第10章 机械系统动力学
机械系统动力学
机械系统动力学内容简介课程编号：B0200013C 课程名称：机械系统动力学英文译名：Dynamic Analysis of Mechanical System适用学科：机械设计及理论机械制造及其自动化机械电子工程先修课程：机械振动开课院（系）：机电工程学院机械设计系任课教师：陆念力（教授）、陈照波（教授）、焦映厚（教授）、兰朋（副教授）内容简介：机械动力学是一门研究机械在力作用下的运动和机械在运动中产生的力的科学。
在机械动力学发展过程中先后产生了并存在着四种不同水平的分析方法，即静力分析、动态静力分析、动力分析和弹性动力分析方法。
前三种分析方法中，构件均被假定为刚性，第四种分析方法计入了构件的弹性，以提高设计分析的精度。
本教程中，机械动力学划分为机械刚体动力学和机构弹性动力学两大部分。
在机械刚体动力学部分将介绍机构的动态静力分析、连杆机构的平衡、机械系统动力学分析。
在机械弹性动力学部分将介绍回转机械的振动问题，连杆机构弹性动力学和机械系统弹性动力学。
本课程还将介绍一些有关的多柔体系统动力学分析理论与方法。
主要教材：1.《机械动力学》张策编著高等教育出版社2000年4月2.《柔性多体系统动力学》陆佑方高等教育出版社1996年7月3.《高等动力学》毕学涛高等教育出版社1994年12月参考文献：1.《弹性连杆机构的分析与设计》张策机械工业出版社1997年8月2.《计算多体系统动力学》洪嘉振高等教育出版社1999年7月机械系统动力学教学大纲课程编号：B0200013C课程名称：机械系统动力学开课院系：机电工程学院机械设计系任课教师：陆念力、陈照波、焦映厚、兰朋先修课程：机械振动适用学科范围：机械设计及理论、机械制造及其自动化、机械电子工程学时：36 学分：2开课学期：春开课形式：讲授＋辅导课程目的和基本要求：随着机械系统的复杂化、高速化、精密化、柔性化，对机械系统动力学分析精度提出了更高的要求，本课程着重培养学生对复杂机械系统动力学建模及分析的能力。
机械设计基础教学日历
机械设计基础课程大纲、教学计划
（3学分，课内学时48）
教学目标：
以机构的运动设计，机械的动力设计和机械系统计划设计的基本知识为载体，培养学生机械系统计划创新设计的思维方式和主意及自主学习的能力，从而达到提高学生的综合设计能力，创新设计能力和工程实践能力的目的。
主要教学内容：
机构的运动设计：机构的组成与结构；连杆机构；凸轮机构；齿轮机构；轮系；间歇运动机构；其他常用机构；组合机构；开式链机构。
机械的动力设计：机械系统动力学；机械的平衡设计；（机械的效率）。
机械系统计划设计：机械总体计划的拟订；机械执行系统的计划设计；（机械传动系统的计划设计与原动机的挑选）；机械系统计划设计案例。
使用教材：《机械原理教程（第2版）》，申永胜主编，清华大学出版社；
《机械原理辅导与习题（第2版）》，申永胜主编，清华大学出版社
课程参考学时及教学日历
(单周4学时,双周2学时)
说明：该表安顿仅供参考。
机械系统动力学特性的模态分析
机械系统动力学特性的模态分析机械系统动力学是研究物体在受到外力作用下的运动规律和机械系统动态特性的学科。
其中，模态分析是一种重要的方法，用于研究机械系统的固有振动特性。
本文将介绍机械系统动力学特性的模态分析方法及其应用。
一、模态分析的基本概念模态分析是研究机械系统振动模态的一种方法。
模态是指机械系统在自由振动状态下的振动形式和频率。
模态分析通过分析机械系统的初始条件、约束条件和外力等因素，确定机械系统的固有频率和振型，并进一步得到机械系统的振荡特性。
二、模态分析的基本步骤模态分析一般包括以下几个步骤：1. 系统建模：根据实际情况，将机械系统抽象为数学模型，包括质量、刚度、阻尼等参数。
2. 求解特征值问题：通过求解系统的特征值问题，得到系统的固有频率和振型。
3. 模态验算：将得到的固有频率和振型代入原始方程，验证其是否满足振动方程。
4. 模态分析：通过对系统的振动模态进行进一步分析，得到系统的动态响应和振动特性。
三、模态分析的应用模态分析在机械工程领域有广泛的应用。
主要包括以下几个方面：1. 结构优化设计：通过模态分析，可以评估机械系统的固有频率和振型，判断系统是否存在共振现象或其他异常振动情况，为结构设计提供依据。
2. 动力学特性分析：通过模态分析，可以了解机械系统的振动特性，包括固有频率、阻尼特性和模态质量等指标，为系统的动力学性能评估和优化提供依据。
3. 故障诊断与预测：模态分析可以用于机械系统的故障诊断和预测。
通过对机械系统振动模态的变化进行监测和分析，可以判断系统是否存在故障，并提前发现潜在的故障。
4. 振动控制技术：通过模态分析，可以了解机械系统振动的特征，并采取相应的振动控制措施。
比如调节系统的阻尼、改变系统的刚度等，来减小系统的振动幅度，提高系统的稳定性和工作性能。
四、模态分析存在的问题与挑战模态分析作为一种成熟的技术方法，仍然面临一些问题和挑战。
例如，模态分析需要对机械系统进行精确的建模，包括质量、刚度和阻尼等参数的准确度和全面性。
机械系统动力学
A
M
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：
E
n i 1
1 2
