机械工程基础第02讲

机械工程基础第二章

第二章机械静力分析基本原理与方法导言静力分析研究物体在力系作用下的平衡规律；或者说，是研究物体平衡时作用于物体上所有的力（简称力系）所应满足的条件，即力系的平衡条件。

介绍的内容1、力、力矩、力偶、力系等基本概念 2、约束反力与受力图 3、力系平衡方程及其应用研究对象及基本术语介绍刚体、刚体系统平衡、惯性参考系、刚体：力的作用下不变形的物体。

物体受力作用产生的变形对问题研究居次要因素，变形可略去不计的物体（工程定义）。

平衡：指的是机械运动的一种特殊运动状态，指物体相对于惯性参考系保持静止或作匀速直线运动. 如：静止的建筑物，匀速直线行驶的汽车。

惯性参考系：天文上采用的日心坐标系。

若我们所建立的参考系中，应用牛顿定律及其推论所得到的结果能在所要求的精确度范围内，符合客观实践，就可以认为这参考系是惯性参考系。

§2.1 力的基本性质力的定义力是物体间的相互机械作用，这种作用使物体的形态或者运动状态发生变化。

力的效应外效应：力使物体运动状态发生改变的效应---理论力学课程中研究。

内效应：力使物体形状发生改变的效应----材料力学等课程中研究。

例如：力可以使汽车运动（外效应）；也可以使球、梁发生变形（内效应）。

力的三要素：大小、方向、作用点用矢量 F 表示力，或者用数学分析式表示力相关术语：力系、等效力系、平衡力系、合力公理及推论两力平衡公理：刚体上二力等值、反向、共线是刚体平衡的充要条件F1F刚体公理及推论力系简化的理论基础 • 加减平衡力系公理：可以在作用于刚体的力系中添加或去掉平衡力系，而不改变力系对刚体的作用效果。

推论：力的可传性：作用在刚体上的力可以沿其作用线移动而不改变它对刚体的效应公理及推论二力合成公理复杂力系简化基础：作用于物体上同一点A 的两个力 F 和 F’ 的合力FR也作用在A点,其大小与方向用 F 和 F’为邻边所作的平行四边形对角线表示， FFR=F+F’?1.合力是否一定大于分力?A 物体 F’FR?2.力的分力与力的投影是否相等？公理及推论作用与反作用公理：物体系统受力的理论基础当甲物体对乙物体有作用力的同时，甲物体也受到来自乙物体的反作用力，作用力与反作用力大小相等, 方向相反,沿同一直线。

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单元一静力学基础
2. 常见的几种类型的约束柔绳、链条、胶带构成的约束
F1
F
F1
F2 A
F2 G
单元一静力学基础
胶带构成的约束
单元一静力学基础
链条构成的约束
单元一
光滑接触面约束
静力学基础
公法线
F
F
C
FA A
FC
FB B
公切面
F
F
单元一静力学基础
公切线公法线
F
光滑接触面约束实例
单元一静力学基础
单元一静力学基础
1.2 静力学公理公理1(二力平衡公理)
要使刚体在两个力作用下维持平衡状态，必须也只需这两个力大小相等、方向相反、沿同一直线作用。
公理2(加减平衡力系公理)
可以在作用于刚体的任何一个力系上加上或去掉几个互成平衡的力，而不改变原力系对刚体的作用。
单元一静力学基础
推论(力在刚体上的可传性)
光滑接触面约束动画
单元一静力学基础
光滑圆柱铰链约束
A B
F A
B
单元一静力学基础
光滑圆柱铰链约束实例
单元一静力学基础
光滑圆柱铰链约束实例
Fy Fx
向心轴承
单元一静力学基础
光滑圆柱铰链约束固定铰链支座
F
Fy
Fx
单元一
光滑圆柱铰链约束活动铰链支座
静力学基础
F F
单元一静力学基础
单元一静力学基础
力的定义
力是物体相互间的机械作用，其作用结果使物体的形状和运动状态发生改变。
外效应——改变物体运动状态的效应。力的效应
内效应——引起物体变形的效应。

