第一章绪论 (2)
1.1 研究意义 (2)
1.2 振动特性的研究现状 (2)
第二章．四连杆机构介绍 (3)
2.1 基本概念 (3)
2.2 平面四杆机构的基本特性 (4)
2.2.1 曲柄存在条件（格拉肖夫条件） (4)
2.2.2急回特性及行程速比系数K (5)
2.2.3 压力角和传动角 (7)
2.2.4 死点 (8)
第三章四连杆机械振动的特性 (10)
3.1 机械加工振动的表现和特点 (10)
3.1.1 强迫振动 (11)
3.1.2 自激振动 (11)
3.2 振动产生的原因分析 (12)
3.2.1 强迫振动产生的原因 (12)
3.2.2 自激振动产生的原因 (12)
3.3 预防措施 (13)
3.3.1 预防强迫振动的途径 (13)
3.3.2 预防自激振动的途径 (13)
第四章四连杆机械振动的控制策略 (14)
4.1 研究现状 (14)
4.1.1 振动被动控制 (14)
4.1.2 振动主动控制 (15)
4.1.3 振动混合控制 (18)
4.2 结论 (18)
第五章小结 (18)
致谢 (20)
参考文献 (20)
第一章 绪论
1.1 研究意义
四连杆机构在通用机械、 纺织、 食品、印刷等工业领域有着广泛的应用，是机构运动弹 性动力学的一个主要研究对象。 连杆机构高速运行时， 在外力与惯性力作用下， 构件会发生 不可忽略的振动。为提高轨迹精度，减小振动，使机构能够准确、高效的工作，必须对这种 有害的振动响应加以控制。 目前基于四连杆机构振动特性分析的机构运动弹性动力学研究正 日趋完善， 但如何改善机构的动态特性， 有效地抑制弹性机构的有害振动， 是机构学界面临 的一个重要的研究课题。
节约能源和原材料、 提高效能是当前世界经济、 军事和科技发展面临的关键课题。 目前， 从传统的机械制造业到航空航天技术领域、 建筑设计、 机器人制造等精密机械， 低刚度与柔 性化是这些领域内结构设计制造的一个重要发展趋势。 这些轻型结构可以增加有效承重载荷 的重量，提高运载工具的效率，消耗的能源减少，生产成本降低，运行精度提高。但是同时 这类结构的设计、 制造和使用带来了一系列新的问题， 诸如 : 结构模态阻尼减小， 柔性增大， 大振幅的振动响应持续时间长， 结构疲劳问题严重影响系统的精度和使用寿命， 甚至诱发相 关部件的损坏。 特别对于高速机械和机器人领域， 由于承载能力加大， 造成设备整机刚度降 低，不平衡质量引起的自激振动加剧， 振动引起的弹性变形不仅影响了机构的轨迹精度和定 位精度， 延迟了机构稳定工作时间， 破坏系统运行的稳定性和可靠性， 同时降低了工作效率 和整机的使用寿命。对有害动态响应的消减是机械动力学研究的重要问题。
1.2 振动特性的研究现状
连杆机构可以实现复杂的运动规律，且加工简便、强度高、可靠性大，所以广泛地用 于农业、纺织、轻工、重型、冶金、精密等各机械行业中 . 但在在高速运行条件下，机构的 弹性动力响应不仅使机构的运动轨迹产生偏差， 同时还会造成构件疲劳破坏。 为获得高速运 转条件下， 高精度的运动轨迹和较小的振动响应， 机构学界先后采用被动控制和主动控制两 种方式抑制连杆机构的弹性振动。被动控制具有成本低， 易实现， 无需外部能源， 能够较好 的抑制高频模态响应等优点，但对外界环境变化的适应性差，对低频模态的抑制效果有限， 然而研究发现 : 弹性连杆机构的低频模态对机构弹性振动响应的贡献较大。随着材料科学的 发展，含机敏材料机构的振动主动控制技术因其设计灵活、
效果显著、 能满足特殊的控制要求等优越性而得到了广泛重视。
性连杆机构振动响应的控制研究中， 给机构学界注入了极大的活
力。 弹性连杆振动主动控制 是基于一定的控制策略， 根据对弹性连杆机构振动响应的测量信息， 通过外界对低频和宽带随机振动响应抑制
将振动主动控制思想引入弹