mi vsi
2
m
j 1
J sj j 2
温州大学机电工程学院
14
10-14
等效方法 动能不变
等效质量 等效转动
惯量
机械原理
1
2
mevB2
k i 1
1 2
mi vS2i
k i 1
1 2
J
2
Si i
1
温州大学机电工程学院
5
10-5
等效动力学模型的建立
单自由度的机械系统
机械原理
某一构件的运动确定
整个系统的运动确定
整个机器的运动问题转化为某一构件的运动问题
为此，引出等效力、等效力矩、等效质量、等效 转动惯量的概念
为便于计算
将定轴转动或作直线移 动的构件作为等效构件
温州大学机电工程学院
6
10-6
等效动力学模型的建立
正反力 ——不作功 ❖ 运动副反力 总反力 摩擦反力 ——负功
❖ 惯性力 加速运动 ——阻力
减速运动 ——驱动力
温州大学机电工程学院
2
10-2
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
机械原理
温州大学机电工程学院
3
10-3
机械的运转过程及特征
三个运转阶段的特征
➢ 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
机械原理kaoshi知识点
绪论小结1．机械原理是一门以机器与机构为研究对象的学科。
机械又是机器与机构的总称。
2．一般机器具有三个特征，现代机器可以定义为：机器是执行机械运动的装置，用来转换或传递能量、物料与信息。
3．凡用来完成有用机械功的机器称为工作机，凡将其他形式的能量转换为机械能的机器称为原动机。
工程中大多是工作机和原动机互相配合应用，有时再加上独立的传动装置，则称为机组。
4．从功能的角度讲，机器一般主要由动力系统、执行系统、传动系统、操纵和控制系统四部分组成。
5．机构是能实现预期的机械运动的各构件(包括机架)的基本组合体。
6．机器是由各种机构组成的，它可以完成能量的转换或做有用的机械功；而机构则仅仅起着运动及动力传递和运动形式转换的作用。
从结构和运动的观点来看，两者之间并无区别。
7．机械原理课程的主要研究内容有机构的组成原理与结构分析、机构运动分析和力分析、常用机构及其设计、机械系统运动方案设计及机械系统动力学设计等五个方面。
8．机械原理是机械类各专业的一门主干技术基础课程。
它的任务是使学生掌握机构学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本技能，学会常用机构的分析和综合方法，并具有进行机械系统设计的初步能力。
在培养高级机械工程技术人才的全局中，为学生从事机械方面的设计、制造、研究和开发奠定重要的基础，并具有增强学生适应机械技术工作能力的作用。
第 1 章机构组成原理及机构结构分析小结1．凡两构件直接接触而又能产生一定形式的相对运动的连接称为运动副，常用的平面运动副有回转副、移动副和高副。
如果两构件脱离接触，运动副就随着消失。
2．由两个或两个以上的构件用运动副连接构成的构件系统称为运动链。
各构件用运动副首尾连接构成封闭环路的运动链称为闭式链，否则就称为开式链。
3．为便于机构的设计与分析，常撇开构件、运动副的外形和具体构造，而用规定的线条和符号代表构件和运动副，并按比例定出各运动副位置，表示机构的组成和传动情况，这样绘制出能够准确表达机构运动特性的简明图形就称为机构运动简图。
机械原理教学大纲
1. 机械认知和机构运动简图测绘；
【实验教学内容】
观察机构和机械装置陈列柜，使学生了解各种机械、机构的基本结 构，了解各种机械、机构的工作原理、特点、功能及应用，了解各种机 械零件、部件的结构及应用并绘制机构运动测绘。
【实验教学要求】 巩固和加深课堂讲授的理论，培养学生对典型机械运动机构的认 识，了解各种机械、机构的基本结构，了解各种机械、机构的工作原 理、特点、功能及应用。掌握把复杂机械简化成运动机构的方法及机械 机构运动简图的绘制技能，加深对机械系统结构的认识，培养实际操作 能力、测量技能、工程意识。 2.渐开线齿廓范成 【实验教学内容】 掌握用常用量具测定渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的方法。通过测 量和计算，加深对齿轮各参数之间相互关系的理解。 【实验教学要求】 绘制标准和变位两种齿轮齿形，掌握用范成法切制渐开线齿轮的基 本原理；了解渐开线齿轮产生根切现象的原因和避免根切的方法；分析 比较标准齿轮和变位齿轮的异同点。 3.机构运动方案创新设计 【实验教学内容】 利用标准实验台架提供的常用机构，如连杆机构、凸轮机构、间歇 运动机构等连接组成各种不同的机构，并完成运动学及动力学的测试。 加深对机构组成原理的理解，培养学生机构设计的创新意识、综合设计 能力及动手能力。 【实验教学要求】 加深学生对机构组成原理的认识，为机构创新设计奠定良好的基 础；利用若干不同的杆组，拼接各种不同的平面机构，训练学生的工程 实践动手能力；培养学生创新设计意识及综合设计的能力。 三、教学章节及学时分配
大纲编写人（签字）： 教研室主任（审核）：
系教学主任（审核）： 教务处处长（审核）：