机械工程基础刘静香版课件

机械工程基础刘静香版课件机械工程是一个广泛且重要的学科，它涵盖了从机械原理到工程应用的各个方面。

本课件将介绍机械工程的基础知识，为学习者提供全面而系统的学习材料。

通过学习本课件，学习者将深入了解机械工程的基本原理和应用，为今后的学习和实践奠定坚实的基础。

二、机械工程概述1. 机械工程的定义机械工程是利用物理学、数学和工程学原理来设计、制造和维护机械系统的学科。

2. 机械工程的发展历程机械工程起源于古代，随着社会的发展和科技的进步，逐渐形成了现代机械工程的体系。

3. 机械工程的应用领域机械工程广泛应用于工业制造、交通运输、能源利用等领域，对国民经济健康发展起着重要作用。

三、机械工程基础知识1. 机械原理机械原理是机械工程的基础，它包括力学、运动学、静力学等方面的知识，为机械设计和分析提供了理论基础。

2. 机械制图机械制图是机械工程师必备的技能之一，包括工程制图、机械设计图和装配图等，用于传递设计意图和制造信息。

3. 材料力学材料力学研究材料的力学性能，包括强度、刚度、韧性等，为机械设计和材料选择提供依据。

4. 热力学基础热力学研究能量转换和传递的规律，为机械系统的能量分析和优化提供基础。

5. 流体力学基础流体力学研究流体的性质和运动规律，为液压传动和气动传动等机械系统设计提供参考。

四、机械工程应用案例1. 汽车发动机汽车发动机是机械工程的经典应用之一，它涉及机械、热力学和流体力学等多个学科知识，为汽车提供动力。

2. 机械加工机械加工是机械工程的核心技术之一，包括铣削、车削、钻削等工艺，用于加工各种零部件和构件。

3. 输送系统输送系统广泛应用于工业生产和物流领域，包括输送带、输送机和输送管道等，提高生产效率和运输效率。

本课件总结了机械工程的基础知识和应用案例，希望学习者通过学习可以更好地掌握机械工程的理论和实践技能。

机械工程作为一门综合性学科，涵盖了多个学科领域，对于提升国家的制造能力和科技水平具有重要意义。

机械工程控制基础--第二章

,
Cm
Tm J
得
TaTm
d2
dt 2
Tm
d
dt
Cdua
CmTa
dM L dt
CmM L
TaTm
d2
dt 2
Tm
d
dt
Cdua
CmTa
dM L dt
CmM L
设电动机处于平衡态，导数为零，静态模型
Cdua CmML 设平衡点 (ua0,ML0, )
L
R
即有 Cdua0 CmML0 ua
i2R2
1 C2
i2dt
1 C1
(i1 i2 )dt
1
C2 i2dt u2
i1 C1
3. 消除中间变量 i1、i2，并整理：
R1C1R2C2
d2u2 dt 2
(R1C1
R2C2
R1C2
)
du2 dt
u2
u1
R2 i2 C2 u2
例5 直流电动机 1. 明确输入与输出：
输入ua 和ML，输出
注意：负载效应，非线性项的线性化。
3. 消除中间变量，得到只包含输入量和输出量的微分方程。
4. 整理微分方程。输出有关项放在方程左侧，输入有关项放在方程右侧，各阶导数项降阶排列。
an
x(n) o
(t
)
a x(n1) n1 o
(t
)
a1xo (t) a0xo (t)
bm
x(m) i
(t
)
bm1xi(
...
a1 s
a0
(n m) 传递函数
传递函数定义：
零初始条件下，线性定常系统输出的拉氏变换与输入的拉
氏变换之比。

机械工程基础李清江第二章课后习题答案

机械工程基础李清江第二章课后习题答案
1、起重机械的主要风险有哪些？ *
A、碰撞(正确答案)
B、倾覆(正确答案)
C、货物掉落损失(正确答案)
D、第三者(正确答案)
2、运输机械的主要风险点有哪些？ *
A、暴风(正确答案)
B、暴雨(正确答案)
C、洪灾(正确答案)
D、自然磨损(正确答案)
3、土方机械的主要风险有哪些？ *
A、碰撞(正确答案)
B、倾覆(正确答案)
C、滑坡(正确答案)
D、自然磨损
4、桩工机械的主要风险有哪些？ *
A、碰撞(正确答案)
B、倾覆(正确答案)
C、倾覆(正确答案)
D、塌孔(正确答案)
E、钢丝绳断裂(正确答案)
F、随机操作人员(正确答案)
5、工程机械设备保险附加险条款有哪些？ *
A、附加碰撞、倾覆保险条款(正确答案)
B、附加第三者责任保险条款(正确答案)
C、附加操作人员责任条款(正确答案)
D、附加自燃损失保险条款(正确答案)
E、附加盗抢保险条款(正确答案)。