的能量输入对机构施加一定的控制力，使控制系统与机构本身构成同一整体，从而改变机构的动力学特性。它涉及机构动力学、控制理论、材料科学以及作动传感技术的交叉学科，有着诱人的发展前景。目前该领域的研究还处于理论研究和仿真计算阶段，开展实验研究的很少。因此，根据实际弹性机构（粘贴或埋入传感材料和作动材料，包含阻尼材料、复合材料等）建立较为精确的非线性动力学模型，提高控制方法的警棒性‘实时性和自适应性，增强机构的抗振特性，已成为弹性连杆机构振动控制面临的一个堕待解决的问题，也是机械、航空航天及军事工业等领域设计良好产品必须解决的关键问题之一。系统深入地开展这方面的研究，具有重要的理论意义和实际应用价值。
第二章．四连杆机构介绍
2.1 基本概念
平面四连杆结构是由四根杆件（图2-1 ）1、2、3、4 借助于转动副（2-1 中的A,B,C,D ）依次连接（铰销连接）而成，每个铰销的轴都互相平行，从而使活动杆件都在互相平行的平面上运动。在四根杆件中，不论把那根杆件作为基架（固定杆或基杆），而把另一杆作为原动杆，那么其余的活动杆都作一定的强制运动。因此平面四连杆运动链在选定了固定杆和原动杆之后，就构成了平面四连杆机构。此外，又由于转动副属于V 级的低副，所以平面四连杆机构时属于低副的平面机构。
22平面四杆机构的基本特性
2.2.1曲柄存在条件（格拉肖夫条件）
①最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和；（杆长之和条件）
②连架杆与机架中必有一杆为最短杆。（最短构件条件）
图2-2 曲柄摇杆机构
图2-2曲柄摇杆机构中，设各杆长度依次为丨1、丨2、丨3、丨4,且丨1<14。假定AB为曲
柄，则曲柄AB回转一周过程中，必有两次与连杆BC处于共线。据三角形两边之和大于第三边的定理，由△ ACD有
I 3+| 4>| l + l 2
由厶AGD有
l 2-| l + l 4>| 3
l 2-l l + l 3>l 4
将上列三式整理，并考虑到四个杆件同时共线的情况，可得
l l + l 2 W l 3+1 4
l l + l 3 W l 2 + l 4
l l + l 4W l 2 + I 3将上三式两两相加，化简得l i W l 2
I i W l 3
l i W l
在铰链四杆机构中，能作整周回转的连架杆称为曲柄。而曲柄是否存在。则取决于机
构中各杆的长度关系，即要使连架杆能作整周转动而成为曲柄，各杆长度必须满足一定的条件，这就是所谓的曲柄存在的条件。
2.2.2急回特性及行程速比系数K
①机构的急回运动特性：
曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不相同，反行程的平均速度较快，这种运动称为曲柄摇杆机构的急回运动特性。如下图2-3所示
图2-3四连杆急回特性
曲柄摇杯机构中，当曲柄AB沿顺时针方向以等角速度转过0 1时，摇杆CD自左极限位置C1D摆至右极位置C2D,设所需时间为t1 , C点的明朗瞪为V1 ;而当曲柄AB再继续转过0 2时，摇杆CD自C2D摆回至C1D,设所需的时间为t2 , C点的平均速度为V2。由于0 1 >0 2,所以t1 >t2 ,V2 >VI。由此说明：曲柄AB虽作等速转动，而摇杆CD空回行程的平均速度却大于工作行程的平均速度，这种性质称为机构的急回特性。
摇杆CD的两个极限位置间的夹角“称为摇秆的最大摆角，主动曲柄在摇杆处于两个极限
位置时所夹的锐角0称为极位夹角。他们之间的关系如表2-1所以
表2-1参数关系
-180oZ e1
2 3
通常用来检验机构的传力性能。传动角丫随机构的不断运动而相应变化，为保证机构有较
(1 )机构有极位夹角，就有急回特性；
2 0越大，K值越大，急回性就越显著；
3 0 =0、K=1时，无急回特性。
急回特性的作用：可以缩短非生产时间，提高生产率。
2.2.3压力角和传动角
在工程应用中连杆机构除了要满足运动要求外，还应具有良好的传力性能，以减小结构
尺寸和提高机械效率。下面在不计重力、惯性力和摩擦作用的前提下，分析曲柄摇杆机构的传力特性。如图2-18所示，主动曲柄的动力通过连杆作用于摇杆上的C点，驱动力F必然