第九章：其他常用机构 【教学内容】 棘轮机构、槽轮机构、螺旋机构、万向联轴节 【教学要求】 了解棘轮机构、槽轮机构和螺旋机构等其它常用机构的工作原理、运动 特点、应用情况及设计要点 【教学重难点】 槽轮机构、棘轮机构、螺旋机构的组成情况、运动特点和适用场合 棘轮机构和槽轮机构的主要参数和几何尺寸
西安交大《机械设计基础》课后习题答案综合版
机械设计基础复习大纲2011、4、3第1章绪论掌握：机器的特征：人为的实物组合、各实物间具有确定的相对运动、有机械能参与或作机械功机器的组成：驱动部分+传动部分+执行部分了解:机器、机构、机械、常用机构、通用零件、标准件、专用零件和部件的概念课程内容、性质、特点和任务第2章机械设计概述了解：与机械设计有关的一些基础理论与技术，机器的功能分析、功能原理设计，机械设计的基本要求和一般程序、机械运动系统方案设计的基本要求和一般程序、机械零件设计的基本要求和一般程序,机械设计的类型和常用的设计方法第3章机械运动设计与分析基础知识掌握:构件的定义(运动单元体）、分类（机架、主动件、从动件）构件与零件(加工、制造单元体）的区别平面运动副的定义、分类（低幅：转动副、移动副；高副：平面滚滑副）各运动副的运动特征、几何特征、表示符号及位置机构运动简图的画法（注意标出比例尺、主动件、机架和必要的尺寸）机构自由度的定义（具有独立运动的数目)平面运动副引入的约束数（低幅：引入2个约束;高副:引入1个约束）平面机构自由度计算（F＝3n－2P5－P4）应用自由度计算公式时的注意事项（复合铰链、局部自由度、虚约束、公共约束)机构具有确定运动的条件（机构主动件数等于机构的自由度）速度瞬心定义（绝对速度相等的瞬时重合点）瞬心分类:绝对瞬心（绝对速度相等且为零的瞬时重合点，位于绝对速度的垂线上）相对瞬心（绝对速度相等但不为零的瞬时重合点，位于相对速度的垂线上）速度瞬心的数目:K=N（N—1)/2速度瞬心的求法：观察法：转动副位于转动中心；移动副位于垂直于导轨的无穷远；高副位于过接触点的公法线上三心定理：互作平面平行运动的三个构件共有三个瞬心，且位于同一直线上用速度瞬心求解构件的速度（关键找到三个速度瞬心，建立同速点方程，然后求解）了解：运动链的定义及其分类（闭式链：单环链、多环链;开式链)运动链成为机构的条件（具有一个机架、具有足够的主动件）机动示意图（不按比例）与机构运动简图的区别第6章平面连杆机构掌握:平面连杆机构组成（构件+低副;各构件互作平行平面运动）──低副机构平面连杆的基本型式（平面四杆机构）、平面四杆机构的基本型式（铰链四杆机构）铰链四杆机构组成（四构件+四转动副）铰链四杆机构各构件名称(机架、连杆、连架杆、曲柄、摇杆、固定铰链、活动铰链）铰链四杆机构的分类：曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构铰链四杆机构的变异方法：改变构件长度、改变机架（倒置）铰链四杆机构的运动特性:曲柄存在条件：①最长杆长度+最短杆长度≤其余两杆长度之和②连架杆与机架中有一杆为四杆中之最短杆曲柄摇杆机构的极限位置(曲柄与连杆共线位置）曲柄摇杆机构的极位夹角θ（两极限位置时曲柄所夹锐角）曲柄摇杆机构的急回特性及行程速比系数平面四杆机构的运动连续性铰链四杆机构的传力特性：压力角α：不计摩擦、重力、惯性力时从动件受力方向与受力点速度方向间所夹锐角传动角γ：压力角的余角许用压力角[]︒=40α~︒50、许用传动角[]︒=50γ～︒40曲柄摇杆机构最小传动角位置(曲柄与机架共线的两位置中的一个)死点位置：传动角为零的位置（︒=0γ）实现给定连杆二个或三个位置的设计实现给定行程速比系数的四杆机构设计：曲柄摇杆、曲柄滑块和摆动导杆机构了解：连杆机构的特点、铰链四杆机构以及变异后机构的特点及应用、死点（止点）位置的应用和渡过 基本设计命题:实现给定的运动要求:连杆有限位置、连架杆对应角位移、轨迹满足各种附加要求:曲柄存在条件、运动连续条件、传力及其他条件实验法设计实现给定连杆轨迹的四杆机构，解析法设计实现给定两连架杆对应位置的四杆机构第7章 凸轮机构掌握：凸轮机构的组成（凸轮+从动件+机架）──高副机构凸轮机构的分类:按凸轮分类:平面凸轮(盘形凸轮、移动凸轮），空间凸轮按从动件分类:端部形状：尖端、滚子、平底、曲面运动形式：移动、摆动安装方式：对心、偏置按锁合方式分类：力锁合、形锁合基圆（理论廓线上最小向径所作的圆)、理论廓线、实际廓线、行程从动件运动规律（升程、回程、远休止、近休止)刚性冲击(硬冲：速度突变，加速度无穷大）、柔性冲击（软冲:加速度突变）运动规律特点：等速运动规律：速度为常数、始末两点存在硬冲、用于低速等加速等减速：加速度为常数、始末中三点存在软冲、不宜用于高速余弦加速度：停─升─停型：始末两点存在软冲、不宜用于高速升─降─升型：无冲击、可用于高速正弦加速度：无冲击、可用于高速反转法绘制凸轮廓线的方法：对心或偏置尖端移动从动件，对心或偏置滚子移动从动件滚子半径的选择、基圆半径的确定、运动失真及其解决的方法了解：凸轮机构的特点、凸轮机构的应用、凸轮机构的一般命名原则四种运动规律的推导方法和位移曲线的画法运动规律的基本形式：停─升─停；停─升─降─停;升─降─升运动规律的选择原则，平底从动件凸轮廓线的绘制方法及运动失真的解决方法机构自锁、偏置对压力角的影响，压力角α、许用压力角[]α、临界压力角c α三者关系：[]c ααα<≤max第8章 