机械原理机构动力学设计
机械原理和机械设计
机械原理和机械设计1. 简介机械原理和机械设计是机械工程学科中的重要内容，二者密切相关但又有一定区别。
机械原理是研究机械运动规律和其原理的学科，主要关注力学、力学和动力学等基础理论知识，旨在揭示机械运动的本质和规律性。
而机械设计则主要是以机械产品的开发和设计为主要任务，涉及到工程力学、力学设计、材料力学、机械制造工艺等方面的知识。
2. 机械原理机械原理研究的内容包括机械运动、力学关系和动力学原理等。
机械运动是机械原理的基础，研究物体在空间中的运动轨迹和变化规律。
力学关系则是研究物体在受力情况下的力学性质，包括力、力矩、压力、应力、变形等。
动力学原理则是研究物体的运动与力学关系的相互作用，研究其加速度、速度和位移等动力学参数。
3. 机械设计机械设计是研究和开发机械产品的学科，需要运用机械原理和相关的理论知识。
机械设计的过程中，需要进行产品的结构设计、功能设计、材料选择、工艺分析等。
结构设计是机械设计的核心，包括产品的形状、尺寸、连接方式等方面的设计。
功能设计则关注产品的功能和性能，以满足用户的需求。
材料选择则需要根据产品的工作环境和要求，选择合适的材料。
工艺分析则是为了确保产品的制造过程简单、可行以及具有经济性。
4. 机械原理与机械设计的关系机械原理为机械设计提供了理论基础，掌握机械原理的基本原理和规律，可以更好地进行机械产品的设计和分析。
机械设计则是实践机械原理的具体应用，将机械原理中的理论知识转化为实际的产品设计和制造过程。
机械原理可以指导机械设计的思路和方法，而机械设计则将机械原理付诸实践，形成了理论与实践相结合的关系。
5. 总结机械原理和机械设计是机械工程学科中的两大重要内容，二者密切相关但有一定区别。
机械原理研究机械运动、力学关系和动力学原理等基础理论知识，机械设计则是以机械产品的开发和设计为主要任务。
机械原理为机械设计提供了理论基础，而机械设计则将理论付诸实践。
二者相互依存，共同推动了机械工程的发展。
机械原理教程全套课件pdf
广泛应用于各种机械传动系统中，根据链条的结构和传动原理可分 为滚子链传动、齿形链传动等。
链传动的优缺点分析
优点包括传动效率高、结构紧凑、适用于恶劣环境等；缺点包括噪音 大、振动大、需要定期润滑和维护等。
齿轮传动
01
齿轮传动的原理和特点
利用两个或多个齿轮之间的啮合来传递运动和动力，具有传动效率高、
包括机架、原动件、从动件等基本概念。
运动副的类型与特性
介绍低副、高副等运动副的特点及应用。
机构自由度的计算
通过公式F=3n-2PL-Ph计算机构的自由度，其中n为构件数，PL为 低副数，Ph为高副数。
机构运动简图及表示方法
机构运动简图的概念
01
用简单的线条和符号表示机构的运动情况。
机构运动简图的绘制方法
动力学性能分析方 法
采用时域分析、频域分析、模态分析等方法对机械系统的 动力学性能进行分析。
动力学性能优化
通过结构优化、控制策略优化等手段，提高机械系统的动 力学性能，满足工程实际需求。
05
连杆机构
Chapter
平面连杆机构的基本形式与特性
铰链四杆机构
由四个铰链连接的杆件组成，包 括曲柄摇杆机构、双曲柄机构和 双摇杆机构等。
仿真法
利用计算机仿真技术，模 拟凸轮机构的运动过程， 得到凸轮的轮廓曲线。
凸轮机构从动件运动规律的选择
等速运动规律
从动件在推程和回程中均作等速运动 ，适用于低速、轻载的场合。
等加速等减速运动规律
从动件在推程和回程中先作等加速运 动，后作等减速运动，适用于中速、 中载的场合。
余弦加速度运动规律
从动件在推程和回程中按余弦加速度 规律运动，适用于高速、重载的场合 。
机械原理ppt课件完整版
齿轮传动的设计步骤
包括选择齿轮类型、确定齿轮模 数、齿数、压力角等参数，进行 齿轮强度校核等。
齿轮传动的应用
广泛应用于各种机械设备中，如 汽车、机床、工程机械等。
链传动的设计与分析
链传动的类型
包括滚子链传动、齿形链传动等。
链传动的设计步骤
包括选择链条类型、确定链条节距、链轮齿 数等参数，进行链条强度校核等。
定义与研究对象
机械系统动力学是研究机械系统在力作用下的运动规律及其与力的相互关系的学科。它主要 关注机械系统在外力作用下的运动状态，如速度、加速度、位移等的变化规律。
基本术语与概念
包括力、质量、加速度、动量、动能、势能等，这些术语和概念是描述机械系统运动状态的 基础。
动力学原理
牛顿运动定律、动量定理、动能定理等是机械系统动力学的基本原理，它们揭示了机械系统 运动的基本规律。
命和可靠性。
检测装备
包括测量仪器、检测设备等，用 于对加工过程中的产品精度和质 量进行检测和控制，确保产品符
合设计要求。
先进制造技术与装备简介
数控技术
机器人技术
通过计算机编程控制机床等加工装备，实现 自动化、高精度和高效率的加工过程。
应用机器人进行自动化生产，提高生产效率 和产品质量，降低劳动强度和生产成本。
2023
PART 03
机械传动与驱动
REPORTING
机械传动的类型和特点
摩擦传动
螺旋传动
利用摩擦力传递动力和运动的传动方 式，如带传动、摩擦轮传动等。其特 点是结构简单、成本低廉，但传动效 率较低且易磨损。
利用螺旋副传递动力和运动的传动方 式，如螺旋千斤顶、螺旋压力机等。 其特点是结构简单、自锁性好，但传 动效率较低。
机械原理与机械设计 (上册) 第4版 第11章 机械系统动力学
k
qi
δW Fe1δq1 Fe2δq2
P Fe1q1 Fe2q2
(i 1,2)
3. 动力学方程
J11q1
J12q2
1 2
J11 q1
q12
J11 q2
