10机械系统动力学
《机械系统动力学》课件
数值模拟法的缺点是计算量大，计算时间长，且需要较高的数学建模 和数值计算能力。
解析法
01 02 03 04
解析法是通过数学解析的方法来求解机械系统动力学问题的方法。
解析法需要建立系统的数学模型，利用数学解析的方法求解模型的微 分方程或差分方程，以获得系统的解析解。
解析法的优点是能够获得系统的精确解，具有较高的理论价值。
实验研究法的优点是能够直接获取系统的实际动 力学行为，具有较高的真实性和可靠性。
数值模拟法
01
数值模拟法是通过计算机数值计算来模拟机械系统的动态行为的方法 。
02
数值模拟法需要建立系统的数学模型，利用数值计算方法求解模型的 微分方程或差分方程，以获得系统的动态响应。
03
数值模拟法的优点是能够模拟复杂系统的动态行为，具有较高的灵活 性和可重复性。
动能定理
总结词
描述物体动能变化的定理
详细描述
动能定理指出，一个物体动能的改变等于作用力对物体所做的功。这个定理是能 量守恒定律在动力学中的表现，是分析机械系统运动状态的重要工具。
势能定理
总结词
描述物体势能变化的定理
详细描述
势能定理指出，一个物体势能的改变等于作用力对物体所做的负功。这个定理可以帮助我们分析机械系统的运动 状态，特别是当物体受到重力的作用时。
CHAPTER 04
机械系统动力学的研究方法
实验研究法
实验研究法需要设计和搭建实验装置，对系统 施加激励并采集响应数据，通过分析数据来揭
示系统的动态特性。
实验研究法的缺点是实验成本较高，实验条件难以控 制，且实验结果可能受到实验误差和环境因素的影响
。
实验研究法是通过实验测试和观察机械系统的 动态行为，以获取系统的动力学特性和性能参 数的方法。
机械系统动力学
机械系统动力学机械系统动力学：《机械系统动力学》是清华大学出版社出版，杨义勇编著的机械专业书籍。
全书共9章。
介绍了机械系统中常见的动力学问题、机械动力学问题的类型和解决问题的一般过程，讲述了刚性机械系统的动力学分析与设计，含弹性构件的机械系统的动力学，含间隙副机械的动力学，含变质量机械系统动力学以及机械动力学数值仿真数学基础与相关软件。
本书可作为高等院校机械工程专业本科和研究生教材，也可作为从事机械工程研究和设计的技术人员的参考书籍。
目录：第1章绪论1.1 机械系统中常见的动力学问题1.2 解决机械动力学问题的一般过程1.3 机械系统的动力学模型1.3.1 刚性构件1.3.2 弹性元件1.3.3 阻尼1.3.4 流体润滑动压轴承1.3.5 机械系统的力学模型1.4 建立机械系统的动力学方程的原理与方法1.4.1 牛顿第二定律1.4.2 达朗贝尔原理1.4.3 拉格朗日方程1.4.4 凯恩方程1.4.5 影响系数法1.4.6 传递矩阵法1.5 动力学方程的求解方法1.5.1 欧拉法1.5.2 龙格?库塔法1.5.3 微分方程组与高阶微分方程的解法1.5.4 矩阵形式的动力学方程1.6 机械动力学实验与仿真研究第2章刚性机械系统动力学2.1 概述2.2 单自由度机械系统的动力学模型2.2.1 系统的动能2.2.2 广义力矩的计算2.2.3 动力学方程2.3 不同情况下单自由度系统的动力学方程及其求解方法2.3.1 等效转动惯量和广义力矩均为常数2.3.2 等效转动惯量为常数,广义力矩是机构位置的函数2.3.3 等效转动惯量为常数,广义力矩为速度的函数2.3.4 等效转动惯量是位移的函数,等效力矩是位移和速度的函数2.3.5 等效转动惯量是位移的函数2.4 基于拉格朗日方程的多自由度机械系统建模方法2.4.1 系统的描述方法2.4.2 两自由度五杆机构动力学方程2.4.3 差动轮系的动力学方程2.4.4 开链机构的动力学方程2.5 具有力约束的两自由度系统的动力学方程2.6 凯恩方法及其应用第3章刚性平面机构惯性力的平衡3.1 机械系统中构件的质量替代3.1.1 两点静替代3.1.2 两点动替代3.1.3 广义质量静替代3.2 机构平衡的基本条件与平衡方法3.2.1 机构总质心的位置3.2.2 机构的惯性力和惯性力矩在坐标轴上的分量3.2.3 平面机构惯性力和惯性力矩的平衡条件3.2.4 平面机构的惯性力的平衡方法3.3 机构惯性力平衡的质量替代法3.3.1 含转动副的机构惯性力平衡3.3.2 含移动副的广义质量替代法3.4 机构惯性力平衡的线性独立向量法3.4.1 平衡条件的建立与平衡量的确定3.4.2 用加重方法完全平衡惯性力需满足的条件3.4.3 使惯性力完全平衡应加的最少平衡量数3.5 机构惯性力的部分平衡法3.5.1 用回转质量部分平衡机构的惯性力与最佳平衡量3.5.2 用平衡机构部分平衡惯性力3.6 在机构运动平面内的惯性力矩的平衡3.6.1 机构惯性力矩的表达式3.6.2 任意四杆机构的惯性力矩3.6.3 惯性力平衡的四杆机构的惯性力矩3.6.4 惯性力矩平衡条件3.6.5 用平衡机构平衡惯性力矩第4章含弹性构件的机械系统动力学分析与设计4.1 概述4.2 考虑轴扭转变形时传动系统动力学分析4.2.1 串联传动系统的等效力学模型4.2.2 串联齿轮传动系统的动力学方程4.2.3 用振型分析法研究无外力作用时系统的自由振动4.2.4 有外力作用时的振动分析4.2.5 传递矩阵法在传动系统扭转弹性动力学分析中的应用4.3 含弹性构件的平面连杆机构的有限元分析法4.3.1 单元坐标和系统坐标4.3.2 系统力和单元力4.3.3 单元位移函数4.3.4 单元动力学方程4.4 含弹性从动件的凸轮机构4.5 含多种弹性构件机构的机械系统4.6 考虑构件弹性的机构设计4.6.1 特定运动规律下的凸轮机构设计4.6.2 高速凸轮运动规律设计4.6.3 高速平面连杆机构设计第5章挠性转子的系统振动与平衡5.1 