齿轮传动掌握:齿轮机构的组成（主动齿轮+从动齿轮+机架)──高副机构圆形齿轮机构分类：平行轴:直齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）斜齿圆柱齿轮机构（外啮合、内啮合、齿轮齿条）人字齿轮机构相交轴：圆锥齿轮机构(直齿、斜齿、曲齿）相错轴：螺旋齿轮机构、蜗轮蜗杆机构齿廓啮合基本定律（两轮的传动比等于公法线割连心线线段长度之反比）定传动比条件、节点、节圆、共轭齿廓渐开线的形成、特点及方程一对渐开线齿廓啮合特性：定传动比特性、啮合角和啮合线保持不变、可分性渐开线齿轮各部分名称：齿数、模数、压力角、顶隙、分度圆、基圆、齿顶圆、齿根圆齿顶高、齿根高、齿全高、齿距（周节）、齿厚、齿槽宽标准直齿圆柱齿轮的基本参数：齿数z 、模数m 、压力角α(︒20）齿顶高系数*a h (1.0、0.8）、顶隙系数*c (0。
机械原理教案
《机械原理》教案课程名称：机械原理课程性质：技术基础课程授课班级：农机、机制授课教师：林金龙学时54（周4学时）教材：《机械原理》东南七版-----高等教育出版社机械原理是机械类各专业的一门主干技术基础课程。
它在培养学生的机械设计能力和创新能力所需的知识、能力和素质结构中，占有十分重要的地位。
本课程的任务是使学生掌握机构学和机器动力学的基础理论、基本知识和基本技能，学会常用机构的分析和综合方法，并具有进行机械系统运动方案设计的初步能力。
在培养高级机械工程技术人才的全局中，本课程为学生今后从事机械设计、研究和开发创新奠定必要的基础，并且有增强学生对机械技术工作适应能力的作用。
总学时54（周4学时）：其中理论课48学时，实验课6学时，实验课内容：1、机构认识实验（课外）2、机构简图测绘；3、齿轮范成实验；4、转子动平衡。
学习《机械原理》课程的要求及有关事项一．本课程为考试课。
?二、平时作业占总成绩的20%，期末考试占总成绩的80%。
?三、按时交作业，每周一上课前交作业，晚交扣分，欠作业1/3者不得参加考试。
?本课程有3个选作的大作业，需编程上机完成后，可在100分的基础上加分，但不得抄袭。
?四、严格考勤制度，病假事先托同学交上假条，否则按旷课处理。
五、各班选一名课代表（责任心强的同学），负责收发作业，及时反映同学意见与建议。
《机械原理》教案1《机械原理》教案2《机械原理》教案3《机械原理》教案4《机械原理》教案5《机械原理》教案6注：本章平面连杆机构运动分析的解析法及平面连杆机构的解析设计，在理论教学中只介绍方法，具体应用在课程设计中。
《机械原理》教案7《机械原理》教案8注：本章中凸轮廓线的解析设计，在理论教学中只介绍方法，具体应用在课程设计中。
《机械原理》教案9《机械原理》教案10《机械原理》教案11《机械原理》教案12《机械原理》教案13《机械原理》教案14《机械原理》教案15《机械原理》教案16《机械原理》教案17《机械原理》教案18《机械原理》教案19。
《大学物理教程》郭振平主编第十章 机械振动和机械波
第十章 机械振动和机械波一、基本知识点机械振动：物体在平衡位置附近的往复运动叫做。
胡克定律: 弹簧弹性力F 的大小与位移x 的大小成正比，而且F 的方向与位移方向相反，即F kx =-式中，k 为弹簧的劲度系数。
具有这种性质的力称为线性回复力。
简谐振动的运动学方程:cos()x A t ωϕ=+式中A 为振幅，表示振动物体离开平衡位置的最大位移的绝对值；()t ωϕ+是决定简谐振动状态的物理量，称为在t 时刻振动的相位，单位是弧度()rad ；ϕ为初相位，是0t =时刻的相位；ω=角频率。
简谐振动的动力学方程:2220d x x dtω+=简谐振动的频率：振动物体在单位时间内完整振动的次数，单位是赫兹()Hz 。
简谐振动的周期：振动物体完成一次完整振动所经历的时间，单位是秒()s 。
关系：周期T 是频率ν的倒数；ω=2πν=2π/T简谐振动物体的速度:sin()cos()2dx A t A t dt πυωωϕωωϕ==-+=++ 简谐振动物体的加速度:22222cos()cos()d xa A t x A t dtωωϕωωωϕπ==-+=-=++振幅：A = 初相位：arctanx υϕω-= 式中，0x 为t=0时刻的初始位移，0υ为t=0s 时刻的初始速度。
旋转矢量法: 用一个旋转矢量末端在一条轴线上的投影点的运动来表示简谐振动的方法。
以简谐振动的平衡位置O 作为x 轴的坐标原点，自O 点出发作一矢量A（其长度等于简谐振动振幅A ）。
设0t = 时刻，矢量A 与x 轴所成的角等于初相位ϕ。
若矢量A以角速度ω（其大小等于简谐振动角频率ω）匀速绕O 点逆时针旋转，则在任一时刻矢量A末端在x 轴上的投影点P 相对原点的位移为cos()x A t ωϕ=+，显然，P 在x 轴上做简谐振动。
如图10-1所示。
cos()x A t ωϕ=+图10-1 简谐振动的旋转矢量法弹簧振子的弹性势能：222211cos ()22p E kx mA t ωωϕ==+弹簧振子的动能：222211sin ()22k E m mA t υωωϕ==+ 系统的总机械能：2212p k E E E mA ω=+=表明总机械能总量守恒。
第7章典型例题
JF
