【滾筒洗衣機動力學建模分析案例2100字】

滾筒洗衣機動力學建模分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u30921(一)振動產(chǎn)生機理及其規(guī)律分析 11206(二)滾筒洗衣機結(jié)構(gòu)及工作原理 122091.滾筒洗衣機的結(jié)構(gòu) 172232.滾筒洗衣機的工作原理 132(三)建立滾筒洗衣機懸掛系統(tǒng)的模型 1169851.建模理論分析 151242.數(shù)學模型建立 2285253.Solidworks建模 4(一)振動產(chǎn)生機理及其規(guī)律分析偏心負載的影響是引起箱體晃動的一個重要原因。振動的產(chǎn)生和偏心負載有關(guān)，所以應該對其物理特性和其振動規(guī)律[11]加以分析。本章將對所涉及到的滾筒式洗衣機設(shè)計工藝和型號的主要參數(shù)進行闡述和說明，并詳盡地介紹如何運用傳統(tǒng)建模理論來構(gòu)造滾筒式洗衣機的動力學建模和設(shè)計過程，并且使用它們的過程給我們應該運用一個虛擬樣機的技術(shù)軟件來構(gòu)建一個滾筒式洗衣機的模型，提供了一個理論依據(jù)。(二)滾筒洗衣機結(jié)構(gòu)及工作原理1.滾筒洗衣機的結(jié)構(gòu)從分析機體振動[12]出發(fā)，滾筒洗衣機可視作由箱體和懸掛系統(tǒng)兩個部分所構(gòu)成。懸掛系統(tǒng)里面包括內(nèi)外筒、配重塊、電機，配重塊和電機與外筒配合，內(nèi)筒和外筒通過軸承配合[13]，懸掛系統(tǒng)通過吊簧和減震器與箱體進行相連，吊簧的作用是減輕底座支撐負擔，減振器的作用是幫助箱體固定和減緩走步。2.滾筒洗衣機的工作原理電機通過皮帶輪驅(qū)動內(nèi)筒旋轉(zhuǎn)進行工作，在滾筒洗衣機脫水時，內(nèi)筒高速旋轉(zhuǎn)，由于離心力的作用，將衣物和里面的水分進行分離，分離后的水通過內(nèi)筒壁上的小排水孔流到外筒里，然后再從其它工作系統(tǒng)排除，從而完成脫水的功能。衣物在高速脫水時[14]處在偏心狀態(tài)，由于離心力和重力的作用，從而帶動內(nèi)筒偏心，實現(xiàn)衣物不斷重復旋轉(zhuǎn)，最終實現(xiàn)脫水。(三)建立滾筒洗衣機懸掛系統(tǒng)的模型1.建模理論分析由于本文僅僅考慮高速脫水振動優(yōu)化，特作以下說明：(1)假設(shè)偏心負載質(zhì)量為ｍ，滾筒的質(zhì)量為Ｍ。(2)假設(shè)滾筒洗衣機的吊簧和減振器[15]只考慮剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)，忽略其本身重量。(3)滾筒洗衣機在高速脫水時，由于偏心負載與內(nèi)壁相互作用力較大，偏心負載與內(nèi)壁之間一直保持貼合，忽略兩者在高速脫水時的相對位移。(4)將滾筒分成內(nèi)筒和外筒，假設(shè)內(nèi)筒和外筒緊緊貼合，并通過轉(zhuǎn)動副連接，可以視作一個整體，但后續(xù)可以分別研究。2.數(shù)學模型建立向心力[16]計算公式： （2-1）式中，為偏心負載的向心力；m為偏心負載質(zhì)量；v為線速度；r為滾筒洗衣機的半徑；n為轉(zhuǎn)速。偏心負載受到的重力為： （2-2）在高速轉(zhuǎn)動時，偏心負載轉(zhuǎn)速基本與內(nèi)筒轉(zhuǎn)速相同。二者受力分析如圖2-1所示。