沿BC方向，将F分解为切线方向和径向方向两个分力Ft和Fr，切向分力Ft与C点的运
动方向vc同向。由图图2-4知
Ft = F 或Ft = F
Fr = F 或Fr = F
a角是Ft与F的夹角，称为机构的压力角，即驱动力F与C点的运动方向的夹角。a 随机构的不同位置有不同的值。它表明了在驱动力F不变时，推动摇杆摆动的有效分力Ft
的变化规律，a越小Ft就越大。
压力角a的余角丫是连杆与摇杆所夹锐角，称为传动角。由于丫更便于观察，所以
丫 min 。一般可取 丫 min 》40°,重载高速场合取 丫 min >50°。曲柄摇杆机构的最小传动角出现在曲柄与机架共线的
两个位置之一，如图所示的 B1点或B2点位置。
图2-4四连杆压力角和传动角
偏置曲柄滑块机构，以曲柄为主动件，滑块为工作件，传动角 丫为连杆与导路垂线所
夹锐角，如图所示。最小传动角丫 min 出现在曲柄垂直于导路时的位置， 并且位于与偏距方
向相反一侧。对于对心曲柄滑块机构，即偏距
e = 0的情况，显然其最小传动角 丫 min 出 现在曲柄垂直于导路时的位置。
对以曲柄为主动件的摆动导杆机构， 因为滑块对导杆的作用力始终垂直于导杆， 其传动 角丫恒为90°,即丫 = 丫 min = 丫 max =90° ,表明导杆机构具有最好的传力性能。
2.2.4 死点
曲柄摇杆机构中，若以摇杆为原动件，当连杆与从动件（曲柄）共线时的位置称死点位
置。这时机构的传动角 丫 =0,压力角a =900,即连杆对从动曲柄的作用力恰好通过其回转中
心A ,不能推动曲柄转动。机构的这种位置称为死点。机构在死点位置时由于偶然外力的影 好的传力性能，应控制机构的最小传动角
响，也可能使曲柄转向不定。死点对于转动机构是不利的，常利用惯性来通过死点，也可采
用机构错排的方法避开死点。
图2-5 四连杆死点位置
出现死点的利弊
利：工程上利用死点进行工作如快速夹具、飞机起落架等。
图2-6死点的利用
弊：机构有死点，从动件将出现卡死或运动方向不确定现象，对机构传动不利。
图2-7死点的弊端
第三章四连杆机械振动的特性
在利用四连杆的机械设备进行加工过程中的振动会恶化加工表面质量，损坏切削刀具，
降低生产率。本文着重介绍振动的两种类型，振动产生的原因及消除方法。
机械加工中的振动对加工表面品质和生产率有很大的影响，是一种十分有害的物理现
象。若加工中产生了振动，刀具与工件间将产生相对位移，会使加工表面产生振痕，严重影
响零件的表面品质和性能；振动使刀具受到附加动载荷，加速刀具磨损，有时甚至崩刃；同
时振动使机床、夹具等的连接部分松动，从而增大间隙，降低刚度和精度，缩短使用寿命，
严重时甚至使切削加工无法继续进行；振动中产生的噪声还将危害操作者的身体健康。为减小振动，有时不得不降低切削量，使机床加工的生产效率降低。因此，研究分析机械加工中
的振动原因和特性，寻求控制振动的有效途径是很有必要的。
3.1机械加工振动的表现和特点
振动分强迫振动和自激振动两种类型。具体表现和特点如下。
3.1.1 强迫振动强迫振动是物体受到一个周期变化的外力作用而产生的振动。如在磨削过程中，由于电动机、高速旋转的砂轮及皮带轮等不平衡，三角皮带的厚薄或长短不一致，油泵工作不平稳等，都会引起机床的强迫振动，它将激起机床各部件之间的相对振动幅值，影响机床加工工件的精度，如粗糙度和圆度。对于刀具或做回转运动的机床，振动还会影响回转精度。
强迫振动的特点是：
①强迫振动本身不能改变干扰力，干扰力一般与切削过程无关（除由切削过程本身所引起
的强迫振动外）。干扰力消除，振动停止。如外界振源产生的干扰力，只要振源消除，
导致振动的干扰力自然就不存在了。
②强迫振动的频率与外界周期干扰力的频率相同，或是它的整倍数。
③干扰力的频率与系统的固有频率的比值等于或接近与 1 时，产生共振，振幅
达到最大值。此时对机床90_T_过程的影响最大。
④强迫振动的振幅与干扰力，系统的刚度及阻尼大小有关。干扰力越大、刚度及阻尼越小，
则振幅越大，对机床的加工过程影响也就越大。
3.1.2 自激振动