[W ] c / 2 450c JC Je ( J1 J 2 / 9) 2 2 m [ ] (n1 / 30) n12
8
解：因飞轮安装在齿轮 1 主动轴上，故取 1 为等效构件，其运动周期为 6。
6
c M2 0
0 2 2 2
0 1 3 c 0 3 2 6
(1) 求等效阻力矩 Mr
M r1 M 22
Mr
2 z M 2 ( 1 ) M 2 1 z2
1
例 2 已知机器的等效阻力矩 Mr 的变化规律,
周期 2，等效驱动力矩 Md 为常数; 等效构件
平均转速为 nm=1000r/min; 等效转动惯量 J 忽略不计。若许用速度波动系数为[ ]=0.05, 试 求安装在等效构件上的飞轮最小转动惯量 JF。
解：
(1) 求等效驱动力矩 Md 对于周期性稳定变速运动的一个周期，动能增量为零，等效力矩作功为零，等效驱动力矩作 功等于等效阻力矩作功：
J e J1 J 2 (
2 2 ) J1 J 2 / 9 1 (4) 作 W(=E)曲线
7
(5) 求最大盈、亏功：Wmax 和 Wmin
Wmax 0
Wmin 3 c / 6 c / 2
(6) 求[W]=Wmax－Wmin
[W ] Wmax Wmin 0 (c / 2) c / 2
(3) 求[W]
[W ] Wmax Wmin 30.68 (24.54) 55.22N m
(4) 求 JF
JF
[W ] 55.22 0.1007kg m 2 2 2 m [ ] (1000 2 / 60) 0.05
机械原理的复习要点,试卷及答案
本word文档包含了机械原理的复习要点，试卷及答案，多方收集，仅供学习之用。
目录机械原理口诀1-5机机械原理复习知识点6-10试卷及答案（3套试卷及答案）10-35口诀诗在《机械原理》中应用１、自由度计算活杆三乘有自由，两低一高减中求；认准局复虚约束，简式易记考无忧。
公式:F = 3M - 2P l– P h ２、运动和力分析图解法图解分析列方程，等号两端双进军。
多边形里量尺寸，比例乘来信息灵。
３、科氏加速度分析辨认科氏莫马哈，两种速度相乘加；顺转维阿九十度，箭头直指老哥家.４、回转副支反总力分析轴颈转动阻耗生，摩擦圆上守平衡；支反总力画何处，回旋方向最知情。
５、平面连杆机构基本知识曲柄摇杆铰连成,演化实用无穷尽;若逢三点共一线,快慢轻重看主从.６、盘形凸轮机构机成自动靠凸轮，尖底推回有规循；画取廓形压力角，原理都在反转中。
８、轮系传动比计算行星周转臂杆撑，中心两轮分主从；基本系里论传动，复合速比联方程。
公式:J=900ΔW max/(π2n2[δ])12、机构组合基本机构串并联，综合创新史无前;轨迹位移随君想，飞天入海胜先贤。
械原理复习知识点第1章机构的组成和结构机构运动简图的绘制方法；运动链成为机构的条件（方案简图能否实现预期功能、原因、方案修改、构思新方案的表达），自由度的计算（注意复合铰链，虚约束和局部自由度）；机构组成原理和结构分析，注意拆杆组的方法。
第2章连杆机构本章重点是平面连杆机构，着重掌握铰链四杆机构、曲柄滑块机构和摆动导杆机构。
1、熟练掌握连杆机构的运动特性：1). 格拉霍夫定理；2). 急回特性；3). 压力角和传动角；4). 死点位置。
2、熟练掌握连杆机构运动设计的方法：1).刚体导引机构的设计；2).函数生成机构的设计：重点是图解法，掌握刚化反转法（运动倒置原理）的灵活运用；3).急回机构的设计：曲柄摇杆机构、曲柄滑块机构、摆动导杆机构；4).轨迹生成机构的设计：重点掌握其基本思路。
机械振动知识
0 — 固有频率， — 阻尼因子
则运动方程写为
d2x dx 2 2 0 x 0 dt dt 2
第十章 机械振动
与微分方程对应的特征方程为
2 2 02 0
特征根为
2 02
1. 阻尼振动
若阻尼较小，即 2 < 02 则
j 02 2 j
1 2 1 2 2 kx kA cos ( t 0 ) 2 2
Ep
系统的动能和势能都随时间周期变化，当位移最大时，势 能达到最大，动能为零；过平衡位置时，动能最大，势能为 零。动能和势能的幅值相等。
第十章 机械振动
系统的总能量
1 2 1 E E K E p kA m 2 A 2 2 2
T
0
第十章 机械振动
§10-2 阻尼振动
在恢复力和阻力共同作用下的振动为阻尼振动，系统的 能逐渐衰减，振幅不断减小，最终停止。
当运动速度不太大时，阻力与速度成正比
f dx dt
—阻尼系数
运动方程
dx d2 x kx m 2 dt dt
k 令 0 , 2 m m
的相差为 2n。
相位概念的重要性还在于比较两个振动的步调： = 2n，两个振动完全同步调，称这两个振动同相； = 2n +1，两个振动完全反步调，称这两个振动反相。
第十章 机械振动
四. 简谐振动的旋转矢量表示
旋转矢量的一个空间特定位置，代表振动的一个特定状 态。例如：
过平衡点向负方向运动
第十章 机械振动
任一时刻， L 上的自感电动势和 C 上的电压分别为
L L
dI dt UC q C
机械原理各章指导(南京航天)
第1章绪论本章讲述了机械原理研究的对象与内容、机械原理课程的重要性与学习方法、机械原理学科的发展概况，主要内容如下：１．“机械”是“机器”和“机构”的总称。