转子在不平衡力作用下的振动5.1.1 刚性转子在弹性支承上的振动5.1.2 挠性转子在刚性支承上的振动5.1.3 挠性转子在弹性支承上的振动5.2 单圆盘挠性转子的振动5.2.1 转子的自由振动5.2.2 转子有不平衡时的不平衡响应5.2.3 圆盘运动的动坐标表示法5.3 多圆盘挠性转子的振动5.3.1 多圆盘转子的动力学方程5.3.2 多圆盘转子的临界速度和振型5.3.3 多圆盘转子的不平衡响应5.4 具有连续质量的挠性转子振动5.4.1 自由振动的自然频率和振型函数5.4.2 不平衡响应分析5.5 复杂转子系统动力学分析5.5.1 复杂转子系统的力学模型5.5.2 传递矩阵5.5.3 状态向量间的传递关系5.5.4 自然频率和振型的求解5.5.5 系统的强迫振动5.5.6 不平衡响应计算5.5.7 系统阻尼影响5.6 挠性转子平衡原理5.7 挠性转子平衡方法5.7.1 振型平衡法5.7.2 影响系数法5.7.3 平衡量的优化第6章含间隙运动副的机械系统动力学6.1 采用连续接触间隙副模型的机械运动精度分析——小位移法6.1.1 转动副和移动副中的间隙6.1.2 用小位移法确定机构位置的误差6.2 采用连续接触间隙副模型的机械动力学分析6.2.1 机构运动分析6.2.2 动力学方程6.2.3 方程的求解6.2.4 铰销力及输出角误差6.3 采用两状态间隙移动副模型的机械动力学分析6.3.1 两状态间隙移动副的力学模型6.3.2 动力学方程6.3.3 方程的求解6.4 采用两状态间隙转动副模型的机械动力学分析6.4.1 间隙转动副模型的建立6.4.2 动力学方程6.4.3 方程的求解6.4.4 计算步骤6.5 间隙对机械动力学性能的影响6.5.1 两状态间隙模型6.5.2 动力学方程6.5.3 方程求解结果与实验结果第7章含变质量构件的机械系统7.1 变质量质点运动的基本方程7.2 变质量构件的动力学方程7.2.1 变质量刚体的动力学方程7.2.2 由相对运动产生的变质量构件的动力学方程7.3 能量形式的变质量构件的动力学方程7.3.1 以能量形式表示的动力学方程7.3.2 动能的计算7.4 含变质量构件的单自由度系统的动力学分析7.4.1 含变质量构件机械系统分析7.4.2 等效力与等效转动惯量7.4.3 能量形式的动力学方程第8章机械系统动力学数值仿真算法基础8.1 概述8.2 数值积分方法8.3 常微分方程的数值解法8.4 齐次方程与非齐次方程的解8.5 矩阵迭代法8.6 算法程序第9章机械系统动力学仿真软件与实例9.1 ADAMS动力学建模与仿真9.1.1 软件简介9.1.2 动力学问题的求解方法与坐标系9.1.3 ADAMS的建模与求解过程9.1.4 ADAMS仿真分析模块9.2 Pro/E动态仿真与工程分析9.2.1 集成运动模块9.2.2 机构运动与有限元法分析9.3 机械系统仿真分析实例9.3.1 具有冗余自由度机械臂的构型优化9.3.2 粗糙表面磨削机械臂的动力学仿真图书内容：《机械系统动力学》内容是集20多年的课程教学经验，在唐锡宽和金德闻1984年编写的《机械动力学》一书的基础上进行体系变更、内容更新、扩充和改写后编著而成的。
机械系统动力学特性分析与优化
机械系统动力学特性分析与优化引言机械系统的动力学特性是指系统在运动过程中所表现出的力学性质和行为。
对于工程师来说，了解和分析机械系统的动力学特性是至关重要的，可以帮助他们设计更加可靠和高效的机械系统。
本文将探讨机械系统动力学特性的分析与优化方法，以及如何应用这些方法来改进机械系统的性能。
一、基本概念与原理在开始讨论机械系统的动力学特性之前，我们首先需要了解一些基本概念和原理。
动力学是研究物体运动和力的学科，而机械系统的动力学则是研究机械系统在运动中所受到的力和力的效果。
其中，动力学方程是研究机械系统运动过程的基本工具，它描述了系统的运动和受力关系。
二、动力学特性的分析方法1. 数值模拟法数值模拟法是一种常用的机械系统动力学特性分析方法。
它通过使用计算机模拟机械系统的运动过程，从而得到系统的力学性质和行为。
数值模拟法的基本思想是将机械系统的运动过程离散化，然后使用数值方法求解离散化的运动方程。
在求解过程中，需要考虑系统的初始条件、边界条件和外部激励等因素。
2. 动力学参数的试验测量法另一种常用的机械系统动力学特性分析方法是动力学参数的试验测量法。
这种方法通过对机械系统的动力学参数进行试验测量，从而得到系统的力学性质和行为。
动力学参数包括质量、惯性矩、刚度和阻尼等，它们对机械系统的动力学特性具有重要影响。
三、动力学特性的优化方法1. 结构优化机械系统的结构优化是指通过改变系统的结构参数，从而优化系统的动力学特性。
结构优化的核心是找到适合系统的最佳结构参数，以使系统达到最佳性能。
常用的结构优化方法包括拓扑优化、材料优化和几何优化等。
2. 控制优化除了结构优化，控制优化也是改进机械系统动力学特性的有效方法。
控制优化是通过设计控制策略和参数，从而优化系统的响应和性能。
控制优化方法包括PID 控制、自适应控制和优化控制等。
通过合理选择控制策略和优化参数，可以显著改善机械系统的动力学特性。
四、实例分析与应用为了更好地理解机械系统的动力学特性分析与优化方法，我们将以一个实际的案例进行分析。
机械系统动力学知识点总结
机械系统动力学知识点总结机械系统动力学是研究对象在外力作用下的运动规律和相互作用关系，是机械领域的基础知识之一。
了解机械系统动力学不仅可以帮助我们理解机械系统的工作原理，还能指导我们设计和优化机械系统，提高机械系统的性能。
本文将就机械系统动力学的相关知识进行总结，包括运动描述、牛顿定律、动量与冲量、角动量、能量和动力学方程等内容。