q1q 2
J12 q2
1 2
J 22 q1
q22
Fe1
J 12 q1
J 22q2
J12 q1
1 2
J11 q2
q12
J 22 q1
q1q 2
dt
等效驱动力矩
等效阻力矩
若 me 与 Je 为常数，则
Fed Fer M ed M er
me Je
dv dt
d
dt
能量形式（积分形式）
s2 s1
Fedds
s2 s1
Ferds
1 2
me 2 v22
1 2
me1v12
阻抗功
损耗功
总耗功
输入功
Wd (Wr Wf ) Wd Wc E2 E1
终止动能
起始动能
第二节 多自由度机械系统的动力学分析(简介）
机械系统的动力学方程:外力与运动参数（位移、速度等）之间的函数关系式
一、拉格朗日方程
动能
势能
自由度
d dt
E qi
E qi
U qi
Fei
(i 1,2,, N)
J1 1
m2 vc2 Jc2 2
m3v3
d
1 2
J112
1 2
m2vc22
1 2
J
2
c2 2
1 2
m3v32
(M11
P3v3
)dt
机械原理平面连杆机构及设计
机械原理平面连杆机构及设计平面连杆机构是一种最为基本的机械结构，由于其结构简单、运动可靠等特点，被广泛应用于各种机械设备中。
本文将对平面连杆机构进行介绍，并探讨其设计原理。
平面连杆机构是由至少一个定点和至少三个连杆组成的机构。
定点为固定参考点，连杆是由铰链连接的刚性杆件。
连杆可以分为连杆和曲柄，连杆连接在定点上，曲柄则旋转。
平面连杆机构的运动由这些连杆的位置和相互连接方式决定。
平面连杆机构的设计原理基于以下几个方面：1.运动分析：在设计平面连杆机构之前，首先需要进行运动分析，确定所需的运动类型。
运动类型可以是旋转、平移、摆动、滑动等。
通过运动分析，可以确定连杆的长度和相互连接的方式。
2.运动性能：平面连杆机构的优点是运动可靠，但运动性能也是需要考虑的重要因素。
例如，设计中需要考虑速度、加速度、力和力矩等参数，以满足机构的运动要求。
3.静力学分析：平面连杆机构在工作过程中可能会受到外力的作用，因此需要进行静力学分析。
静力学分析可以确定机构的力矩和应力，从而确定设计的合理性。
4.运动合成：在进行平面连杆机构的设计过程中，需要进行连杆的运动合成。
运动合成是指通过选择适当的连杆长度和连接方式，实现所需的运动类型。
5.运动分解：运动分解是指将合成的运动分解为各个连杆的运动。
通过运动分解，可以确定每个连杆的运动规律，从而进行设计。
当以上原理得到了充分的了解和运用后，可以进行平面连杆机构的具体设计。
具体的设计包括以下几个步骤：1.确定所需的运动类型：根据机械设备的需求，确定所需的运动类型，例如旋转、平移、摆动等。
2.运动分析：对机构进行运动分析，确定连杆的位置和连接方式。
根据机构的运动要求和外力作用，确定连杆的长度。
3.动力学分析：进行动力学分析，确定机构运动时的力学参数，如速度、加速度、力和力矩等。
4.运动合成与分解：根据所需的运动类型，进行运动合成和分解，确定连杆的运动规律。
5.结构设计：根据上述分析和计算结果，进行结构设计。
《机械原理》ppt课件
01机械原理概述Chapter机械原理的定义与重要性定义重要性机械原理的研究对象和内容研究对象主要研究各种机构（如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等）和机器（如内燃机、电动机、机床等）的工作原理、运动特性、力学性能以及设计计算方法等。
研究内容包括机构的组成原理、运动学分析、动力学分析、机械效率与自锁、机器的平衡与调速等。
机械原理的发展历程和趋势发展历程发展趋势02机构的结构分析与设计Chapter机构的基本概念和分类机构定义由刚性构件通过运动副连接而成的系统，用于传递运动和力。
机构分类根据运动特性可分为连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。
运动副类型包括低副（转动副、移动副）和高副（点接触、线接触）。
结构分析通过自由度计算、运动链分析等方法，确定机构的组成、运动特性和约束条件。
综合方法基于功能需求，选择合适的机构类型，进行组合、变异和演化，设计出满足特定要求的机构。
创新设计运用创新思维和现代设计方法，如拓扑优化、仿生学等，进行机构创新设计。
机构的结构分析和综合方法机构设计的原则和方法设计原则设计方法案例分析03机械传动与驱动Chapter机械传动的类型和特点摩擦传动啮合传动利用齿轮、链轮等啮合元件传递动力和运动。
具有传动效率高、工作可靠、使用寿命长等优点，但需要较高的制造精度和安装精度。
齿轮类型选择齿轮参数设计强度校核030201齿轮传动的设计与分析链传动和带传动的设计与分析链传动设计带传动设计强度校核液压与气压传动的设计与分析液压传动设计01气压传动设计02控制与调节0304机械系统动力学与振动Chapter机械系统动力学的基本概念和方法动力学基本概念动力学建模方法动力学分析方法机械系统的振动分析和控制振动基本概念振动分析方法振动控制策略机械系统动力学优化设计方法优化设计基本概念动力学优化设计方法优化设计实例分析05机械制造工艺与装备Chapter机械制造工艺的基本概念和流程机械制造工艺的基本概念机械制造工艺的流程机械制造装备的分类和特点机械制造装备的分类机械制造装备的特点先进制造技术是指基于先进制造理论、技术和方法的总称，包括计算机辅助设计（CAD ）、计算机辅助制造（CAM ）、计算机辅助工艺规划（CAPP ）、数控技术（NC ）、柔性制造系统（FMS ）等。
机械原理及设计知识点