机器具有三个特点，即（１）都是人为的实体组合；（２）在工作中，其中各实体具有确定的运动；（３）在生产劳动中，能实现能的转换、代替或减轻人类的劳动以完成有用的功。
机构具有机器的前两个特点。
２．本课程是研究机器和机构理论的一门科学，主要内容有：各种机构共同的基本问题、几种常用机构所特有的问题、机器动力学问题、机械系统运动方案的设计。
３．本课程在专业教学计划中占有十分重要的地位，在发展国民经济方面也具有重要意义；机械原理是一门技术基础课程，为以后学习机械设计和有关专业课程，以及掌握机械方面的最新成就打下理论基础。
复习思考题1．什么叫机构? 什么叫机器? 什么叫机械? 它们之间有何联系? 试举例说明之。
2．机械原理的课程内容是什么? 学习本课程应注意哪些方面?第2章平面机构的结构分析本章讨论平面机构的结构分析的有关问题，主要内容如下：１．从运动的角度来看，机构是由具有确定的相对运动的构件组成的，而构件之间是通过运动副联接的。
根据运动副元素是面、点或线，有低副、高副之分。
两个以上的构件通过运动副的联接而构成的系统称为运动链，机构可以看作具有机架和原动件且有确定的相对运动的运动链。
２．机构运动简图是用简单的线条和规定的符号表示构件和运动副，并按一定比例表示出各运动副相对位置的简单图形。
运动副的符号和常用机构的运动简图都有规定画法。
机构运动简图要表示出机构中构件的相对运动关系。
３．机构具有确定的相对运动的条件是机构自由度等于原动件数目。
自由度Ｆ的基本计算公式为：F＝３n－２PL－PH在利用机构运动简图计算机构自由度时要注意复合铰链、局部自由度及虚约束等问题。
４．引入基本杆组的概念后，机构是由原动件、机架和若干基本杆组所组成。
常用的基本杆组有Ⅱ级杆组、Ⅲ级杆组和Ⅳ级杆组。
理论力学第10讲动力学
2
d d
1 d
2
2 d
（3）
则式(1)化成
1 d
2 d
g l
sin
M0 at
对上式采用定积分,把初条件作为积分下限，有
从而得
2 d ( )
0
0
(
2g l
sin )d
动力学
质点系动力学
质
点——具有一定质量但可以忽略其尺寸大小的物体。
质点系——一群具有某种联系的质点，刚体可以看成不变形的质点系。 第一章 质点动力学基础
绪论
动 力 学
第一章
质点动力学基础
第一章 质点动力学基础
动
第 一 章
力
学
§1-1 动力学的基本定律
§1-2 质点运动微分方程
质 点 动 力 学 基 础
第一章 质点动力学基础
§1-2 质点运动微分方程
矢量形式 直角坐标形式 自然形式
第一章 质点动力学基础
§1-2 质点运动微分方程
一、矢量形式
z
M
设有可以自由运动的质点 M，质
量是 m，作用力的合力是 F，加速 度是 a 。
m d r dt
2 2
r O x
F a y
F
(1 2)
这就是质点运动微分方程的矢量形式。
第一定律说明了任何物体都具有惯性。
第二定律 力与加速度关系定律 质点因受力作用而产生的加速度,其方向与力相同，其大小与力成正比 而与质量成反比。
F = ma
(1–1)
第二定律说明了物体机械运动状态的改变，不仅决定于作用于物体的
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
机械原理知识点总结
工作循环
jc
je
ò Wde = D W4 = [Med (j ) - Mer (j )]dj
Emax c
aHale Waihona Puke WbccWcd
jd
取 D Wmax = max[Wbc ,Wcd ,Wde ]
Wab
b
b Emin d
e
Wde
d
e
Wea'
a' Em
能量指示图
第八章 平面连杆机构及其设计
1.四杆机构的基本型式
3）最高级别为Ⅱ级的基本杆组成的机构称为 Ⅱ级机构。
4）最高级别为Ⅲ级的基本杆组成的机构称为 Ⅲ级机构。 n=2, PL=3， 这种基本杆组称为II级组。 n=4，PL＝6，这种基本杆组称为Ⅲ级组。
机构的级别是以其中含有的杆组的最高级别确定的。
8.平面机构的结构分析
（1）确定机构的组成与级别 （2）平面机构结构分析的步骤：
Wcd
Wea' Mer
用能量指示图确定最大盈亏功 ΔWmax的大小。
jc
Wab Wbc
ab c
E
Emax
ò Wbc = D W2 = [Med (j ) - Mer (j )]dj
jb
a
jd
b
Emin c
Wde
de
Med
a' φ
d
Em
e
a'
φ
ò Wcd = D W3 = [Med (j ) - Mer (j )]dj
第七章 机械的运转及其速度波动的调节
1.等效动力学模型概念
对于一个单自由度机械系统的动力学问题研究，可简化为对 其一个等效转动构件或等效移动构件的运动的研究。
第10章-动力学分析介绍
第10章动力学分析介绍在实际工程结构的设计工作中，动力学设计和分析是必不可少的一部分。
几乎现代的所有工程结构都面临着动力问题。
在航空航天、船舶、汽车等行业，动力学问题更加突出，在这些行业中将会接触大量的旋转结构例如：轴、轮盘等等结构。
这些结构一般来说在整个机械中占有及其重要的地位，它们的损坏大部分都是由于共振引起较大振动应力而引起的。
同时由于处于旋转状态，它们所受外界激振力比较复杂，更要求对这些关键部件进行完整的动力设计和分析。