机械控制工程基础第二章控制系统的数学基础和数学模型

动态模型反映系统在迅变载荷或在系统不平衡状态下的特性，现时输出还
由受其以前输入的历史的影响，一般以微分方程或差分方程描述。在控制
理论或控制工程中，一般关心的是系统的动态特性，因此，往往需要采用
动态数学模型。
例:
••
•
系统动态模型：m x(t) c x(t) kx(t) F (t)
•
••
当系统运动很慢时，其 x 0, x 0，上式可简
5.初值定理
若L[f(t)]=F(s)，则
f (0 ) lim f (t) lim s F(s)
t 0
s
6.终值定理
若L[f(t)]=F(s)，则有
f () lim f (t) lim s F(s)
t
s0
7.延迟定理
若L[f(t)]=F(s)，对任一正实数a，则有
L f (t a) f (t a)estdt eas F (s) 0
ic
1 C
dui dt
R C uo(t)
例5 写出下图电气系统的微分方程
R1 L1
L2
①
u(t)
i1( t ) C
i2 ( t ) uc( t )
R2
解：
u(t)
i1 R1
L1
di1 (t) dt
uc
(t)
(1)
uc (t)
L2
di2 (t) dt
i2 R2
(2)
uc
(t)
1 C
(i1 - i2 )dt
j0
i0
若系数ai,bi是常数，则方程是线性定常的，相应的系统也称为线性定常系统，若系数是时间的函数，则该方程为线性时变的，相应的系统也称为线性时变系统。（m≥n)

机械工程控制基础-第二章-传递函数

华中科技大学材料学院
典型环节
比例环节惯性环节微分环节积分环节振荡环节延时节例
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比例环节
1、传递函数函：G(s) K （放大环节）
2、特性：输入输出成正比，无惯性，不失真，无延迟 X(s) Y(s) K 3、参数：K 4、单位阶跃响应：输出按比值复现输入，无过渡过程。
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4)方框图不唯一。由于研究角度不一样，传递函数列写出来就不一样，方框图也就不一样。 5) 研究方便。对于一个复杂的系统可以画出它的方框图，通过方框图简化，不难求得系统的输入、输出关系，在此基础上，无论是研究整个系统的性能，还是评价每一个环节的作用都是很方便的。
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n 2
2
p1 p2 n , p1 p2 2n 2 1
n e p t e p t y (t ) 1 ( ) 2 p1 p2 2 1
1 2
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p1 p2 ,当 1时, p1 p2
则
n e p t y (t ) 1 2 2 1 p2
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延迟环节
1. 传函
W ( s) e
s
x
y
1
t
1
(t ) 2.单位阶跃响应 y(t ) L1[es 1 s ] 1 3.参数延迟时间 4.特性：能充分复现输入，只是相差，该环节

t
是线性的，他对系统稳定性不利。然而过程控制中，
系统多数都存在延迟环节，常用带延迟环节的一阶
x(t )
1
y(t )
K
t
t
比例环节实例
1）分压器