假設(shè)滾筒轉(zhuǎn)動時，偏心負載固定于其上，滾筒對偏心負載提供向心力，然后由于向心力的作用，使偏心塊做圓周運動。同時偏心負載給滾筒一反作用力F。圖2-1受力分析圖由于內(nèi)筒在壓力F的作用下，會產(chǎn)生振動，現(xiàn)將壓力Ｆ正交分解為和，并且規(guī)定、和正方向如圖2-2所示。圖2-2滾筒受力分析圖設(shè)系統(tǒng)高速脫水時的加速度可以分為Ｘ、Ｙ、Ｚ三個方向，用a表示滾筒所受加速度，將ａ分解為、、正方向如圖2-3所示。圖2-3加速度分解圖在高速脫水工作階段，偏心負載與滾筒存在相互作用力，偏心負載對滾筒的作用力使?jié)L筒轉(zhuǎn)動，同時偏心負載也會收到滾筒的反作用力，該反作用力使偏心做圓周運動。兩者受力情況如圖2-4(a)和(b)所示。圖2-4(a)偏心負載受力分析圖圖2-4(b)滾筒受力分析圖由圖2-4(a)可知，滾筒對偏心負載的作用力提供向心力，則其大小為：（2.3）滾筒受力分析如圖2-4(b)所示，偏心負載對滾筒內(nèi)壁的作用力Ｆ＝Ｆ＇，且該作用力會引起滾筒的運動，Ｆ可以分解為、和，就會造成滾筒在X、Y和Z方向的位移，相對應的X、Y和Z軸兩個方向就會產(chǎn)生加速度。則有：（2.4）（2.5）（2.6）式（2.4）中，滾筒的質(zhì)量為Ｍ；為滾筒的加速度。根據(jù)Ｆ＝Ｆ＇，可得：(2.7)洗衣機在脫水運行時，假定在脫水工作階段系統(tǒng)轉(zhuǎn)速不變，并且給定重力加速度ｇ和滾筒的質(zhì)量M，因此偏心負載的質(zhì)量m越大，則滾筒和偏心負載的相互作用力就越大，即是滾筒的加速度就越大，位移就越大，具體體現(xiàn)在滾筒的振動幅度越大，并且內(nèi)筒和外筒通過轉(zhuǎn)動副連接，所以外筒的振動幅度也會越大。通過式（2.7）可知，給定m，即可求出滾筒上三個方向的加速度，從而得出各個方向的受力情況?？梢越⒊銎馁|(zhì)量[17]與滾筒加速度大小的數(shù)學模型，并可以算出滾筒的加速度值與偏心負載的質(zhì)量的關(guān)系，通過給定偏心負載的值，可以判斷出滾筒的受力情況。3.Solidworks建模Solidworks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三位CAD系統(tǒng)，以易用、穩(wěn)定、創(chuàng)新運用于航空航天、機車機械、醫(yī)療器械等多個領(lǐng)域，運用十分廣泛。洗衣機的懸掛系統(tǒng)[18]可以用吊簧和減振器的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)來描述，忽略其的質(zhì)量，而吊簧和減振器在此處暫時不需要添加，在將模型導入到Adams之后再做說明。各部分零件，包括箱體，底座，內(nèi)筒，外筒，配重塊，電機，偏心質(zhì)量塊。將箱體與大地固定，并與底座連接，忽略工作過程中的走步；電機固定在內(nèi)筒尾部，并將電機和內(nèi)筒之間的皮帶輪忽略，只考慮電機質(zhì)量；將偏心質(zhì)量塊看作一貼合在內(nèi)筒上的半圓柱體，使其緊緊地固定在內(nèi)筒上。配重塊分別固定于外筒的上下外壁。給出相關(guān)零部件的參數(shù)如下表：表2-1模型部件的密度和質(zhì)量模型部件密度()質(zhì)量()外筒10內(nèi)筒10電機5上配重10下配重5偏心塊0.5查找該型號洗衣機的零部件標準密度，給其質(zhì)量賦值。然后按照各零部件之間的連接關(guān)系，給各零部件添加相應約