一、运动描述机械系统动力学研究的对象是物体在外力作用下的运动规律，因此对于机械系统中的物体运动进行描述是非常重要的。
在机械系统动力学中，常用的运动描述方法包括位移、速度和加速度。
位移描述了物体的位置变化，速度描述了物体的位置变化速率，而加速度描述了物体的速度变化速率。
1. 位移在机械系统动力学中，位移是描述物体位置变化的重要参数。
位移通常用矢量来表示，其方向表示位移的方向，大小表示位移的大小。
位移可以分为线性位移和角位移两种，线性位移是描述物体沿直线方向的位置变化，而角位移是描述物体绕固定轴旋转的位置变化。
2. 速度速度是描述物体位置变化速率的参数，通常用矢量来表示。
线性速度描述物体在直线方向上的位置变化速率，角速度描述物体绕固定轴旋转的位置变化速率。
线性速度的大小表示速度的大小，方向表示速度的方向，而角速度的大小表示角速度的大小，方向表示角速度的方向。
3. 加速度加速度是描述速度变化速率的参数，通常用矢量来表示。
线性加速度描述物体在直线方向上的速度变化速率，角加速度描述物体绕固定轴旋转的速度变化速率。
线性加速度的大小表示加速度的大小，方向表示加速度的方向，而角加速度的大小表示角加速度的大小，方向表示角加速度的方向。
以上就是机械系统动力学中常用的运动描述方法，通过对位移、速度和加速度进行描述，可以帮助我们理解物体在外力作用下的运动规律。
二、牛顿定律牛顿定律是机械系统动力学的基础法则，它描述了物体在外力作用下的运动规律。
牛顿定律一共包括三条，分别是惯性定律、动量定律和作用-反作用定律。
机械系统动力学分析与控制
机械系统动力学分析与控制机械系统的动力学分析与控制一直是工程学的重要领域之一。
随着科技的不断发展，机械系统的应用范围越来越广泛，与之相关的动力学问题也变得越来越复杂。
本文将从机械系统动力学的基本原理、动力学分析方法以及控制策略等方面进行论述。
一、机械系统动力学的基本原理机械系统的动力学是研究机械系统的运动规律、力学关系以及能量转换的一门学科。
在进行动力学分析之前，需要了解机械系统的基本原理。
机械系统一般包括质点、刚体和弹性体等组成部分。
质点是指物体的质量集中于一个点，刚体是指物体的点之间的相对位置保持不变，弹性体是指物体在受力作用下会发生形变的物质。
机械系统动力学的基本原理主要包括牛顿运动定律、能量守恒定律和动量守恒定律等。
牛顿运动定律是机械系统动力学的基石，它指出物体的运动状态是由力决定的。
能量守恒定律是指在机械系统中，能量的总量在运动过程中保持不变。
动量守恒定律是指在机械系统中，物体受到的合外力作用时，物体的动量保持不变。
二、机械系统动力学的分析方法机械系统动力学的分析方法主要包括理论分析和实验分析两种途径。
理论分析是指通过建立机械系统的数学模型，利用数学方法和物理原理进行计算和推导。
在进行理论分析时，需要考虑机械系统的约束关系、运动方程以及受力求解等问题。
常用的理论分析方法有拉格朗日方程法、哈密尔顿原理法以及有限元法等。
实验分析是指通过实验手段对机械系统进行测试和观测，获取系统的动态响应和力学特性。
实验分析可以直接获得机械系统的实际数据，对理论分析的结果进行验证和修正。
常用的实验分析方法有力学测试、振动测试以及台架试验等。
三、机械系统动力学的控制策略机械系统的控制主要是指通过采取一定的措施，使机械系统在给定的目标条件下实现期望的运动和控制性能。
在机械系统的控制过程中，通常需要考虑控制对象的动力学特性、系统的稳定性以及控制信号的生成等问题。
常用的控制策略包括PID控制、自适应控制以及模糊控制等。
机械系统动力学分析与优化
机械系统动力学分析与优化机械系统动力学是研究机械系统在受力作用下产生的运动和相应力学特性的一门学科。
将动力学应用于机械系统，可以对其进行分析和优化，以提高其性能和可靠性。
本文将从机械系统动力学分析和优化两个方面进行探讨。
一、机械系统动力学分析机械系统动力学分析是研究机械系统受力和运动的过程，以预测其行为和性能。
在进行动力学分析时，需要考虑系统的质量、惯性、摩擦、弹性等因素。
其中，关键的概念是牛顿第二定律和动量守恒定律。
牛顿第二定律表明，物体的加速度与作用在其上的合力成正比，反比于物体的质量。
基于这一定律，可以推导出机械系统运动的微分方程，以描述系统的动态行为。
通过求解这些微分方程，可以得到系统的位置、速度和加速度等关键参数。
动量守恒定律指出，封闭系统的总动量在运动过程中保持不变。
在机械系统中，动量守恒可以应用于撞击、碰撞等情况。
通过考虑动量守恒原理，可以预测系统中物体的碰撞后的运动情况，并计算出相应的冲击力。
二、机械系统动力学优化机械系统动力学优化是通过调整系统的设计参数、结构和工作条件等来提高系统的性能和可靠性。
在进行优化时，需要综合考虑系统的动力学特性、材料特性、制造成本和可行性等方面的因素。
一种常用的优化方法是参数优化，通过调整系统的设计参数来达到最优的性能。
在进行参数优化时，可以使用数学建模和仿真来预测系统的性能。
通过定义合适的目标函数和约束条件，可以利用优化算法来搜索最优参数组合。
此外，结构优化也是一种常用的机械系统动力学优化方法。
结构优化主要是通过优化系统的结构布局、材料选型和加工工艺等来提高系统的性能。
通过使用拓扑优化、形状优化和尺寸优化等方法，可以有效减少系统的重量、提高刚度和降低振动等。
最后，工作条件优化是针对机械系统运行环境的优化。
通过选择合适的工作条件，如运行速度、温度和润滑等，可以降低系统的能耗、减少磨损和延长使用寿命。
三、结语机械系统动力学分析与优化是研究机械系统运动和力学特性的重要领域。
机械系统动力学培训教程(ppt 46页)
1、驱动力：原动机发出的力(力矩)。
• 下图分别为直流并激电动机、直流串激 电动机和交流异步电动机的机械特性曲 线
2、工作阻力：系统工作时需要克服的工作 负荷。