机械原理及设计知识点介绍：机械原理和设计是机械工程领域中的重要组成部分，它涵盖了机械工程师必备的核心知识。
本文将介绍机械原理和设计的一些基本知识点，帮助读者了解和掌握这一领域的重要概念和技术。
第一部分：力学基础在机械原理和设计中，力学是一门基础学科。
它涉及了力的产生、传递和作用等方面的内容。
以下是一些力学基础知识点：1. 力的定义和单位：力是物体之间相互作用的结果，它的单位是牛顿(N)。
常见的力单位还包括千牛顿(kN)和兆牛顿(MN)等。
2. 力的合成和分解：当多个力同时作用在物体上时，可以通过合成力和分解力的方法来求解其合力和分力。
3. 牛顿第一定律：也称为惯性定律，指出物体在不受外力作用时将保持静止或匀速直线运动。
4. 牛顿第二定律：描述物体的加速度与作用力和物体质量的关系，力等于质量乘以加速度。
5. 牛顿第三定律：也称为作用-反作用定律，指出对于任何作用力，都存在一个与之大小相等、方向相反的反作用力。
第二部分：运动学运动学是研究物体运动的学科，它在机械原理和设计中扮演着重要角色。
以下是一些与运动学相关的知识点：1. 位移、速度和加速度：位移描述了物体在一段时间内从一个位置到另一个位置的变化，速度是位移对时间的导数，而加速度是速度对时间的导数。
2. 直线运动和曲线运动：物体可以沿直线或曲线路径移动，对于不同类型的运动，可以使用不同的数学表达式和运动方程。
3. 匀速运动和变速运动：如果物体在等时间间隔内位移相等，则称其为匀速运动；如果位移到不同时刻的位移不相等，则称其为变速运动。
4. 动能和动能定理：动能是物体由于运动而具有的能量，它等于物体质量乘以速度的平方的一半。
动能定理规定了物体的动能与其所受的净外力和位移之间的关系。
第三部分：静力学静力学是研究物体静止状态下的力学学科，它在机械设计中扮演着重要的角色。
以下是一些与静力学相关的知识点：1. 浮力和压力：浮力是液体或气体中物体受到的向上的力，与所浸泡的液体或气体的体积有关。
机械原理-机构动力学设计.ppt
2、机构惯性力(对机座)
的平衡
二、功率平衡
1、机械运转中的功能 关系
Ad Ac E2 E1
其中 Ac Ar Af 为总耗功
B A
TT
2、机械运转的三个阶段
(1)起动阶段：
o 起动 稳定运动 停车
Ad Ac ，主动件的速度从零值上升到正常工作速度
((23))停稳车定阶运段转：阶段A：d Ar 0
a .匀速稳定运转— 速度保持不变，在任何时间间隔都有
Ad Ac 0
b .变速稳定运转— 围绕平均速度作周期性波动 一个周期的时间间隔,Ad=Ar,E2=E1;
功率平衡：不若满为一实个现周一期个的尽时可间能间匀隔速,A稳d=定Ar运,E转2=E，1在结构上
或机构设计方面采取相关措施。
§9-2 基于质量平衡的动力学设计 一、质量平衡的设计方法之一（线性独立向量法） （一） 平面机构惯性力平衡的必要和充分条件：
一般，滑块的质心在C点，即r3=0。 而构件2的质心应在CB的延长线上 m1
二、质量平衡的设计方法之二 (质量代换法)
质量代换的实质是：用假想的集中质量的惯性力及惯性力
对于任何一个机构rs的总质M1心向in量1 rms可i r表si达为
若rs为常向量，则可满足上述充)列出机构总质心
位置向量方程式
Y
i (1 1 )
r2 m2 s2
r r e s1 1
r a e r e s2
i1
1
2 i(2 2 ) s1m1a1
1 M
(m1 r1e i1
(m3 r3 e i
3
m2a1 m2r2
m2 r2
机械原理4-23MATLAB平面连杆机构动力学分析
基于MATLAB/Solidworks COSMOSMotion的平面连杆机构动力学分析07208517王锡霖4-23在图示的正弦机构中,已知l AB =100 mm,h1=120 mm,h2 =80 mm,W1 =10 rad/s(常数)，滑块2和构件3的重量分别为G2 =40 N和G3 =100 N,质心S2 和S3 的位置如图所示，加于构件3上的生产阻力Fr=400 N，构件1的重力和惯性力略去不计。
试用解析法求机构在Φ1=60°、150°、220°位置时各运动副反力和需加于。
构件1上的平衡力偶Mb分别对三个构件进行受力分析如图：构件3受力图构件2受力图构件1受力图（1）滑块2：V S2 =L AB W1 ①a s2 = L AB W12②构件3：S=L AB sinΦ1 ③V3=L AB W1 COSΦ1 ④a3=-L AB W12 sinΦ1 ⑤(2)确定惯性力：F12=m2as2=(G2/g)LABW12 ⑥F13=m3a3=(G3/g)LABW12sinΦ1 ⑦(3)各构件的平衡方程：构件3：∑Fy=0,FR23 =Fr-F13∑Fx=0,FR4’=FR4∑MS3 =0,FR4=FR23LAcosΦ1/h2构件2：∑Fx=0,FR12x=F12cosΦ1∑Fy=0,FR12y=FR32-F12sinΦ1构件1：∑Fx=0,FR41x=FR12x∑Fy=0,FR41y=FR12y∑MA =0,Mb=FR32LABcosΦ1总共有八个方程，八个未知数。
归纳出一元八次方程矩阵：1 0 0 0 0 0 0 0 FR23 Fr-F130 1 -1 0 0 0 0 0 FR4’ 0-LAB COSΦ1/h20 1 0 0 0 0 0 FR40 0 0 1 0 0 0 0 FR12x = F12cosΦ1-1 0 0 0 1 0 0 0 FR12y -F12sinΦ10 0 0 -1 0 1 0 0 FR41x 00 0 0 0 -1 0 1 0 FR41y 0-LABCOSΦ1 0 0 0 0 0 0 1 Mb 0 AX=B进而可得：X=A\B。