10.1 动力分析简介通常动力分析的工作主要有系统的动力特性分析(即求解结构的固有频率和振型)，和系统在受到一定载荷时的动力响应分析两部分构成。
根据系统的特性可分为线性动力分析和非线性动力分析两类。
根据载荷随时间变化的关系可以分为稳态动力分析和瞬态动力分析。
谐响应分析是用于确定线性结构在承受随时间按正弦(简谐)规律变化的载荷时稳态响应的一种技术。
可以用瞬态动力学分析确定结构在静载荷，瞬态载荷，和简谐载荷的随意组合作用下的随时间变化的位移，应变，应力及力。
而谱分析主要用于确定结构对随机载荷或随时间变化载荷的动力响应情况。
ANSYS6.1提供了强大的动力分析工具，可以很方便地进行各类动力分析问题：模态分析、谐响应分析、瞬态动力分析和谱分析。
10.2 动力学分析分类动力学分析根据载荷形式的不同和所有求解的内容的不同我们可以将其分为：模态分析、谐响应分析、瞬态动力分析和谱分析。
下面将逐个给予介绍。
10.2.1 模态分析模态分析在动力学分析过程中是必不可少的一个步骤。
在谐响应分析、瞬态动力分析动分析过程中均要求先进行模态分析才能进行其他步骤。
10.2.1.1 模态分析的定义模态分析用于确定设计机构或机器部件的振动特性(固有频率和振型)，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。
同时，也可以作为其他动力学分析问题的起点，例如瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析。
其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谱响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。
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2
2
2
S 3 M e M d Fr 1
1 d ( J e12 ) M e1dt 2
Md B 2 s2 1 1
1
1
3
C
1
Me
A( S1 )
Fr
1 d ( J e12 ) M e1dt 2
等效动力学模型
1 1
Me
1为等效构件
Je为等效转动惯量
Md B 2 s2 1 1
从0到1积分得能量形式的动力学方程：
1 1 1 2 2 J v11 J v 0 0 M v d 0 2 2
2。运动方程求解
机械运动方程可以采用图解法、解析法和数值方法求解。
图解法计算精度低，不便于对机械运动全过程进行分析，已很 少采用。 运动方程能否用解析法求解，取决于Je、Me能否用解析函数式 表示，以及这些函数的性质。 数值数值方法已成为机械系统真实运动规律分析的常用方法。 例6－6自学
具有假想的Je（ me ）；
1
作用有假想的Me(Fe)；
具有与真实系统相同的动能和外力功。
只求单自由度系统的一个构件的真实规律。
10.2.2 等效量的计算 Me(Fe)计算原则：功率相等。 等效力(矩)的功率=系统中所有外力(矩)的功率 Je(me)计算原则：动能相等。
等效构件的动能＝系统动能
取转动构件为等效构件
1
3
C
Me为等效力矩
A( S1 )
Fr
1 2 d (mev1 ) Fev1dt 2
Fe
1
s1
单自由度机械系统的动力学分析问题转化为等效构件的动 力学分析，这种转化并未改变系统在动力学方面的性质， 只是数学处理方法有所不同而已。 关于等效构件： 是系统中的一个构件；
1
1
Fe s1
Me
具有真实角速度(速度)；
v3 M e M 1 F3 cos 3 1
Med=M1
v3 M er F3 cos 3 1
以滑块3为等效构件 ，等效量？
(2) 以滑块3为等效构件
等效质量为:
1 等效力为: Fe M 1 F3 cos 3 v 3
等效转动惯量Je为 : J e J 1 J C 2
2 v v m2 C 2 m3 3 1 1 1
2
2
2
由瞬时功率相等得: 等效力矩Me为: 等效驱动力矩: 等效阻力矩Mer 问题：
M e1 M 11 F3 cos 3 v 3
第二节 机械的等效力学模型
一、等效动力学模型的建立
建立依据：质点系动能定理
dE dW Ndt
以曲柄滑快机构为例介绍
ห้องสมุดไป่ตู้
Md B 2 s2 1 1
1
3
C
A( S1 )
Fr
1 1 1 1 2 2 2 2 J S 11 J S 2 2 m2 S 2 m3 S 3 E 2 2 2 2 N M d 1 Fr S 3
z1 z2 G z1 z2 z1 J 1 J 2 J 2 J 3 z z z g z z r3 2 2 3 2 3
2 2 2
代入已知值
2 1 1 1 Gr3 J e J 1 J 2 J 2 J3 g 9 144 144
本章研究内容：外力作用下机械的真实运动规律及机 械速度波动的调节。 研究目的: 研究机器的真实运动； 使机械的转速在允许范围内波动。
第一节 作用在机械上的力 及机械的运转过程
研究机械的真实运动规律时，必须知道作用在机械上的 力及其变化规律。
1. 作用在机械上的驱动力和生产阻力 驱动力：
常数
如重力 FdC
第十章 机械系统动力学