• （1）起重机、车床等： 工作阻力是常数 (在一段工作过程中)
• (2) 往复式压缩机、内燃机： 工作阻力是原动件位置的函数
• （3）鼓风机叶轮所受空气阻力： 工作阻力是执行件速度的函数
– 根据动能等效原则：
– 等效转动惯量：
• 小结
（1）Je是机构位置的函数； （2） Je同各构件与等效构件速比的平方有关； （3） Je是假想的转动惯量； （4）定传动比机构的等效转动惯量Je 是常数。
4、 举例
求曲柄滑块机构中曲柄上的等效力矩。
– 选曲柄为等效构件，利用功率等效原则： – 等效力矩： – 等效转动惯量：
10.4 机械系统的周期性速度波动及其 调节方法
• 系统运转的不均匀系数(速度波动系数)：
•
max
min
m
• 设计时
10.4 机械系统的周期性速度波动及其 调节方法
• 3. 周期性速度波动的调节方法
– 为了减小机械运转时的周期性速度波动，最 常用的方法是安装飞轮。
**飞轮设计的基本问题:
10.4 机械系统的周期性速度波动 及其调节方法
• 1 .周期性速度波动产生的原因
机械系统在稳定运动工作状态下运转时，由于 等效力矩和等效转动惯量的周期性变化引起 的速度波动。
– 产生速度波动的主要原因有： （1）作用在各构件上的外力（包括驱动力和
工作阻力）发生变化；
（2）各构件的m和J在不同位置对原动件所产 生的惯性影响不同。
机械设计基础机械系统的动力学分析
机械设计基础机械系统的动力学分析机械系统的动力学分析是机械设计中的重要一环，它主要研究机械系统在作用力下的运动规律和力学性能。
本文将介绍机械系统的动力学分析的基本概念、方法和实例。
一、动力学分析的基本概念动力学分析是研究物体在作用力下的运动和力学性能的学科。
机械系统是由多个部件组成的，分析机械系统的动力学特性就是要研究这些部件之间的相互作用和运动规律。
其中，动力学指的是物体在外力作用下的运动规律，包括速度、加速度和位移等物理量；而力学性能则是指机械系统在外力作用下的力学响应和能量变化。
二、动力学分析的基本方法1. 力学方程建立：通过受力分析和牛顿第二定律，建立机械系统的动力学方程。
受力分析是将受力、重力、弹簧力、摩擦力等作用于物体的力进行分析，并确定其大小、方向和作用点；牛顿第二定律则是基于力的平衡，描述物体的运动状态与外力的关系。
2. 运动学方程建立：通过分析物体的几何关系和速度变化，建立机械系统的运动学方程。
运动学分析包括线速度、角速度、加速度等物理量的关系和计算。
3. 边界条件确定：根据实际情况，确定机械系统的边界条件，如初始条件、约束条件和外部输入条件等。
4. 数值模拟和仿真：采用数值方法，如有限元分析和动力学仿真，对机械系统的动力学特性进行模拟和分析，得到系统的运动规律和力学性能等。
三、机械系统动力学分析的实例以简单的弹簧振子系统为例，展示机械系统的动力学分析过程。
弹簧振子是由一根弹簧和一个质点组成的简单机械系统。
首先，在受力分析的基础上，可以得到弹簧的弹力和质点的重力相互平衡，建立动力学方程。
其次，根据运动学方程，可以推导出质点的速度和加速度之间的关系。
同时，考虑到边界条件，如初始位移和初始速度等，可以得到完整的运动学方程。
最后，采用数值模拟和仿真的方法，可以对弹簧振子系统进行动力学特性的分析。
通过计算得到系统的振动频率、周期和位移等重要性能指标，进一步评估系统的稳定性和可靠性。
结论机械设计中的动力学分析是为了研究机械系统的运动规律和力学性能。
机械系统动力学分析与优化
机械系统动力学分析与优化机械系统动力学是机械工程学科中的重要分支，它研究机械系统中各个零部件之间的相互作用及其运动规律。
机械系统动力学分析的目标是对机械系统进行力学分析，揭示机械系统的动力学行为，更好地理解和优化机械系统的设计。
在机械系统动力学分析中，最常用的方法之一是运用牛顿第二定律和运动学方程对机械系统进行建模和分析。
通过建立机械系统的数学模型，我们可以求解机械系统的运动学和动力学问题，解释和预测机械系统的行为。
在实际应用中，机械系统动力学分析具有广泛的应用。
例如，在汽车工业中，我们需要对汽车发动机的运转进行动力学分析，以确定各个零部件的运动状态和相互作用力。
基于动力学分析的结果，我们可以进行优化设计，以提高发动机的性能和可靠性。
另一个重要的应用领域是飞机工业。
飞机的复杂结构和高速运行要求对机械系统动力学分析提出了挑战。
在飞机设计中，我们需要对机翼、发动机和起落架等部件进行动力学分析，以确定这些部件的受力情况和振动特性。
通过了解机械系统的动力学行为，我们可以对飞机进行优化设计，提高其飞行性能和安全性。
除了传统的机械系统，如汽车和飞机，机械系统动力学分析也在新兴领域中得到广泛应用。
例如，在机器人工程中，我们需要对机器人的运动学和动力学行为进行建模和分析，以实现精确的运动控制。
通过研究机器人的动力学特性，我们可以优化机器人的设计，提高其运动性能和操作精度。
此外，机械系统动力学分析还在工业自动化和制造过程优化等领域具有重要意义。
在工业自动化中，我们需要对生产线上的机械设备进行动力学分析，以实现自动化控制和提高生产效率。
在制造过程优化中，我们可以通过分析机械系统的动力学行为，优化生产设备的工作方式和参数，以提高制造效率和产品质量。
综上所述，在机械系统动力学分析与优化中，我们需要运用物理学和数学原理对机械系统进行建模和分析，揭示机械系统的动力学行为。
通过对机械系统的分析，我们可以优化系统的设计和运行方式，提高其性能和效率。
机械系统动力学分析
机械系统动力学分析随着科技的不断发展，机械系统在现代工业中扮演着重要的角色。
机械系统动力学分析是研究机械系统运动过程中各种力学量关系的一门学科。
它通过建立和求解系统的运动方程，从而揭示机械系统的运动规律和性能。