自激振动是由振动系统本身在振动过程中激发产生的交变力所引起的不衰减的振动，就
是0激振动。即使不受到任何外界周期性干扰力的作用，振动也会发生。如在磨削过程中砂轮对工件产生的摩擦会引起自激振动。工件、机床系统刚性差，或砂轮特性选择不当，都会使摩擦力加大，从而使自激振动加剧。或由于刀具刚性差、刀具几何角度不正确引起的振动，都属于自激振动。
自激振动的特点是：
①自激振动是一种不衰减的振动。振动过程本身能引起周期性变化的力，此力可从非交
变特性的能源中周期性地获得能量的补充，以维持这个振动。
②自激振动频率等于或接近系统的固有频率，即由系统本身的参数决定。
③自激振动振幅大小取决于每一振动周期内系统获得的能量与消耗能量的比值。当获得的能量大于消耗的能量时，则振幅将不断增加，一直到两者能量相等为止。反之振幅将不
断减小。当获得的能量小于消耗的能量时，自激振动也随之消失。
3.2 振动产生的原因分析
产生振动的原因复杂多变，根据机加工行业出现的振动现象及两种不同类型振动的表现形式，分析原因，大致如下：
3.2.1 强迫振动产生的原因
①机床上回转件不平衡所引起的周期性变化的离心力。如由于电机或卡盘、皮带轮回转不平衡引起的。
②机床传动零件缺陷所引起的周期性变化的传动力。如因刀架、主轴轴承、拖板塞铁等机床部件松动或齿轮、轴承等传动零件的制作
误差而引起的周期性振动。
③切削过程本身不均匀性所引起的周期性变化的切削力。如车削多边形或表面不平的工件及在车床上加工外形不规则的毛坯工件。
④往复运动部件运动方向改变时产生的惯性冲击。如平面磨削过程的方向改变或瞬时改变机床的回转方向。
⑤由外界其他振源传来的干扰力。在锻造车间附近，因空气锤的振动引起其他机床的强
迫振动，甚至共振。
3.2.2 自激振动产生的原因
①切削过程中，切屑与刀具、刀具与工件之间摩擦力的变化。
②切削层金属内部的硬度不均匀。在车削补焊后的外圃或端面而出现的硬度不均现象，常常引起刀具崩刀及车床自振现象。
③刀具的安装刚性差，如刀杆尺寸太小或伸出过长，会引起刀杆颤动。
④工件刚性差。如加工细长轴等刚性较差工件，会导致工件表面出现波纹或锥度。
⑤积屑瘤的时生时灭，时切削过程中刀具前角及切削层横截面积不时改变。
⑥切削量不合适引起的振动，切削宽而薄的切削易振动。
3.3 预防措施
3.3.1 预防强迫振动的途径
强迫振动是由于外界周期性干扰力引起的，因此为了消除受迫振动，应先找出振源，然后采取适应的措施加以控制。
①减小或消除振源的激振力。
对转速在600r ／min 以上的零件如砂轮、卡盘、电动机转子等必须经过平衡，特别是高速旋转的零件，如砂轮，因其本身砂粒的分布不均匀和工作时表面磨损不均匀等原因，容易造成主轴的振动，因此对于新换的砂轮必须进行修整前和修整后的两次平衡。提高齿轮的制造精度和装配精度，特别是提高齿轮的工作平稳性精度，从而减少因周期性的冲击而引起的振动，并可减少噪声；提高滚动轴承的制造和装配精度，以减少因滚动轴承的缺陷而引起的振动：选用长短一致、厚薄均匀的传动带等。
②调整振源频率。
避免激振力的频率与系统的固有频率接近，以防止共振。采取更换电动机的转速或改变主轴的转速来避开共振区；用提高接触面精度、降低结合面的粗糙度、消除间隙、提高接触刚度等方法，来提高系统的刚度和固有频率。
③采用隔振措施。机床的电机与床身采用柔性联接以隔离电机本身的振动；把液压部分与机床分开；采用液压缓冲装置以减少部件
换向时的冲击；采用厚橡皮、木材将机床地基隔离，用防振沟隔开设备的基础和地面的联系，以防止周围的振源通过地面和基础传给机床等。
3.3.2 预防自激振动的途径
①合理选用刀具的几何参数
试验和理论研究表明，刀具的几何参数中，对振动影响最大的是主偏角Kr和前角丫0。由于切屑越宽越容易产生振动，而Kr越小，切削宽度越宽，因此越易产生振动，前角丫0越大，切削力越小，振幅也越小。
②提高工艺系统的抗振性工艺系统本身的抗振性能是影