机械原理机器的动力学分析
第12章机器的动力学分析第12章机器的动力学分析12-1 机器的运转过程12-2机器的等效动力学模型12-3 机器的速度波动调节前几章的机构运动分析与运动设计，均假定原动件运动已知且等速。
实际上，原动件的真实运动是作用于机械的外力、各构件的质量、转动惯量以及原动件位置等的函数。
研究机械的真实运动，有重要意义。
确定机械在外力作用下的真实运动规律，据以进行真实的运动分析与力分析。
将机械的速度波动调节在允许范围内，以减小速度波动的不良影响。
速度波动的不良影响？外力变化引起机械速度波动（变化）。
速度波动导致运动副中产生附加动压力，导致机械振动，降低机械使用寿命、机械效率和工作可靠性。
研究产生速度波动的原因，掌握减少速度波动的方法，是工程设计者应有的能力。
12-1 机器的运转过程一、作用于机械的力二、机械的运转过程12-1 机器的运转过程一、作用于机械的力力（矩）与运动参数（位移、速度、时间等）间的关系通常称为机械特性。
忽略构件重力及摩擦力时，作用于机械的力包括：工作阻力和驱动力。
收获机：驱动力、工作阻力一、作用于机械的力：工作阻力工作阻力指机械工作时需要克服的工作负荷，其变化规律取决于机械的工艺特点。
一、作用于机械的力：工作阻力在某工作段，近似为常数（如车床）是执行构件位置的函数（如曲柄压力机）是执行构件速度的函数（如鼓风机、搅拌机、螺旋桨）是时间的函数（如揉面机、球蘑机）一、作用于机械的力：驱动力驱动力指驱使原动件运动的力，其变化规律取决于原动机的机械特性。
一、作用于机械的力：驱动力如蒸汽机、内燃机的驱动力，是活塞位置的函数电动机输出的驱动力矩是转子角速度的函数12-1 机器的运转过程二、机械的运转过程：机器的运转过程分3阶段：（1）启动阶段（2）稳定运转阶段（3）停机阶段稳定运转启动停机TTωωmt据动能定理，在任一时间间隔内，外力作功（忽略摩擦力等）等于动能的增量：W = Wd –Wr= E2–E1机器运转的过程，是机械外力作用（作功）的结果；机械速度波动的根源，是机械动能变化的结果。
机械原理课程教案—机械系统动力学
机械原理课程教案—机械系统动力学一、教学目标1. 让学生理解机械系统动力学的基本概念和原理。
2. 使学生掌握刚体动力学、弹性体动力学和机器动力学的基本分析方法。
3. 培养学生运用机械系统动力学知识解决实际问题的能力。
二、教学内容1. 刚体动力学：刚体的运动方程、刚体运动的合成与分解、刚体动力学的守恒定律。
2. 弹性体动力学：弹性体的基本方程、弹性体的振动、弹性体动力学的应用。
3. 机器动力学：机器的动态特性、机器的振动分析、机器的稳定性和可靠性。
三、教学方法1. 采用讲授法，讲解基本概念、原理和分析方法。
2. 利用多媒体演示，展示实例和动画，增强学生的直观感受。
3. 开展课堂讨论，引导学生主动思考和探究。
4. 布置课后习题，巩固所学知识。
四、教学准备1. 教材：机械系统动力学相关教材。
2. 多媒体课件：包括文字、图片、动画和视频等。
3. 教案：详细的教学计划和步骤。
4. 习题：用于巩固知识的练习题。
五、教学过程1. 引入：通过实例介绍机械系统动力学的重要性，激发学生的兴趣。
2. 讲解：讲解刚体动力学的基本概念和分析方法，引导学生掌握刚体运动的合成与分解。
3. 演示：利用多媒体演示刚体动力学的实例和动画，让学生更好地理解刚体动力学的原理。
4. 练习：布置刚体动力学的练习题，让学生巩固所学知识。
5. 课堂讨论：引导学生讨论刚体动力学在实际工程中的应用，培养学生的实际问题解决能力。
6. 布置作业：布置刚体动力学的课后习题，让学生进一步巩固知识。
六、教学内容（续）4. 机器动力学：机器的动态特性分析机器的振动分析与控制机器的稳定性和可靠性评估机器的故障诊断与预测七、教学重点与难点1. 教学重点：刚体动力学的基本分析方法弹性体动力学的振动分析和应用机器动力学的动态特性分析机器的振动控制和稳定性评估2. 教学难点：弹性体动力学的复杂方程求解机器动力学中的非线性问题机器的故障诊断与预测算法八、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂讨论和提问中的活跃程度。
机械原理机构动力学设计
3 优化设计
机构动力学分析可以提供 重要信息，帮助我们优化 机构设计并改进其性能。
常见的机构动力学方法
1
数值法
2
数值法是目前最常用的方法之一，其能
够迅速地获得结果。然而，它可能会失
去一些精度。
3
解析法
解析法是机构动力学分析的传统方法， 它需要计算速度和加速度。虽然比较精 确，但是比较复杂，限制了其应用范围。
机械原理机构动力学设计
欢迎来到机械原理机构动力学设计的世界。我们会深入剖析机械原理基本概 念和原则，并讲解机构设计和动力学分析。让我们开始吧！
机械原理的基本概念和原则
力学基础
了解机械系统中各种力学性质和现象的基础知识，有助于更好理解机构动力学分析的本这个概念能够帮助我们更好的设计机构并优化性能。
运动学
正确的运动学设计能 够提高机构的效率、 稳定性和响应速度。 应该根据机构的功能 和性能需求进行运动 学设计。
结构
结构设计是机构动力 学分析的基础。有效 的结构设计能够提高 机械系统的承载能力、 精度和效率。
实例和案例分析
图像一的分析
该机构使用四连杆结构，能够产 生相对平滑的运动。然而，由于 材料的问题，其承载能力不够理 想。
图像二的分析
直升机旋翼机构是一个典型的机 械系统，由于叶片运动的高速和 抗旋转问题，其设计更复杂且有 一定难度。