机械系统动力学分析的核心是运动方程的建立。
首先需要假设机械系统为刚体或柔体，然后利用牛顿第二定律或拉格朗日方程等方法，建立系统的运动方程。
这一过程需要考虑到各种力的作用，如重力、摩擦力、弹簧力等。
同时，还需考虑到系统的几何形状和质量分布等因素。
通过建立系统的运动方程，我们可以了解到系统的力学特性，如系统是否稳定、是否满足动能守恒定律等。
其次，机械系统动力学分析需要进行求解运动方程的过程。
对于简单的系统，可以直接求解解析解。
然而，对于复杂的系统，往往需要借助于计算机仿真等方法来求解近似解。
计算机仿真可以通过数值方法，如欧拉法或龙格库塔法，离散化系统的运动方程，并进行数值求解。
仿真的结果可以为系统的设计和优化提供参考。
除了求解运动方程，机械系统动力学分析还需要考虑系统的振动特性。
振动是机械系统中常见的现象，它对于系统的性能和稳定性有重要影响。
为了了解系统的振动特性，可以通过频率分析来得到系统的自然频率和共振频率。
自然频率是指系统在没有外部激励下，自发产生振动的频率。
共振频率则是指系统在外部激励下，振动响应最大的频率。
通过研究自然频率和共振频率，我们可以判断系统是否具有足够的稳定性，并设计合适的减振措施。
此外，机械系统动力学分析还需要考虑系统的动态响应。
动态响应是指系统对于外界激励的响应情况。
在系统受到外界激励时，系统的运动方程会发生变化，此时需要重新建立新的方程来进行分析。
通过研究系统的动态响应，我们可以了解到系统的稳定性、阻尼特性和响应时间等指标。
这些指标可以为系统设计和控制提供重要的依据。
总的来说，机械系统动力学分析是一门综合性的学科。
它既包括静力学的分析，又涉及到动力学的分析。
通过分析机械系统的运动方程和振动特性，我们可以深入了解系统的力学特性和性能。
机械工程中的机械系统动力学分析
机械工程中的机械系统动力学分析在机械工程中，机械系统动力学分析是一项极其重要的工作。
机械系统动力学分析是研究机械运动和相互作用的一门学科，主要涉及机械构件的运动学和动力学问题。
在机械系统中，各种机械构件之间存在着相互作用，这些相互作用会产生各种各样的力和力矩，进一步影响机械系统的运动和振动。
因此，机械系统动力学分析对于确保机械系统的正常运行，提高机械系统的性能具有非常重要的意义。
一、机械系统动力学分析的基本概念机械系统的运动学和动力学是机械系统动力学分析的基础。
运动学研究机械构件的运动规律、速度、加速度等，而动力学则研究机械构件之间的相互作用和力的作用，以及这些作用对机械系统的影响。
机械系统动力学分析通常涉及以下几个基本概念：1. 运动学参数：包括位移、速度、加速度等。
2. 动力学参数：包括力、力矩、惯性力等。
3. 动态特性：主要包括振动、稳定性等。
4. 系统响应：主要是指机械系统对外界负载的响应。
二、机械系统动力学分析的方法机械系统动力学分析可以采用分析、仿真、试验等多种方法进行。
下面分别介绍这三种方法：1. 分析法分析法是机械系统动力学分析中最常用的方法之一。
这种方法主要针对简单的机械系统，通过对其运动学和动力学进行分析，得出机械系统的各项参数，并进一步计算机械系统的性能指标。
分析法通常采用数学工具，如微积分、线性代数等，通过建立机械系统的数学模型，求解出机械系统的各项参数。
因为分析法需要建立机械系统的数学模型，所以不适合用来处理复杂的机械系统。
2. 仿真法仿真法是一种比较常用的机械系统动力学分析方法，特别是在处理复杂机械系统时可以起到非常好的作用。
仿真法主要是通过计算机软件进行模拟，建立机械系统的数学模型，并模拟机械系统的运动和相互作用。
通过仿真，可以得到机械构件的运动学和动力学参数，以及机械系统的振动特性等。
仿真法可以根据所得结果进行优化，进一步提高机械系统的性能。
常用的仿真软件包括ANSYS、AutoCAD等。
机械系统动力学 -回复
机械系统动力学 -回复
机械系统动力学是研究机械系统在外力作用下的运动规律和力学
性能的学科。
它主要研究物体在运动过程中受到的各种力的作用、变形、速度和加速度的关系。
机械系统动力学的研究对象可以是任何具
有机械结构的物体，如机械装置、发动机、车辆等。
通过分析机械系
统的运动规律和力学性能，可以优化设计、提高效率和安全性，对于
工程领域具有重要的应用价值。
在机械系统动力学中，常用的研究方
法包括运动学分析、动力学分析和力学分析等。
运动学分析主要研究
物体的位置、速度和加速度等运动参数，动力学分析则研究物体所受
到的力和力矩等力学性能，力学分析则研究物体的受力平衡和稳定性。
通过这些分析方法，可以建立模型、进行计算和预测机械系统的运动
特性和力学行为。
机械系统动力学不仅在工程设计中有重要的应用，
还在航空航天、汽车工程、机器人等领域发挥着重要的作用。
它为我
们深入理解和应用机械系统提供了理论基础。
机械原理第十章 机械系统动力学
矩所产生的功率P之和为 n
m
P Fivi cosi M j j
i 1
j 1
若等等效效构构件件的为角绕速定度轴为转，动则的根构据件等，效其构上件作上用作有用假的想等的效等力效矩力所矩产Me生,,
的功率应该等于整个机械系统中所有外力、外力矩所产生的功率之
和，可得
M e P
于是
Me
n i1
Fi
vi
cosi
m
Mj
j 1
j
同理，当等效构件为移动件时，可以类似得到作用于其上的等效
力为
Fe
n i1
Fi
vi
cosi
v
m
Mj
j 1
j
v
2.等效转动惯量和等效质量
若等效构件为绕定轴转动的构件，角速度为ω ，其对转动轴的假
想的等效转动惯量为Je，则根据等效构件所具有的动能等于机械 系统中各构件所具有的动能之和，可得
联立上述两式，可求出角速度随时间的变化规律，进而通过下式 计算等效构件的角加速度