响颤振的主要因素之一。应设法提高工艺系统的接触刚度，如对接触面进行刮研，减小主轴系统的轴承间隙，对滚动轴承施加一定的预紧力，提高顶尖孔的研磨质量等。加工细长轴时，使用中心架或跟刀架，尽量缩短镗杆和刀具的悬伸量，用死顶尖代活顶尖，采用弹性刀杆等都能收到较好的减振效果。
③采用减振装置
当采用上述措施仍然达不到消振的目的时，可考虑使用减振装置。减振装置通常都是附加在工艺系统中，用来吸收或消耗振动时的能量，达到减振的目的。它对抑制强迫振动和颤振同样有效，是提高工艺系统抗振性的一个重要途径，但它并不能提高工艺系统的刚度。
④调整振型的刚度比根据振型耦合原理，工艺系统的振动还受到各振型的刚度比以及其组合的影响。合理调整它们之问的关系，就可以有效地提高系统的抗振性，抑制自激振动。
机械加工过程产生的振动非常复杂，是需要日常的不断分析和总结，根据不同情况分析原因，采取措施加以消除和控制，以保证加工工件的质量要求，提高生产率，创造良好工作环境。
第四章四连杆机械振动的控制策略
弹性连杆机构动态响应的消减始终是机器动力学的研究热点之一。机构运动弹性动力学(Kinetoelastodynamies , KED)理论提出后，学术界先后采取了以下几种方法，以抑制连杆
机构的弹性振动：①优化构件的截面参数及几何参数，即KED综合。②利用复合材料取代常
规金属材料。③对构件进行阻尼处理，即阻尼减振。④设计具有传感器与作动器的机敏机构，构造控制系统。⑤设计具有多个可控原动件的受控机构，构造控制系统。⑥基于完全动力分析的运动规划。其中，方法①一③属于被动控制，方法④一⑥属于主动控制。此外，综合运用主动、被动控制的混合控制方法，目前已成为振动工程一个新兴的研究方向，并已在柔性结构及柔性开链机构的振动控制中得到了应用。
4.1 研究现状
4.1.1 振动被动控制
4.1.1.1KED 综合
KED综合是最早出现的一种弹性连杆机构减振方法。70 年代初，率先提出以机构最小重
量为设计目标的思想，并提出将动态运动误差限定在许用范围内的设计准则，把机构的截面参数作为优化变量，利用非线性规划的方法进行综合。接着研究者借用结构设计领域的最佳性准则法，减少了优化的迭代次数，提高了KED综合的效率。有研究者将结构分析的灵敏度
矩阵方法引人机构分析，对最佳性准则法进行了改进。另一种KED综合方法是Erdra n.AG
提出的以机构的弹性变形补偿动态轨迹误差的运动改善法，研究者Ftnabashi H对该方法做
了不同程度的改进。对于同时存在应力约束与运动误差约束的机构综合问题，研究者Grandin H T 提出了一种优化设计方法，即利用最佳性准则法确定机构的截面参数以控制动应力;以运动改善法对机构的几何参数进行微小调整，使机构的真实运动逼近期望运动，从而减小动态运动误差。为避免共振，又有人提出了具有频率约束的弹性连杆机构优化设计方法。应该指出采用KED综合方法，机构的低阶谐振现象难以根除。
4.1.1.2 复合材料的应用复合材料的应用为高速弹性机构的设计提供了新的途径。研究了由高分子复合材
料构件
组成的弹性连杆机构的动态响应，利用复合材料高的比强度、比刚度与大的阻尼比有效地降低了机构的弹性振动。可以预见，随着材料科学的发展与制造技术的不断完善，复合材料必将得到日益广泛的工程应用。但就目前而言，由于碳纤维等复合材料的价格比较昂贵，一般工业领域还难以接受。
4.1.1.3 阻尼减振由于应用粘弹性大阻尼材料对系统进行阻尼处理具有简单、可靠、价廉等优点，阻尼减振技术已引起国内外学者的普遍关注。阻尼处理通常有自由阻尼、约束阻尼两种办法，后者应用更为广泛。对一高速曲柄摇杆机构的弹性连杆进行了约束阻尼处理，并对系统的动态响
应进行了数值分析。结果表明，该方法可有效抑制弹性构件的高频振动。但是，对于一般弹性机构，阻尼材料的结构形式、人方案、配置位置等还有待于进一步的研究。
4.1.2 振动主动控制
近年，机构学界也借鉴了结构振动主动控制的思想，通过构造控制系统，为机构提供控制输人，最终使弹性构件的动态响应受到抑制。振动主动控制方法具有修正设计方便、抑制低频振动效果显著、可适应未知扰动与参数不确定系统等优点，目前已在许多工程领域得到了成功的应用。