图像三的分析
蒸汽机运动学设计经典，其涉及 到恒量机械和偏量机械的集成， 能在对称和非对称工况都有较好 的运转表现。
半解析法
半解析法综合了解析法与数值法的优点， 能够在短时间内得到比较精确的结果， 是一种很常见的方法。
机构动力学设计的关键要素
功率
功率是机构设计中最 关键的指标之一，它 决定了机构的实际效 能。应该对所有元素 的转矩和速度进行评 估。
机械原理课程教案—机械系统动力学
机械原理课程教案—机械系统动力学一、教学目标1. 理解机械系统动力学的基本概念和原理。
2. 掌握机械系统的受力分析、运动分析和动力分析方法。
3. 能够运用动力学原理解决实际机械系统的问题。
二、教学内容1. 机械系统动力学的定义和分类牛顿力学和相对论力学连续体动力学和离散体动力学2. 机械系统的受力分析力的基本概念和运算刚体和柔体的受力分析约束和自由度的概念3. 运动分析运动的基本概念和描述刚体的运动和柔体的运动运动方程和解题方法4. 动力分析动力的基本概念和运算牛顿运动定律的应用动力方程和解题方法三、教学方法1. 讲授法：通过教师的讲解，引导学生理解和掌握机械系统动力学的基本概念和原理。
2. 案例分析法：通过分析实际案例，让学生学会运用动力学原理解决实际问题。
3. 互动教学法：通过提问和讨论，激发学生的思考和兴趣，提高学生的参与度。
四、教学评估1. 课堂讨论：通过提问和讨论，评估学生对机械系统动力学的基本概念和原理的理解程度。
2. 习题练习：通过布置和批改相关的习题，评估学生对机械系统动力学的受力分析、运动分析和动力分析方法的掌握程度。
3. 课程报告：通过学生提交的课程报告，评估学生对机械系统动力学的应用能力。
五、教学资源1. 教材：推荐学生阅读《机械系统动力学》等相关教材，提供系统的知识框架和学习内容。
2. 课件：制作精美的课件，通过图文并茂的方式，展示机械系统动力学的基本概念和原理。
3. 案例资料：收集相关的案例资料，用于分析和讨论，增加学生的实践经验。
六、教学活动1. 课堂讲解：通过教师的讲解，系统地介绍机械系统动力学的理论知识，引导学生理解和掌握基本概念和原理。
2. 案例分析：选取具有代表性的机械系统案例，让学生通过分析案例来运用动力学原理，提高学生的实际问题解决能力。
3. 小组讨论：组织学生进行小组讨论，分享学习心得和解决问题的方法，促进学生之间的交流与合作。
七、教学实践1. 实验室实践：安排学生到实验室进行动力学实验，让学生亲自操作，观察和分析实验结果，增强学生对动力学理论的理解和应用能力。
机械原理课程教案—机械系统动力学
机械原理课程教案—机械系统动力学一、教学目标1. 理解机械系统动力学的基本概念和原理。
2. 掌握刚体动力学、弹性体动力学和多体系统动力学的基本分析方法。
3. 能够应用动力学原理解决实际机械系统的问题。
二、教学内容1. 刚体动力学：刚体的运动学方程刚体的动力学方程刚体的角动量和角加速度刚体的转动惯量2. 弹性体动力学：弹性体的基本概念和特性弹性体的振动方程弹性体的振动分析和解决方法弹性体的阻尼和弹性系数3. 多体系统动力学：多体系统的自由度和约束多体系统的动力学方程多体系统的运动分析和控制方法多体系统的动力学仿真和实验验证三、教学方法1. 讲授：通过讲解和示例，引导学生理解机械系统动力学的基本概念和原理。
2. 互动讨论：通过提问和回答，激发学生的思考和理解，巩固知识点。
3. 案例分析：通过分析实际案例，培养学生解决实际问题的能力。
4. 数值计算：通过数值计算软件，进行动力学分析和仿真，提高学生的实践能力。
5. 实验验证：通过实验操作，验证理论知识的正确性，培养学生的实验技能。
四、教学评估1. 课堂参与度：通过提问和回答，评估学生对动力学概念的理解程度。
2. 课后作业：通过布置和批改课后作业，巩固学生的知识点掌握情况。
3. 小组讨论：通过小组讨论和报告，培养学生的团队合作和表达能力。
4. 课程设计：通过课程设计项目，综合运用动力学知识解决实际问题。
5. 期末考试：通过期末考试，全面评估学生对动力学知识的掌握程度。
五、教学资源1. 教材：选用合适的动力学教材，提供系统的理论知识。
2. 课件：制作精美的课件，辅助讲解和展示。
3. 数值计算软件：使用专业的数值计算软件，进行动力学分析和仿真。
4. 实验设备：提供实验所需的设备和器材，进行实验验证。
5. 在线资源：提供相关的在线课程、论文和案例，供学生自主学习和参考。
六、教学安排1. 刚体动力学（2课时）刚体的运动学方程刚体的动力学方程2. 弹性体动力学（2课时）弹性体的基本概念和特性弹性体的振动方程3. 多体系统动力学（2课时）多体系统的自由度和约束多体系统的动力学方程4. 动力学仿真和实验验证（1课时）使用数值计算软件进行动力学分析和仿真实验操作，验证理论知识的正确性5. 动力学在实际应用中的案例分析（1课时）分析实际机械系统中的动力学问题解决实际问题的方法和技巧七、教学活动1. 刚体动力学（第1周）讲解刚体的运动学方程和动力学方程示例分析和练习2. 弹性体动力学（第2周）讲解弹性体的基本概念和特性讲解弹性体的振动方程示例分析和练习3. 多体系统动力学（第3周）讲解多体系统的自由度和约束讲解多体系统的动力学方程示例分析和练习4. 动力学仿真和实验验证（第4周）使用数值计算软件进行动力学分析和仿真实验操作，验证理论知识的正确性5. 动力学在实际应用中的案例分析（第5周）分析实际机械系统中的动力学问题解决实际问题的方法和技巧八、教学难点1. 刚体动力学中的角动量和角加速度的概念。
机械原理机械工程中的机械动力学设计实例