机械工程概论第2章机械工程基础课件

2.1 机械系统及其功能与组成
传统的控制系统通常由接触器、继电器、按钮开关、行程开关、电磁铁等电器组成。而随着计算机技术、微电子技术的发展,现代机械正朝着自动化、精密化、智能化的方向发展,计算机控制的机电产品从生产机械(如数控机床)到家用电器越来越普遍。因此控制系统在整台机器设备中的作用显得日益重要,在整机成本中的份额也越来越大。例如,图2-3所示为全自动洗衣机中的程序控制器,早期的方案多用“机械定时器”作为该控制器的基本结构,而现在的洗衣机更多采用计算机(微处理器)作为控制的核心。另外,一些机器还具有其他一些系统,如支承系统,润滑、冷却与密封系统等。
2.1 机械系统及其功能与组成
二次动力机是把二次能源(电能)或由电能产生的液压能、气压能转变为机械能的机械,如电动机、液压马达、气动马达等。它们在各类机械中都有广泛应用,其中尤以电动机应用更为普遍。比如,各种类型的机床、洗衣机、电风扇、水泵、油泵等,都是以二次动力机作为机器的动力源的。由于经济上的原因,动力机输出的运动通常为转动,而且转速较高。选择动力机时,应全面考虑现场的能源条件,按照执行机构的动作要求、工作载荷等实际情况,来选择动力机的类型和型号。
3.功能执行系统功能执行系统由执行构件和与其相连的执行机构组成,是直接完成机器本身所具有功能的部分,常出现在机械系统的末端,直接与作业对象接触,如搅拌机的叶轮、洗衣机的波轮、割草机夹固刀片的夹持器、车床的刀架等。通过它们完成机器预定的功能,因此是直接影响机器工作质量的重要部分。例如,为了提高洗衣机洗净衣服的效果,对作为执行构件的波轮,不同的厂家开发了“棒式波轮”“碟形波轮”“凸形波轮”“偏心波轮”等多种形式。机器人的执行机构是抓取机构,为了能可靠抓起不同形状的物体,抓取机构有各种结构形式。
2.1.2 机器的功能与性能

机械工程基础第二章思考题答案

第二章练习1．何谓奥氏体、铁素体、渗碳体、珠光体、莱氏体，它们的性能如何?奥氏体：以符号“A”表示。

它是碳溶解于中的间隙固溶体。

由于奥氏体通常是高温组织，强度、硬度不高，塑性非常好。

因此在锻造或轧钢时，常把钢材加热到奥氏体状态进行。

铁素体：用符号“Ｆ”表示。

它是碳溶解于中的间隙固溶体。

铁素体的性能接近纯铁，强度、硬度低，塑性、韧性很好，所以具有铁素体组织多的低碳钢，能够进行冷变形、轧制、锻造和焊接。

渗碳体：以分子式“ ”表示。

它是铁和碳形成的金属化合物，具有复杂的晶格类型。

其性能是硬度高、强度低、塑性几乎为零，是硬而脆的物质，故不能单独使用，而是在铁碳合金中以强化相的形式出现。

渗碳体的形状、大小、分布和数量对铁碳合金的性能有极大的影响。

珠光体：以符号“P”表示，它是铁素体和渗碳体的机械混合物，含碳量为0.77%。

具有较高的强度（σb=800MPa）和硬度（HBS=230），但塑性较铁素体低（δ=12%）。

莱氏体：由奥氏体和渗碳体组成的机械混合物叫做莱氏体，含碳量为4.3%用符号表示，它只在高温(727℃以上)存在。

在727℃以下时，莱氏体是由珠光体和渗碳体组成的机械混合物，用符号表示。

莱氏体的机械性能和渗碳体相似，硬度很高(HB>700)，塑性极差。

2．何谓铁碳合金相图?铁碳合金状态图是研究铁碳合金在平衡状态下的组织随温度和成分变化的图形。

掌握它就能对钢和生铁的内部组织及其变化规律有一个较完整的概念，以便更好地利用它为制定热处理、压力加工等工艺规程打下基础。

3．什么是亚共析钢、共析钢和过共析钢，这3种钢在室温下的组织有什么不同?亚共析钢：含碳量小于0.77%的钢，常温组织为F+P，如Q235A钢，45号、15号钢等中、低碳钢。