4.1.2.1 机敏机构
机敏机构(Smartmeehanisms) 是基于仿生思想的一种新型机构，是机构智能化发展的一个过渡阶段。机敏机构可创成复杂的运动规律或运动轨迹，亦可用以改善机构的动力学品质。学者SungCK以压电元件为作动器与传感器，对具有弹性摇杆的曲柄摇杆机构进行了振动主动控制。学者Che nYC在摇杆中点的上下表面安装一对压电传感器，并在摇杆另外两点的上下表面对称安装两对压电作动器。利用传感器的压
电效应测定摇杆的动态应变，并由状态观测器估计系统的状态变量。采用LQR理论设计状态反馈控制器，获得系统所需的控制电压，
即状态反馈电压与平衡刚体惯性力的前馈电压。利用作动器的逆压电效应产生控制力矩，最终抑制摇杆的弹性振动。用两片相同的压电陶瓷安装在弹性摇杆中点的上下表面，上片为作动器，下片为传感器，有限元分析时计人了压电元件的影响。上述两文献皆以降低弹性摇杆的一阶振动模态为目标，因此作动器安装位置较为合适。控制规律上，将惯性力对系统状态的影响作为高斯白噪声处理，从而近似处理成LQG问题。将压电薄膜贴于弹性构件的上下表
面分别作为作动器与传感器，采用与Chen.YC类似的方法对具有弹性连杆的曲柄滑块机构进
行了振动主动控制。由于选用的压电薄膜压电系数较低，仿真中求得的控制电压峰值在千伏以上，给实际应用带来了困难。上述文献的研究对象只含有一个弹性构件，故相当于对一个具有周期性载荷的简支梁进行了振动控制。北京航空航天大学的张宪民应用独立模态空间控制理论，对含有多个弹性构件的开链、闭链机构的振动控制进行了研究，取得了较好的仿真效果，但试验研究没有开展。天津大学的唐力伟基于LQR一LQG理论，深人研究了具有多个
弹性构件的曲柄摇杆机构的振动主动控制问题，并在试验研究方面取得了可喜的进展，曲柄转速为
90r/nlin 时，施控后机构输出点的动态响应降低了50%一70%。天津大学的宋轶民以
具有压电作动器与应变传感器的平面弹性连杆机构为研究对象，系统地开展了基于神经网络
的弹性连杆机构振动主动控制的理论、方法与试验研究。根据试验数据离线设计了神经网络辨识器与神经网络开环、闭环控制器，采用基于神经网络的直接自校正控制与间接自适应控制策略实现了机敏机构的在线控制，机构的动力学品质得到了显著改善。此外，Yua nSQ和Zhang.L 研究了基于内模控制的弹性机构振动主动控制问题，将机构视为5150 线性系统，
视惯性力为结构已知的周期性扰动，将扰动信号的拉氏变换包含于闭环系统的传递函数之中，设计反馈控制器以抑制扰动引起的系统输出。在试验研究方面，Thompson.B S 率先以
压电陶瓷为作动器，以电阻应变计为传感器，采用输出比例反馈控制策略，对具有弹性连杆的曲柄滑块机构在曲柄转速为60、90及120r/min 时进行了振动控制。试验结果虽然没有仿
真效果理想，但弹性构件的动态响应确实得到了一定控制，振幅降低了近20%。OliverJH 基于多变量最优控制理论，以压电晶体作为作动器与传感器，对具有弹性连杆的曲柄摇杆机构进行了振动控制，取得了一定的试验效果。目前，弹性连杆机构振动主动控制研究大多停留于理论分析与计算机仿真，开展的试验研究很少，仅有的几例试验研究控制效果都不理想。试验研究中，弹性机构的原动件转速都比较低，和实际要求还相差较远。
4.1.2.2 受控机构
近年，受控机构学方面的研究日益增多。所谓受控机构，是指具有一个或多个可控原动件的闭链机构。利用受控机构改善弹性连杆机构动力学品质的研究始于80 年代后期，OliverJ H 率先提出了“翻新设计” (Retrofitment) 被控机构的思想。该文对具有弹性连杆的四杆机构振动控制问题进行了研究，将摇杆处的固定铰链改为沿机架运动的受控滑块，由微处理器输出控制信号通过作动器作用于滑块，而微处理器的输出又与弹性构件上拾取的动态响应相联系，从而构成闭环反馈控制系统。研究以抑制连杆中点的准静态响应为目标，进行了系统的理论分析。结果表明，该方法基本消除了弹性构件的准静态响应，但振动的幅值并没有多大改善，因此还需以复合材料构件取代金属构件，使机构的动态响应变为小幅值的等幅振动。利用这种设计思想，SoongK,研究了具有弹性摇杆的四杆机构的振动控制问题，