机械原理机械工程中的机械动力学设计实例机械原理——机械工程中的机械动力学设计实例机械动力学是机械工程领域中的一个重要学科，研究物体在受到外力作用下的运动规律和力学性质。
在机械设计中，运用机械动力学的原理可以对机械系统进行力学分析和设计，保证其正常运行和性能优化。
本文将以机械动力学设计实例为主题，介绍一个具体的案例来展示机械动力学在工程实践中的应用。
一、设计背景某工程公司计划设计一台抛物线自行车道。
该自行车道需满足下列条件：起点高低不等、两侧边界直线且固定不动、车道相对光滑，以保证自行车在抛物线上运行稳定。
设计师需要根据这些要求来确定自行车道的几何形状和坡度。
二、设计步骤在进行机械动力学设计时，我们通常采用以下步骤：1. 确定基本参数：首先，我们需要确定起点高度、末点高度、两侧边界的位置和固定方式等基本参数。
2. 绘制抛物线曲线：抛物线曲线是自行车道的关键，它的形状将直接影响自行车的稳定性。
在确定基本参数后，我们利用计算机辅助设计软件，绘制出符合要求的抛物线曲线。
3. 计算坡度：根据机械动力学原理，自行车在抛物线道路上的运动遵循能量守恒的规律。
我们需要计算自行车在不同位置的势能和动能，以及重力和摩擦力的影响。
通过分析这些因素，我们可以得出自行车在不同位置对应的坡度。
4. 优化设计：在得到初步结果后，我们可以对设计进行优化。
通过调整参数和绘制多个曲线，我们可以比较不同设计方案的优劣，并选择最佳方案。
5. 验证和评估：设计完成后，我们需要对结果进行验证和评估。
通过计算和仿真分析，检查自行车道设计是否满足要求，并优化设计如果需要。
三、设计结果根据上述设计步骤，我们最终得到了一条满足设计要求的抛物线自行车道。
该自行车道形状合理，坡度适宜，能够保证自行车在上面稳定行驶。
设计师还进行了仿真分析和实际测试，结果表明该抛物线自行车道满足设计要求。
四、结论机械动力学在机械工程中的应用非常广泛，设计师可以运用机械动力学的原理和方法来进行机械系统的设计和优化。
08机械原理-动力学
例：已知驱动力矩Md为常数，阻力矩Mr如图所示，
主轴的平均角速度为：m= 25 rad/s,不均匀系数=
0.05，求主轴飞轮的转动惯量JF。
解：1)求Md
由于在一个循环内Md和
kNm Mr
Mr所作的功相等，故可得： Md
10
1
M d 2
2
0 M rd
0
π 3π/2 2π φ
1 [1 10 2( 1 10)] 5
3）由于J≠∞，而[W]和m又为有限值，故 不可能
为“0”，即使安装飞轮，机械总是有波动。
4）J与m的平方成反比，即平均转速越高，所需飞轮
的转动惯量越小。故飞轮一般安装在高速轴上。
最大盈亏功[W] 的确定
1、求出各交点的W值，
-f1
Md
+f2
Mr
-f3
+f4
进而找出Emin和Emax，
a
从而求出[W]。
ωm＝（ωmax＋ωmin）/2
对应的转速： n = 60m /2 rpm
max- min 表示了机器主轴速度波动范围的大 小，称为绝对不均匀度。
通常用机械运转速度不均匀系数 表示机械速度
波动的程度。
max min m
由m ＝(max +min)/2 以及上式可得：
max
m
1
2
min
m
机械原理及设计 （Ⅰ）
机械系统动力学
江苏大学
2020年12月19日
第8章 机械系统动力学
§8-1 概述 §8-2 机械的等效力学模型 §8-3 机械运动方程式的建立及求解 §8-4 机械的速度波动及调节方法 §8-5 飞轮设计
运动分析时，都假定原动件作匀速运动:ω＝const 实际上是多个参数的函数：
机械原理机构力分析
机械原理机构力分析机械原理机构力分析是机械设计中的重要环节，通过对机构进行力学分析，可以确定各个零件之间的受力情况，为机械设计提供重要的参考依据。
本文将通过对机械原理机构力分析的研究，对其原理和基本步骤进行介绍，并通过实例说明其应用。
一、机械原理机构力分析的原理机械原理机构力分析是基于力学的基本定律进行的分析过程。
通过分析机构零件之间的力学关系，可以得出受力情况，进而进行材料强度校核和结构设计。
主要包括以下几个方面的原理：1. 受力平衡原理：机构中各个零件之间的力必须满足平衡条件，即合力为零。
通过建立受力平衡方程，可以求解出受力情况。
2. 受力传递原理：机械机构中的力是通过各个零件之间的接触和传递来实现的。
通过受力传递原理，可以分析出各个零件之间的受力情况。
3. 动力学原理：机械机构的力分析不仅仅局限于静力学，还需要考虑动力学因素。
通过动力学原理，可以分析机构在运动过程中产生的力和强度要求。
二、机械原理机构力分析的基本步骤机械原理机构力分析的基本步骤是按照以下顺序进行的：1. 确定受力分析的目标：明确分析的目标是什么，比如求解某个零件的受力情况或者整个机构的受力平衡。
2. 分析机构的受力情况：根据受力平衡原理，建立受力平衡方程，通过求解方程组，得到各个零件的受力情况。
3. 进行强度校核：根据受力分析结果，进行材料强度校核。
比如计算零件的应力和应变，判断是否满足强度要求。
4. 设计机构的结构参数：根据受力分析结果和强度校核结果，进行机构的结构参数设计。
比如确定零件的尺寸和形状，选择合适的材料。
5. 检验和验证：完成设计之后，进行力分析的检验和验证。
比如进行有限元分析、力学试验等，确保设计的可行性和合理性。
三、机械原理机构力分析的应用实例为了更好地理解机械原理机构力分析的应用，我们以一个简单的减速机为例进行说明。
假设减速机由一对齿轮组成，齿轮的参数已知，我们需要进行力分析以确定齿轮的受力情况和强度要求。
《机械设计基础》课程标准