共析钢含碳量为0.77%的钢，常温组织为P。

如T8钢，T8A钢。

过共析钢：含碳量在0.77%~2.11%之间的钢，常温组织为P+ Fe3C ，如T10钢，T12A钢等。

《机械工程基础》课件

《机械工程基础》PPT课件
这是一份关于《机械工程基础》的PPT课件，为您带来全面深入的知识分享和学习体验。
课程简介
介绍《机械工程基础》课程内容，包括领域，应用和重要性。
课程目标
1 理解基础概念
掌握机械工程的核心概念，如力、运动和能量转换。
2 应用理论知识
将学到的理论知识应用于实际机械工程问题的解决。
1 考试测验
包括理论知识的单选题和解决实际问题的应用题。
2 实验报告
3 小组项目
要求学生设计和完成一系列实验，并撰写实验报告。
让学生合作完成一个机械工程项目，并展示成果。
学习资源
教科书
推荐教材和参考书籍，帮助学生深入学习和拓展知识。
在线课程
提供在线学习资料和视频课程，方便自主学习和进一步探索。
3 培养工程思维
培养学生分析和解决复杂工程问题的能力。
课程内容
力学
研究物体运动和静止的力和运动学原理。
材料科学
介绍材料的特性、组成和应用。
热力学
研究能量转换和热力学过程，包括热机和热力系统。
教学方法
• 课堂讲解结合案例分析 • 实验探究和模拟仿真 • 小组讨论和合作学习 • 实践项目和作业
课程评估
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
研究论文
指导学生了解最新的机械工程研究和发展趋势。
总结与展望
通过学习《机械工程基础》，您将掌握机械工程的核心概念和应用技能，为未来的学习和职业发展奠定坚实基础。

机械工程基础第三章m2

绝对运动：上下直线运动；相对运动：沿AB直线运动；牵连运动：铅垂平面内曲线平移。
构件上各点的速度与加速度分析
速度合成定理例题1 2. 速度分析
平面机构的运动分析
y´
va =ve+ vr ve=vA=O1A×w =0.2m/s,
x´
vCD=va= vecos=0.1m/s ,
平面机构的运动分析
aa ae ar ar 2 vr n ar R 2 1 v arn 2 R sin
ae n a R r
A
分别向x轴投影有：
a r

aa
a
v
x
aa sin ae cos arn 2 v aa actg R sin 3
vr
va
平面机构的运动分析
解：动点：AB杆上A；

动系：凸轮；
绝对运动：直线；相对运动：圆周；牵连运动：平动根据速度合成定理，速度矢量图如图示，有：

ve
B
v a ve v r ve v vr sin sin
A
R
O

a
v
构件上各点的速度与加速度分析
牵连运动为平动时的加速度合成定理根据加速度合成定理： n B
动点动系的选取
平面机构的运动分析
动点动系的选取
平面机构的运动分析
平面机构的运动分析
动点：凸轮轮心动系：顶杆绝对运动：圆周相对运动：圆周牵连运动：平动
动点动系的选取
动点动系的选取
平面机构的运动分析
平面机构的运动分析

机械工程测试基础_测量装置的基本特性

实际标定过程如图2－2，主要考虑其他量不会严格保持不变。测量装置的静态测量误差：测量装置自身和人为因素。
2、标准和标准传递
若标定结果有意义，输入和输出变量的测量必须精确；用来定量输入、输出变量的仪器和技术统称为标准；变量的测量精度以测量误差量化，即测量值与真值的差；真值：用精度最高的最终标准得到的测量值；标准传递和实例（图2－3）。
测试装置一般为稳定系统，则有n＞m。
2、频率响应函数传递函数在复数域描述和考察系统特性，优于时域的微分
方程形式，但工程中许多系统难以建立微分方程和传递函数。频率响应函数在频率域描述和考察系统特性。其优点：物理概念明确；易通过实验建立频率响应函数；利用它和传递函数的关系，极易求传递函数。
频域，一个是在时间域，通常称h(t)为脉冲响应函数。
结论：
系统特性描述
时域：脉冲响应函数h(t)；频域：频率响应函数H(ω）；复数域：传递函数H(S)。
4、环节的串联和并联
2－7
1、串联的传递函数和频率响应函数：令s=jω，得
2－8
2、并联的传递函数和频率响应函数令s=jω，得
静态特性
测试装置的特性
动态特性负载特性
抗干扰特性
说明：测试装置各特性是统一的，相互关联的。例如：动态特性方程
一般可视为线性方程，但考虑静态特性的非线性、迟滞等因素，就成为非线性方程。
1、测试装置的静态特性
静态特性是由静态标定来确定的；静态标定：是一个实验过程，只改变测量装置的一个输入量，其他所
将输入和输出两者的拉普拉斯变换之比定义为传递函H(s)，即
H
s
Y s X s