以降低摇杆中点的动态响应为目标，进行了相应的理论与试验研究。这种“翻新设计” 方法改变了机构的形式，使原来的单自由度机构变成了具有一个可控原动件的双自由度受控机构。当然，该受控机构亦可称为具有变长度机架的弹性连杆机构。此后，BorrnannJ 研究了
具有变长度摇杆的弹性连杆机构振动主动控制问题，将摇杆处的固定铰链改为垂直于机架运动的受控滑块，利用电阻应变计测量弹性连杆的动态响应，设计PD控制器抑制机构的弹性
振动，最终实现闭环反馈控制。类似地，天津大学的刘建琴研究了具有变长度曲柄的弹性连杆机构的轨迹精度控制问题，建立了受控机构的非线性动力学模型，利用DFP优化方法离线
设计了曲柄长度的变化规律。计算机仿真与在线控制的结果表明，弹性连杆机构创成轨迹的精度显著提高。
4.1.2.3 基于完全动力分析的运动规划
历来的KED分析大多孤立地研究弹性连杆机构本身的动力学，一般假定机构的原动件等速回转。DadoM提出的完全动力分析方法则计入了驱动力矩的特性，从而研究了电机一机构系统的动力学。LiouFW 和ErdmanAG分别对曲柄滑块机构与曲柄摇杆机构开展了类似的综合性研究工作。为改善机构的动力学品质，有必要抛弃原动件等速回转的假定，从而设计伺服电机驱动的弹性连杆机构。基于完全动力分析的运动规划方法在柔性机器人控制中应用较为广泛，但对于弹性连杆机构振动控制而言，这方面的研究才刚刚起步。岳士岗、白师贤等人采用特定的输人转速函数，以改善弹性连杆机构的振动与平衡。在此基础上，文献利用最优化方法设计了伺服电机的控制规律，以降低弹性连杆机构的振动响应。
4.1.3 振动混合控制
NagarajanS 指出，机构的弹性动力响应无法通过设计完全消除，因此必须进行主动控制。主动控制方法虽然具有抑制低频振动效果显著等优点，但高频响应的存在往往导致控制溢出与观测溢出，从而削弱了控制系统的稳定性。由于阻尼减振等被动控制方法能够有效抑制系统的高频响应，可以在一定程度上缓解主动作动器的负担，因此主、被动混合控制方法已成为振动工程一个新的研究方向，并已在柔性结构与柔性机器人的振动控制中得到了成功应用。目前，对于弹性连杆机构等闭链机构而言，这方面的理论与试验研究还有待于进一步开展。
科，交叉性极强，属机械科学的前沿课题。目前，该领域尚有许多问题巫待解决，如:
(1) 积极开展相应的试验研究，增加控制效果的可信度。
(2) 阻尼减振中，阻尼材料的位置、形状及数目的优化设计。
(3) 机敏机构传感器与作动器的结构形式、配置位置及数目的确定。
(4) 受控机构可控原动件的选择及其运动规律的设计。
(5) 混合控制建模与求解方法的进一步研究。
4.2 结论
综述了弹性连杆机构振动控制的研究现状，对被动控制、主动控制及混合控制等减振方法进行了深入分析，指出了研究中巫待解决的关键问题，对该领域今后的发展方向进行了展望。
第五章小结
本文简要介绍了四连杆机构的基本感念，了解了四连杆机构的发展现状，振动控制的研究现状，概述了四连杆机构的振动的分类，产生的原因以及预防方法，最后对被动控制、主动控制及混合控制等减振方法进行了简要分析，指出了研究中亟待解决的关键问题，对该领域今后的发展方向进行了展望。
通过这次课程设计，我进一步理解了所学过的理论知识及具体运用了这些知识。通过这次课程设计，自己对于设计人员所从事的工作有了亲身的体验，学会了查表资料手册等
工具书。
总之，通过这次课程设计使我受益匪浅，为我今后的学习和工作打下了一个坚实而良好
的基础。
致谢
本文工作是在导师邱老师的悉心指导下完成的，感谢邱老师在繁忙的工作中抽出时间对学生进行教诲，邱老师渊博的知识、对科学事业的执着追求、严谨的治学态度和忘我的工作精神给我留下了非常深刻的印象，在以后的工作和学习中将永远鞭策着我。另外，邱老师在学习和生活上对学生的关心、爱护使我深受感动。在此，向邱老师表示崇高的敬意和衷心的感谢!