《机械设计基础》课程标准一、课程性质与目标《机械设计基础》是一门重要的机械类课程，旨在培养学生掌握机械设计的基本理论、方法和技能，为今后从事机械设计、制造、维修等工作奠定基础。
本课程涵盖了机械原理、机械零件、机构运动学、机械动力学等方面的知识，是一门综合性较强的课程。
本课程的教学目标包括以下几个方面：1. 掌握机械设计的基本原理和方法，包括机构运动学、动力学、结构设计、材料选择、润滑密封等方面的知识。
2. 了解常用机械零件的类型、特点、适用场合及选配方法，如联接件、传动件、支承件、控制件等。
3. 具备解决实际机械设计问题的能力，能够根据具体工况和要求，选择合适的机械设计方案，并进行优化和改进。
4. 培养学生的创新意识和实践能力，鼓励学生在课程学习中发挥自己的想象力和创造力，积极参与课程实验、实习、设计等活动。
二、教学内容与要求根据课程性质和教学目标，本课程的教学内容主要包括以下几部分：1. 机构运动学：介绍机构的基本概念、运动学公式、运动副类型及特点等基础知识。
2. 机械动力学：讲解机械系统的动力学特性，包括受迫振动、冲击、功率平衡等概念和方法。
3. 机械原理：阐述各种常用机构的工作原理、特点及设计方法，如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。
4. 机械零件：介绍各种常用机械零件的类型、特点、适用场合及选配方法，如联接件（螺栓、螺母、销钉）、传动件（带、链、齿轮、蜗杆）、支承件（轴承）、控制件（弹簧）等。
5. 实践环节：组织学生进行课程实验、实习和设计等活动，培养学生的动手能力和创新意识。
在教学内容方面，要求教师注重理论与实践的结合，加强对学生实践能力的培养。
同时，教师还应根据实际情况，不断更新教学内容，引入新的教学方法和手段，以提高教学效果和质量。
三、教学方法与手段为了实现教学目标，提高教学效果，本课程采用以下教学方法和手段：1. 课堂讲授：通过系统讲解和演示，使学生掌握基本理论和知识。
2. 案例分析：结合实际工程案例，引导学生分析问题和解决问题，加深学生对理论知识的理解。
机械原理考试知识点
《机械原理》考试知识点第一篇基本机构及常用机构的运动学设计第一章绪论1．了解机械原理的研究对象及主要内容；2．了解机械原理的地位和作用；3．了解机械原理的学习目的和方法。
第二章机构的结构分析与综合1．掌握有关机构的概念，如构件、运动副、运动链、杆组等；2．掌握平面机构运动简图的绘制方法和步骤，能根据实际机械正确绘制机构运动简图；3．掌握机构具有确定运动的条件及平面机构自由度的计算，并注意复合铰链、局部自由度和虚约束等情况；4．掌握平面机构中高副低代的方法，要求代替前后，机构的自由度和机构的瞬时运动不变；5．掌握平面低副机构的结构分析和组成原理，能根据给定的机构运动简图进行拆杆组，进行机构的结构分析，并确定机构的级别。
第三章平面连杆机构及其设计1．了解平面连杆机构的类型、应用及其主要特点；2．掌握平面连杆机构特别是它的基本形式——平面铰链四杆机构的一些基本概念和基本知识及其演化方法和应用；3．掌握平面连杆机构的运动特性和传力特性：如有曲柄的条件、急回特性和行程速度变化系数、压力角与传动角、死点位置、运动连续性等；4．掌握等视角定理及几何法刚体导引机构的设计；5．掌握机构的刚化反转法及几何法函数生成机构的设计；6．掌握急回机构的设计；7．掌握用速度瞬心法作平面机构的速度分析方法；8．掌握用相对运动图解法进行机构的运动分析方法；9．掌握用复数矢量法进行机构的运动分析的方法。
第四章凸轮机构及其设计1．掌握凸轮机构的基本概念、凸轮机构的分类及应用；2．掌握从动件常用的运动规律及从动件运动规律的设计原则；3．掌握凸轮机构的反转法原理；4．掌握图解法设计平面凸轮轮廓曲线的设计方法；5．掌握解析法设计平面凸轮轮廓曲线的设计方法；6．掌握凸轮机构的压力角及基本尺寸的设计。
第五章齿轮机构及其设计1．了解齿轮机构的类型和应用；2．掌握齿廓啮合基本定律；3．掌握渐开线的形成及其性质；4．掌握渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算；5．掌握渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动特点，包括：1）定传动比；2）啮合线与啮合角；3）中心距的可分性；3）正确啮合条件；4）连续传动条件；5）标准中心距和安装中心距；6）无侧隙啮合条件等。
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r1
rs2
m3 s3
由图可得
1
r2 e i? 2
?
a2
?
r2?e
i?
2?
O
?1
A
rs3 a4
r3
?3
Dx
机构惯性力完全平稳的条件:
m1r1e i?1 m3 r3e i? 3
? ?
m2 r2? m2r2
a1 aa23 a2
e i? 2? e i? 2
?0 ?0
铰链四杆机构惯性力完全平衡的条件是：
m1r1
*
i?
? j
m3
jj
?*j
m r e *
*
i?
* j
jj
调整后： mj r j ei? j
?j0 ?j
00 0
x
则应有：
m r e 0
0
i?
0 j
jj
?
m r e *
*
i?
* j
jj
?
mj r j ei?，j ( j=1或 3 )
按照向量加法规则可求得应添加的质径积的大小和方位为
m*j
r
* j
?
(mj r j
ei? 2 ?
故有
a3 a2
ei? 3
?
a4 a2
?
a1 a2
ei? 1
O A
?1
?2 a4
C
a3 ?3 Dx
? r s ?
