng)態(tài)性能，使其經(jīng)濟(jì)合理、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、可靠。因此，必須把握機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有頻率、振型和阻尼比，通過(guò)動(dòng)態(tài)分析找出系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)來(lái)改進(jìn)設(shè)計(jì)。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的原則是：（1）防止共振；（2）盡量減小機(jī)器振動(dòng)幅度；（3）盡量增加結(jié)構(gòu)各階模態(tài)剛度，并且最好接近相等；（4）盡量提高結(jié)構(gòu)各階模態(tài)阻尼比；（5）避免零件疲勞破壞；（6）提高系統(tǒng)振動(dòng)穩(wěn)定性，避免失穩(wěn)。具體設(shè)計(jì)時(shí)，以上述為基本原則，應(yīng)根據(jù)具體設(shè)備的要求，給出動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo)。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)基木工作步驟如下：（1）建立動(dòng)力學(xué)模型根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)或機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

7、圖紙，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型或應(yīng)用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析技術(shù)（如有限元分析）建立結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀＃?）動(dòng)態(tài)持性分析建立出結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型后，求解自由振動(dòng)方程得到結(jié)構(gòu)的振動(dòng)固有特性；引入外部激勵(lì)進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析；進(jìn)行振動(dòng)穩(wěn)定性分析。(3)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)指標(biāo)的評(píng)定根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)提出的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則，對(duì)機(jī)械系統(tǒng)或結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行評(píng)定。(4)結(jié)構(gòu)修改和優(yōu)化設(shè)計(jì)如果結(jié)構(gòu)的某些指標(biāo)沒(méi)有滿足動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則的要求，要進(jìn)一步改善其動(dòng)態(tài)性能，則根據(jù)要求改進(jìn)原來(lái)的設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)到步驟(1)重新開(kāi)始動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，直至達(dá)到要求為止［3］。3應(yīng)用實(shí)例帶式輸送機(jī)帶式輸送機(jī)是?

8、個(gè)復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)。其啟制動(dòng)動(dòng)力學(xué)根系涉及到輸送帶的力學(xué)性質(zhì)、輸送機(jī)的運(yùn)行阻力、驅(qū)動(dòng)裝置的機(jī)械特性、拉緊裝置的作用等諸多因素。其中最主要的是輸送機(jī)的運(yùn)行阻力和輸送帶的力學(xué)性質(zhì)。根據(jù)輸送帶運(yùn)動(dòng)的平衡方程、兒何方程和物理方程，建立輸送機(jī)的連續(xù)模型的動(dòng)力學(xué)方程。對(duì)粘彈性輸送帶進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析的主要方法有解析法和數(shù)值解法。帶式輸送機(jī)連續(xù)模型的動(dòng)力學(xué)方程是一個(gè)十分復(fù)雜的偏微分方程組，冃包括復(fù)雜的邊界條件，對(duì)其完整的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行解析求解兒乎是不可能的。目前對(duì)帶式輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)模型的解析主要是通過(guò)簡(jiǎn)化模型來(lái)分析模型的固有特性和理想的特殊問(wèn)題進(jìn)行

9、解析求解。在實(shí)際中大都采用數(shù)值求解，通常將輸送機(jī)連續(xù)模型的動(dòng)力學(xué)方程采用差分方法得到輸送機(jī)的離散動(dòng)力學(xué)模型⑷。4結(jié)論機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)涉及現(xiàn)代動(dòng)態(tài)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)理論、設(shè)計(jì)方法學(xué)、穩(wěn)定性分析、可靠性分析等眾多學(xué)科范圍。機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法已成為機(jī)械設(shè)計(jì)人員的一種強(qiáng)有