d d d d dt d dt d
§10－4 机械的速度波动及其调节方法
10.4.1
周期性速度波动及其调节
Md Mr
Md
Mr
1. 周期性速度波动产生的原因
(a) a 等效力矩和等效转动惯量是等效构 △W
b
c
d
毂和轮缘的转动惯量较小，可忽略不计。其转动惯量为：
轮幅
轮缘
轮毂 JA
B
H
A
D2 D D1
JF
m ( D12 2
D22 ) 4
m 8
( D12
D22 )
若设飞轮宽度为B（m），轮缘厚度为H（m），平均直径
《机械系统动力学特性的综合分析及其工程应用》范文
《机械系统动力学特性的综合分析及其工程应用》篇一一、引言机械系统动力学是研究机械系统在运动过程中的力学特性和行为规律的一门学科。
随着现代工业的快速发展，机械系统的复杂性和精度要求越来越高，对机械系统动力学特性的分析和研究也显得尤为重要。
本文将首先对机械系统动力学的基本概念进行介绍，然后对动力学特性进行综合分析，并探讨其在工程领域的应用。
二、机械系统动力学的基本概念机械系统动力学主要研究机械系统在受到外力作用时的运动规律和力学特性。
它涉及到多个学科领域，包括力学、数学、物理学等。
机械系统动力学的基本原理包括牛顿运动定律、动量定理、动量矩定理、能量守恒定律等。
这些原理为分析机械系统的运动特性和行为提供了理论基础。
三、机械系统动力学特性的综合分析（一）运动学特性分析运动学特性是机械系统动力学分析的基础。
通过对机械系统的运动轨迹、速度、加速度等参数进行分析，可以了解系统的运动规律和性能。
在分析过程中，需要考虑到系统的结构、质量分布、约束条件等因素对运动学特性的影响。
（二）动力学特性分析动力学特性是机械系统在受到外力作用时的响应特性。
通过对系统的受力分析、力的传递过程、以及系统内部各部分之间的相互作用进行分析，可以了解系统的动态性能和稳定性。
在分析过程中，需要考虑到系统的刚度、阻尼、惯性等因素对动力学特性的影响。
（三）综合分析方法综合分析方法包括理论分析、实验研究和数值模拟等方法。
理论分析主要是通过建立数学模型和方程来描述系统的运动和力学特性；实验研究则是通过实际实验来验证理论分析的正确性和可靠性；数值模拟则是通过计算机软件对系统进行仿真分析，以获得系统的运动和力学特性。
这些方法可以相互补充和验证，为综合分析提供可靠的数据支持。
四、工程应用（一）汽车工程应用汽车是一种典型的机械系统，其运动学和动力学特性对车辆的性能和安全性具有重要影响。
在汽车工程中，通过对发动机、传动系统、悬挂系统等关键部件的动力学特性进行分析和优化，可以提高汽车的燃油经济性、操控性能和乘坐舒适性。
第10章机械系统动力学21450903
10.4 机械速度的波动及其调节方法 第10章 机械系统动力学
10.4.1 周期性速度波动产生原因 目的：通过合理设 计减少速度波动
原因分析：
W
(M 2
1
d
M r )d
1 2
J 2 a a
1 2
J aa 2
0
10.4 机械速度的波动及其调节方法 第10章 机械系统动力学 10.4.2 速度波动衡量指标
合理设计减少波动
辅助系统，例如：润滑、显示、照明等
原动机部分
传动部分
控制系统
第10章 机械系统动力学
10.1 作用在机械上的力及机械的运转过程 作用在机械上的力
工作阻力
驱动力 力（力矩）与运动参数（速度、位移、时间）之间的关 系称为机械特性
第10章 机械系统动力学
10.1 作用在机械上的力及机械的运转过程
如选择的[δ] 太小， JF很大，飞轮过于笨重；
JF与n的平方成正比，为减小飞轮的转动惯量，最好 将飞轮安装在高速轴上
10.4 机械速度的波动及其调节方法 第10章 机械系统动力学
2、飞轮转动惯量计算
JF
[W ]
m2 [ ]
900[W ]
J F 2n2[ ]
Emax
和Emin出现在M
d
与M
曲线的交点处
10.2 机械的等效动力学模型 第10章 机械系统动力学
10.2.1 等效动力学模型的建立
将复杂机械系统简化为一个构件，建立最简单的 等效动力学模型
原则：使系统转化前后的动力学效果保持不变
等效构件的动能，应等于整个系统的总动能 等效构件上所做的功，应等于整个系统所做功之和。
等效动力学模型
第10章 机械系统动力学
机械系统动力学-第10讲
A
(2)
qr A( r )
r 1
n
q1 q 2 (n) A qn
结论：原广义坐标x1，x2，…xn是n个主振型的线性组合，也 即系统的任何振动状态都是由各个主振型按照一定的比例叠加 起来的。
第r阶模态刚度
M q K q Q
自由振动方程
(1)
M1 0 0
0 M2 0
0 q1 K1 q 0 0 2 Mn 0 qn
0 K2 0
0 q1 q 0 2 0 Kn qn
m q k q P
T T
T
m q k q P
T
(5)
M q K q Q
T T
(1)
模态方程
T
M m , K k , Q P
1 0 0 3 1 0 x k 1 2 1 x 0 m 0 1 0 0 0 1 0 1 3
试写出其正则模态方程。
1）特征方程：
2 3k mn
k
2 2k mn
0 k
2 3k mn
特点：各广义坐标及其对时间的二次导数之间是相互耦合的，给方程的求解造成 了困难，能不能有一种方法使方程（1）解耦，即在第i个方程中只有第i个广义坐 标及其对时间的二次导数，如下式：
M i xi Ki xi Qi
这样，多自由度方程的求解就可以采用单自由度强迫振动的求解方法。实际 上模态矩阵就有这样的功能。
第十章机械系统动力学资料
三、周期性变速稳定运转的速度波动的调节
min近似地发生在 由于认为max近似地发生在 Emax处，
Emin处，而机械总动能又远远大于等效构件的动能，则有：