1 M
?
(m1 r1e i? 1
(m3 r3 e i?
? m2 a1 ? m2 r2
3
?
m2 r2
a3 a2
e i?
a1 ei? a2
)e 2 i? 3
2
)e i?
1
? ?
(m3a 4
)2
?
(
m0j
r
0 j
)2
?
2m
j
r
j
m0j
r
0 j
cos(?
j
?
?
0 j
)
tg?
* j
?
(mjrj
sin ?
j
?
m0j
r
0 j
sin ?
0 j
(mj r j
cos?
j
?
m0j
r
0 j
cos?
0 j
)
其中 mj ? m0j ? m*j ( j=1或 3 )
2、有移动副的平面四杆机构
(1)列出各活动构件的质心向量表达式为
2、机构惯性力(对机座)
的平衡
二、关系
Ad ? Ac ? E2 ? E1
B A
TT
其中 Ac ? Ar ? Af 为总耗功
2、机械运转的三个阶段 (1)起动阶段：
o 起动 稳定运动 停车
?
Ad ? Ac ，主动件的速度从零值上升到正常工作速度
(2)停车阶段： Ad ? Ar ? 0
? rs1
?
r e i(? 1 ??1 ) 1
y
rs2
?
a1e i? 1
?
r ei(? 2 ??2 ) 2
rs3 ? a 1e i? 1 ? a 2e i? 2 ? r3
将以上诸式代入
rs
?
1 M
n
mi rSi
i?1
e
i? 3
(A)
S1 r1
O
m1
r2 B
a1 r S2 ?1
S2 m 2 ? 2 r S3
1
B
r ? a e ? r e s2
i? 1
1
2 i (? 2 ?? 2 ) s1m1a1
r2 ?2
?2
c a3
rs3
?
a4
?
r ei(? 3 ?? 3 ) 3
r1
1
rs2
m 3s3
? rs ?
? rs ?
1
M
1
M
n
m i r si
i?1
( m1r1e i? 1
?1
O A
? m2 a1 )ei? 1
机构及其系统
动力学设计
§9-1 机构及其系统的质量平衡与功率平衡
一、质量平衡
m1 r1 rb
m
r2 m2
m1 r1
r2 m2
l
m1r1+m2r2+…mbrb=0
1、转子平衡
使构件质量参数合理分布及在 结构上采取特殊措施，将各惯性力
m1 s1
m2 s2 s3 m3
和惯性力矩限制在预期的容许范围
内，称为质量平衡。
基本思路 列出总质心的向量表达式； 使与时间有关的向量（时变向量）的 系数为零。
? 对于任何一个机构的总质心向量
rs ?
1 M
n i?1
rs可表达为
m i r si
若rs为常向量，则可满足上述充要条件。
1、平面铰链四杆机构
(1)列出机构总质心
位置向量方程式
Y
m2 s2
rs1
?
r e i (? 1 ??1 )
e e (2) 令时变向量 、i? 1 前i?的2 系数为零，得
m1r1e i?1 ? (m2 ? m3 )a1 ? 0
m2r2e i?2 ? m3a 2 ? 0
于是，曲柄滑块机构惯性力的完全平衡条件为：
m2
r2
a2
BC
m1r1 ? (m2 ? m3 )a1 ， ? 1 ? ?
?
m2 r2
a4 a2
e i? 2
)
(3)机构惯性力完全平稳的条件
m1r1e i?1 ? m2 a 1 ? m2
令
m3 r3 e i? 3
?
m2 r2
a3 a2
e i?
r
2
a1 2?a02
e i? 2
r2
?0
m2 s2
则r s就成为一常向量, 即质心位置保持静止。
Y B
s1m1a1
?2
?2
c a3
(3)稳定运转阶段：
a .匀速稳定运转— 速度保持不变，在任何时间间隔都有
Ad ? Ac ? 0
b .变速稳定运转— 围绕平均速度作周期性波动
一个周期的时间间隔 ,Ad =Ar,E 2=E 1;
功率平衡：
不满一个周期的时间间隔 ,Ad =Ar ,E 2=E 1 若为实现一个尽可能匀速稳定运转，在结构上
rs3 a4
r3
?3
Dx
? ? ( m2 r2 e i? 2 )e i? 2
e 、e 、e 注意时变向量：
?
(m
i? 1
3
r3
e
i? 3
i? 2
)
e
i?
3?
i? 3
m3a 4
(2)使rs表达式中所含有的时变向量变为线性独立向量
封闭条件：
YB
a1ei?1 ? a2ei?2 ? a3ei?3 ? a4 ? 0 a1
?
m2
r2?
a a
1 2
，?1
?
? 2?
m3r3
?
m2r2
a3 a2
，? 3 ? ? ? ? 2
?1 s1
一般选两个连架杆1、3作为加 m1
平衡重的构件。
若：调 整前：
m r e 0
0
i?
0 j
jj
y
添加平衡重的大小与方位向量：
m2s2 r2 ?2 a2
r2?
? 2?
a1
a3
a4 ?3
s3
m r e *
S
S3 m3
r3
Cx
可得到机构总质心向量表达式为
?? ? rs
?
1 m
m1r1e i?1 ? a1 (m2 ? m3 ) e i? 1
? ? (m2r2e i? 2 ? m3a 2 )e i? 2 ? m3r3e i? 3
e e 上式中两个时变向量 i?1及 i? 2已是线性独立向量(S向量未出现)。
或机构设计方面采取相关措施。
§9-2 基于质量平衡的动力学设计 一、质量平衡的设计方法之一（线性独立向量法）
（一） 平面机构惯性力平衡的必要和充分条件：
机构的总惯性力为F=-Ma s，欲使任何位置都有F=0，则
as ? 0
机构总质心作匀速直线运动； 机构总质心沿着封闭曲线退化为停留在一个点。
当且仅当平面机构总质心静止不动时，平面机构的惯性 力才能达到完全平衡。 （二） 平面机构惯性力完全平衡的线性独立向量法