低速、轻载的机械进行运动分析和受力分析时，假定机构的 原动件作匀速运动——静力分析。 高速、重载、大质量的机械，上述分析误差大，可能直接影 响到设计的安全性和可靠性。 在实际工况中，作用在机器执行构件的生产阻力绝大多数是 变化的，作用在构件上的摩擦力和摩擦力矩随着机器的运转也在 不断变化。 绝大多数机械系统运转时，其主轴的速度是波动的。 机器主轴速度过大的波动变化会影响机器的正常工作，增大 运动副中的动载荷，加剧运动副的磨损，降低机器的工作精度和 传动效率，激发机器振动，产生噪声。
Fr r3 M e M ed M er M d 144
小结
•高速级构件的J(或m)在Jv中的比重大； •低速级构件的J(或m)在Jv中的比重很小，有时可以忽略； •系统中定比传动部分的Jv为常数; •系统中执行机构的Jv可能随机构的位置变化，经常被忽略。
第三节 机械动力学方程及其求解
2.机械的运转过程
机械系统的运转过程分为以下三个阶段：
(1)启动 原动件的速度从零逐渐上升到开始稳定的过程。
机械系统的动能增加， Wd-Wc=E2-E1>0 (2)稳定运转 原动件速度保持常数(称匀速稳定运转)或在正常工 作速度的平均值上下作周期性的速度波动。 等速稳定运转：其主轴的角速度保持恒定不变或变化量很小， 如鼓风机、离心泵等。 在任一时间间隔内， 系统的总驱动功与总 阻抗功相等，即
2 v Si 2 i J e mi JSi i 1 n
vi i Me Fi cos i M i i 1
n
取移动构件为等效构件
第四节 机械系统速度波动的调节
机械在运转过程中，由于外力或力矩的变化，会导致机械运转 速度的波动。因此应采取措施降低机械运转的速度波动程度，将其 限制在许可的范围内，保证机械的工作质量。
1.周期性速度波动的调节
图示为等效驱动矩Md和等效阻力矩Mr在一个运动周期中的变
化曲线图。等效构件转过角时，其等效力矩所作功为：
Wd＝Wc
机器作变速稳定运转，在一个运动循环内总驱动功与总阻抗功 相等，即
Wd＝Wc
E2-E1=0
在运动循环中的任意时刻，机器的输入功与有用功和有害功之 和并不相等。
(3)停车阶段
输入功为零，机械阻抗功将系统动能消耗完而停车。 为了提高机械的工作效率，常采用不加载使系统起动，以缩短 起动的时间。 停车时常采用制动器增大阻力以缩短机械的停车过程的时间。
W ( M d M r )d E
a
Md曲线与Mr曲线所围的面 积代数和即为等效构件转过 角时动能增量。
在a到b，Md 大于Mr， 等效力矩作正功
－盈功
Md=Mr 的点
M
Md
等效构件的动能增加
在b-c， Mr 大于Md ， 等效力矩作负功
1。机械动力学方程
利用等效动力学模型方法，把单自由度机械系统的简化为 等效构件的运动分析。解出等效构件的运动规律，用运动分析 方法求出整个系统中所有构件的运动规律。
1 等效构件的动力学方程： d J v ω2 M v d 2 微分后得力矩形式的动力学方程：
2 dJv d Mv Jv 2 d d
2 v Si 2 i me m i JSi v i 1 v n
vi i Fe Fi cos i M i v v i 1
n
为了分析方便，常将系统的等效力矩用等效驱动力矩和 等效阻力矩之和表示，等效力用等效驱动力和等效阻力之 和表示。即： MeMedMer FeFedFer 通常选取机构中作转动的原动件或机器的主轴作为等效 构件。
等效驱动力Fed F M 1 ed 1 v3 等效阻力Fer Fer=F3cosα3
ω1 ω2 v C2 m e J 1 J C2 m 2 v v v 3 3 3
2
2
m3
2
2 S2 S3 J e J S 1 J S 2 m2 m3 1 1 1
2
2
2
S 3 M e M d Fr 1
1 d ( J e12 ) M e1dt 2
2 S2 S3 J e J S 1 J S 2 m2 m3 1 1 1
例1 图示曲柄滑块机构，已知构件1转动惯量J1，构件2质量 m2，质心C2，转动惯量JC2，构件3质量m3，构件1上有驱动力 矩M1，构件3有阻力F3，求等效构件的等效参数。
解 (1) 以构件1为等效构件, 由动能相等得:
1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 J e1 J 11 J C 2 2 m2 vC2 m3v 3 2 2 2 2 2
4
2 2
3
r3
1 1 1 1 1G 2 2 2 2 2 J e 1 J 11 J 2 J 2 2 J 3 3 v4 2 2 2 2 2 g 2 2 2 2 3 G v4 J e J 1 J 2 J 2 J 3 g 1 1 1
M d 1 Fr S 3 dt
2 2 2 2 S2 S3 2 1 重写： d J S 1 J S 2 m2 m 3 1 2 1 1 1 S 3 M d Fr 1dt 1
在实际工程问题中，大多数机械系统的等效量都是随系统运转而 不断变化的。
例2 图示传动系统 ，已知：z1=20， z260，z220，z380。齿轮3与齿条4 Fr 啮合的节圆半径为r3 ，各轮转动惯量 分别为J1 、J2 、J2 和J3 ，工作台与被 Md 1 加工件的重量和为G，齿轮1上作用有 驱动矩Md，齿条的节线上水平作用有 生产阻力Fr 。求以齿轮1为等效构件 时系统的等效转动惯量和等效力矩。 解：等效转动惯量