1 1 2 ( E J c ) max E max J c 2 max 2 2
(E
1 1 J c 2 ) min E min J c 2 min 2 2
第十章 机械系统动力学
作用在机械上的力及机械运转过程 一、作用在机械上的力
二、机械的运转过程
一、作用在机械上的力
1. 作用在机械上的工作阻力 2. 作用在机械上的驱动力
1.作用在机械上的工作阻力
（1）工作阻力是常量 （2）工作阻力随位移而变化
（3）工作阻力随速度而变化
（4）工作阻力随时间而变化
二、非周期性速度波动的调节方法
1. 选择电动机为原动机
2. 安装调速器
二、非周期性速度波动的调节方法
内燃机驱动的发电机机中的机械式调速器示意图:
E f min
1 2 J f max 2
1 2 J f min 2
三、周期性变速稳定运转的速度波动的调节
( E Ee )max ( E Ee )min Efmax Efmin
1 1 2 2 J f max J f min 2 2
1 J f ( 2 max 2 min ) 2 J f 2 m
一、周期性变速稳定运转过程中的功能关系
等效驱动力矩和 等效阻抗力矩均为机 构位置的函数。
M d M d ( ), M r M r ( )
一、周期性变速稳定运转过程中的功能关系
在一个运转周期内，等效驱动力矩 Wdp 所作的功等于 等效阻抗力矩 Wrp 作的功：Wdp
机械系统动力学第1章
第一章绪论Ll机械系统动力学的争论内容机械系统动力学是争论机械结构在动态载荷作用下的动力学行为的科学，是20世纪中叶才进展起来的一门学科。
机械动力学与机械振动学是紧密相关的学科，它是进行机械结构动力优化设计的基础。
动态载荷作用于动态系统，就构成一个动态问题。
所谓动态载荷即快速变化的载荷, 它包括交变载荷与突变载荷。
当载荷的频率成分之一接近或超过系统的某一固有频率时, 就必需作为一个动态问题，而不是静态问题来处理。
事实上，工程中的很多问题都必需看作动态问题。
江西机械与静态问题比较起来，动态问题具有以下特点：1 .简单性造成动态问题的简单性的主要缘由是其载荷作用的“后效性”与其响应对应于过去经受载荷的“记忆性”。
前者是指某时刻作用在系统上的载荷不仅只影响系统在该时刻的响应，而影响系统在此后各时刻的响应；后者则是指系统在任一时刻的响应不只由该时刻的载荷来打算，而是由在该时刻之前系统所经受的载荷的全部历程来打算，似乎系统能记住它过去的经受一样。
动载荷对系统的作用是首先转变系统在各个时刻的初态，这些受扰的初态就按系统内在的模式，向前运动和进展，然后才能打算系统在其后各个时刻的总的响应。
由此可见，一个动态系统在受到外加扰动时，其响应并不是亦步亦趋地跟踪载荷的变化，而是力图表现出它的共性；对一个动态系统施加掌握，只有顺应当系统的内在模式，才能收到预期的效果。
由于上述特性，使得对一个动态系统的辨识、响应猜测或掌握，都要比对静态问题简单得多。
2 .危急性动态系统可能特别危急，其危急性主要是由两种因素引起的：其一为共振现象，当扰动频率接近系统的固有频率时，微小的载荷可以引起“轩然大波”，在结构中激起比静态响应大很多倍的动态位移响应与应力响应，产生巨大的破坏力；其二为自激振动，在肯定的条件下，一个动态系统（例如金属切削机床、轧钢机或飞机等等），可以在没有外加交变激励的状况下，突然振动起来，振幅猛烈提升而产生巨大的破坏性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
飞轮基本尺寸确定
自学教材
§10.5 机械的非周期性速度波动及其调节方法
非周期性速度波动及其调节方法 原因：机械工作阻力或者驱动力在工作过程中发生突变
机械将在S处保持的速 度下稳定运转
——自调性能
调节方法1：自调性系统
温州大学机电工程学院
26
10-26
机械原理
调节方法2：安装专用调速器
离心式调速器
即： 假想力F或力矩M所作的功或所产生的功率 等于所有被代替的力和力矩所作的功或所 产生的功率之和
温州大学机电工程学院
10-8
8
机械原理
等效量的计算 等效力矩和等效力
B vB
等效力或等效力矩所产生的功率
90°
A M
F
P FVB
P=Mω
设Fi，Mi——作用在机器第 i个构件上的已知力和力矩 Vi ——力Fi 作用点的速度 Wi——构件i的角速度 θ i——Fi和Vi夹角
飞轮：调速，克服载荷的提高 ——飞轮
机械出现盈功时，飞轮以动能的形式存储能量 机械出现亏功时，飞轮释放其存储的能量
温州大学机电工程学院
10-22
22
机械原理
周期性速度波动的调节方法
飞轮设计
设计的基本问题
根据ω m和许可δ 确定 J飞
M d M r J 为常数——ω为常数，不需要飞轮
当取绕固定回转的构件为等效构件时，可 用一假想物体的转动惯量来代替机器所有 运动构件的质量和转动惯量
温州大学机电工程学院
10-13
13
机械原理
等效量的计算
等效转动惯量和等效质量
1 E mVB2 2
1 E JW 2 2
A
B vB
90°
M
F
设ω i——第i个构件的角速度 Vsi——第i个构件质心Si的速度
三个运转阶段的特征
阶 启 段 动 速度特征
输入功
总耗功
能量特征
原动件的速度从零逐渐上 升到开始稳定的过程
原动件速度保持常数或在 正常工作速度的平均值上 下作周期性的速度波动 原动件速度从正常工作速 度值下降到零
Wd-Wc=E2-E1>0
稳定运行
Wd-Wc=E2-E1=0
动能 增量
停
车
Wd-Wc=E2-E1<0
温州大学机电工程学院
10-4
4
机械原理
§10.2 机械等效动力学模型
等效动力学模型的建立
目的
通过建立外力与运动参数间的函数表达式， 研究机械系统的真实运动
模型建立原则
使系统转化前后的动力学效果保持不变