机械工程控制基础第2章

机械工程控制基础
• 第一章自动控制的一般概念 • 第二章控制系统的数学模型 • 第三章控制系统的时域分析法 • 第四章频域分析法 • 第五章控制系统的稳定性
• 第六章控制系统的校正
第2章控制系统的数学模型
• 系统的微分方程 • 传递函数 • 系统的传递函数方框图及其简化 • 反馈控制系统的传递函数 • 相似原理
d 2 d TaTm Tm C d ua 2 dt dt
即转速变化只与电枢电压有关。习惯上通常写成
d 2 d TaTm Tm C d ua 2 dt dt
若电动机工作过程中ua=常量，则增量化方程化转速变化只与负载力矩有关，即
d 2 d dM L TaTm Tm C m(Ta ML) 2 dt dt dt
传递函数只能表示系统输入与输出的关系，无法描述系统内部中间变量的变化情况。传递函数是一种以系统参数表示的线性定常系统输入量与输出量之间的关系式；传递函数的概念通常只适用于线性定常系统；传递函数是在零初始条件下定义的，即在零时刻之前，系统对所给定的平衡工作点处于相对静止状态。因此，传递函数原则上不能反映系统在非零初始条件下的全部运动规律；
设某一平衡点为（ua0,ML0,ω 0），即有
ua ua0 ua
M L M L0 M L
0
代入微分方程，则有：
d 2 0 d 0 TaTm Tm 0 2 dt dt d M L 0 M L 0 Cd ua 0 ua CmTa Cm M L 0 M L 0 dt
建立系统数学模型的方法
分析法：根据系统和元件所遵循的有关定律来推导出数学表达式，从而建立数学模型。

机械工程控制基础(2)

2.2 系统的传递函数
(4)传递函数有无量纲和取何种量纲，取决于系统输出的量纲与输入的量纲。 (5)不同用途、不同物理组成的不同类型系统、环节或元件，可以具有相同形式的传递函数。 (6)传递函数非常适用于对单输入、单输出线性定常系统的动态特性进行描述。但对于多输入、多输出系统，需要对不同的输入量和输出量分别求传递函数。另外，系统传递函数只表示系统输入量和输出量的数学关系（描述系统的外部特性），而未表示系统中间变量之间的关系（描述系统的内部特性）。针对这个局限性，在现代控制理论中，往往采用状态空间描述法对系统的动态特性进行描述。
量的方程式； (4).将与输入有关的项写在微分方程的右边，与输出有关的项写在微
分方程的左边，并且各阶导数项按降幂排列。在列写微分方程的各步中，关键在于掌握组成系统的各个元件
或环节所遵循的有关定律。对于机械类的学生，往往需要列写机械系统和电网络系统的微分方程，因此，有必要掌握常见元件的物理定律。
系统的零初始条件有两方面的含义，一是指在t=0-时输入Xi(t) 才开始作用于系统，因此， t=0-时， Xi(t)及其各阶导数均为零；二是指在t=0-时系统处于相对静止的状态，即系统在工作点上运行，因此t=0-时，输出X0(t)及其各阶导数也均为零。现实的工程控制系统多属此类情况。
2.2 系统的传递函数
2.2 系统的传递函数
二、传递函数的零点、极点和放大系数传递函数是一个复变函数，一般具有零点、极点。根据复变函数知
识，凡能使复变函数为0的点均称为零点；凡能使复变函数为趋于∞的点均称为极点。
若将传递函数写成如下的形式：
则，s=zj (j=1,2,…,m)为传递函数的零点，s=pj (j=1,2,…,n)为传递函数的极点，而将K称为系统的放大系数。传递函数的零点和极点的分布影响系统的动态性能。一般极点影响系统的稳定性，零点影响系统的瞬态响应曲线的形状。系统的放大系数决定了系统的稳态输出值。因此，对系统的研究可变成对系统传递函数的零点、极点和放大系数的研究。