等效构件的动能，应等于整个系统的总动能 等效构件上所做的功，应等于整个系统所做功之和
等效构件和原机械系统在动力学上是等效的
温州大学机电工程学院
10-27
27
机械原理
本章小结
研究外力作用下 机械的真实运动 等效动力学模型（重点） 为何要建立等效动力学模型 能否建立 主要依据是什么 如何建立 速度波动及其调节 为何存在速度波动 如何衡量 如何调节（飞轮设计）
10-28 28
研究方法：建立机 械系统运动方程式
m
v
) J sj (
j 1
v
)
温州大学机电工程学院
10-15
15
机械原理
等效量的计算
等效转动惯量的特征：
等效转动惯量是一个假想转动惯量；
等效转动惯量不仅与各构件质量和转动惯量有 关，而且与各构件相对于等效构件的速度比平 方有关； 等效转动惯量与机械系统驱动构件的真实速度 无关。
系统真实运动
温州大学机电工程学院
机械原理
基本要求
掌握机械运转过程三个阶段及其功能、速度特点 掌握单自由度机械系统等效动力学模型建模思路
掌握飞轮调速原理及其飞轮设计基本方法
了解非周期性速度波动调节的基本概念和方法
温州大学机电工程学院
10-29
29
温州大学机电工程学院
10-16
16
机械原理
§10.3 机械运动方程式的建立及求解 机械运动方程式的建立
能量形式方程式 驱动力和阻力所做 的功等于动能增量
等效构件为转动构件
W E
温州大学机电工程学院
2
1
1 1 2 M e d J e 2 J e1 2 2 2 M ed d
J Fx J F (
2 ) x
常数
Wx J Fx
飞轮装在速度高的轴上 JFx为常数 ，必须
x
飞轮装在与主轴有定传动比的构件上 飞轮安装只能减少周期性速度波动，但 不能消除波动，故不能过分追求运转速 度均匀性，否则机构过于笨重
温州大学机电工程学院
10-25 25
机械原理
正反力 ——不作功 摩擦反力 ——负功
运动副反力 惯性力
温州大学机电工程学院
加速运动 ——阻力 减速运动 ——驱动力
10-2 2
机械原理
机械的运转过程及特征
机械系统运转过程的三阶段
启动阶段 稳定运转阶段
停车阶段
温州大学机电工程学院
10-3
3
机械原理
机械的运转过程及特征
如知： δ和ωm
温州大学机电工程学院
表示主轴速度波动的大小,并不表示 机器运转不均匀的程度
max m (1 ) min m (1 )
2 2 2 max min 2m
10-21
2
2
21
机械原理
周期性速度波动的调节方法
机器中某一回转轴上加一适当的质量
mi——第i个构件质心质量
Jsi——对质心轴线的转动惯量
整个机器的功能：
m 1 2 2 E mi vsi J sj j i 1 2 j 1
14
n
温州大学机电工程学院
10-14
机械原理
等效方法 动能不变
k k 1 1 1 2 2 me vB mi vSi J Sii2 2 i 1 2 i 1 2
温州大学机电工程学院
10-12
12
机械原理
等效量的计算 等效转动惯量和等效质量 使用等效力和等效力矩的同时，用集中在机器 某一构件上选定点的一个假想质量代替整个机 器所有运动构件的质量和转动惯量 代替条件：机器的运动不变
为方便
即假想集中质量的功能等于机器所有运动构件 的功能之和 等效力和等效质量的等效点和等效构件是 同一点和同一构件
k k 1 1 1 2 2 J eW mi vSi J Sii2 2 i 1 2 i 1 2
等效质量 等效转动 惯量
me mi (
i 1
j 2 J e mi ( ) J sj ( ) i 1 j 1 n j 2 vsi 2 m
n
vsi
2
M d M r J 为变量 ——速度波动，需安装飞轮
飞轮转动惯量的计算
最大盈亏功 W Wmax Wmin (M d M r )d
b
温州大学机电工程学院
10-23 23
c
机械原理
周期性速度波动的调节方法
飞轮设计
飞轮转动惯量的计算
W [W ] Emax Emin 1 2 2 ( J J F )(max min ) 2 2 ( J J F )m
2 1
2
1
1 1 2 2 M er d J e 22 J e11 2 2
10-17 17
机械原理
机械运动方程式的建立
能量形式方程式 等效构件为移动构件
2
1
Fed ds
2
1
1 1 2 2 Fer ds me 2 v2 me1v1 2 2
力矩形式方程式
1
1 1 2 2 J aa J aa 2 2 0
温州大学机电工程学院
20
10-20
机械原理
速度波动衡量指标 平均角速度 1 m (max min ) 2 速度波动系数 绝对不均匀度： 主轴的ω max与ω min之差
max min 衡量机器运转不均匀程度，见表10.1 m
dW dE
dW M e d 2
温州大学机电工程学院
1 dE d ( J e 2 ) 2
10-18 18
机械原理
机械运动方程式的建立
力矩形式方程式 等效构件为转动构件
2 dJe 1 d d 2 Me ( J e ) J e 2 d 2 d d
2 dJe d M e M ed M er Je 2 d dt
n
m
FvB Fi vi cos i M ii
i 1 i 1
10-10 10
k
i 1
k
j 1
温州大学机电工程学院
机械原理
等效量的计算 等效力矩和等效力
B vB
P Fi vi cosi M j j
i 1 j 1
n
m
功率和 不变
90°
等效构件为移动构件
v 2 dme dv Fe Fed Fer me 2 ds dt
温州大学机电工程学院
19
10-19
机械原理
§10.4 机械的周期性速度波动及其调节方法
周期性速度波动原因
等效构件在稳定运转 过程中其角速度将呈 现周期性波动 原因分析：
2
W ( M d M r )d