在课题的研究过程中，教研组的其他老师也给予了不少宝贵的建议，老师百忙之后抽出时间帮助我解答了许多重要问题，在此特别向他们表示感谢，谢谢他们对我的指导。
感谢我的同门们，感谢他们在学习上对我的指导、帮助和关心! 在论文完成过程中，给予了很大的帮助和鼓励，真的非常感谢。
借此机会，还要向我同窗三年的同学们和班主任荆老师表示衷心的感谢，谢谢他们对我的关心和鼓励，那是我成长道路上最大的一笔财富，真的非常感谢你们!
最后要感谢我的家人，谢谢他们的支持和鼓励，特别感谢我的爸爸妈妈，感谢我的哥哥和姐姐，这么多年来他们辛苦了!
参考文献
[1] 黄文虎，王心清，张景绘，郑钢铁.航天柔性结构振动控制的若干新进展.力学进展[J] ，1997，Vol.27(l):5 一18.
[2] 王存堂，唐建中，费鸣，史唯祥. 大型空间柔性结构主动振动控制实现中的若干问题.
振动与冲击[J] ，1998，Vol.17(l):80 一85.
[3] 江冰，李兴丹，吴代华.Smart 结构及其应用.力学进展[J] ，1994，Vol.24(3):353 一361.
[4] 董聪，夏人伟. 智能结构设计与控制中的若干核心技术问题. 力学进展[J] ，19%，
Vol.26(2):166~178.
[5] 张宪民 弹性连杆机构理论模型修正、 动态分析与设计及振动主动控制的研究 :〔学位论 文〕 . 北京 : 北京航空航天大学， 1993
[6] 唐力伟 . 弹性连杆机构动态响应主动控制的理论与实验研究 学，
1996
[7] 宋轶民 . 基于神经网络的弹性连杆机构振动主动控制理论、 天津 :
天津大学， 1999 [8]
杨可帧 . 陈光蕴 . 机械设计基础 . 北京：高等教育出版社， 2006. [9] 郑文伟 . 吴克坚 . 机械原理 . 北京： 高等教育出版社， 2006.
[10] 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编，
濮良贵，纪名刚主编 .机械设计 .第8版. 北京：高等教育出版社， 2006
[11] 吴宗泽，罗圣国主编 .机械设计课程设计手册 . 第 2版.北京：高等教育出版社， 2004
[12] 周元康，林昌华，张海兵主编 . 机械设计课程设计 . 重庆：重庆大学出版社， 2001
[13] 王宁侠，魏引焕主编 . 机械设计基础 . 北京：机械工业出版社
[14] 陆天炜，吴鹿鸣主编 . 机械设计实验教程 . 西安：西南交大出版社， 2007 学位论文〕 .天津 :天津大 方法与实验研究 :〔 学位论文〕
目录 第一章.绪论 (2) 第二章.曲柄摇杆机构 2.1铰链四连杆机构有整转副的条件 (3) 2.2急回特性 (5) 2.3传动角与压力角 (7) 2.4死点位置 (8) 第三章.铰链四连杆的类型 (9) 3.1曲柄摇杆机构 (9) 3.2双曲柄结构 (10) 3.3双摇杆机构 (11) 第四章.机械加工振动 (12) 4.1振动对机械加工过程的影响 (12) 4.2机械加工中的自激振动 (13) 4.2.1自激振动的特点 (15) 4.2.2控制自激振动的途径 (15) 4.3机械加工中的受迫振动 (19) 4.3.1自激振动的特点 (19) 4.3.2减少受迫振动的途径 (20) 第五章.小结 (22) 参考文献 (23)
第一章．绪论 连杆机构的最基本形式是平面四杆机构，它是其它连杆机构的基础。所以，对平面四杆机构进行研究可以概括连杆机构内在的基本原理，从而用以连杆机构的设计。 在各种机构型式中，连杆机构的特点表现为具有多种多样的结构和多种多样的特性。仅就平面连杆机构而言，即使其连杆件数被限制在很少的情况下，大量的各种可能的结构型式在今天仍难以估计。它们的特性在每一方面是多种多样的，以致只能将其视为最一般形式的机械系统。 在古代和中世纪许多实际应用方面的发明中就有连杆机构，例如我国东汉时期张衡发明的地震仪、列奥纳多?达?芬奇所描述的椭圆车削装置等，在这些发明中，都巧妙地应用了平面连杆机构。在近代，随着工业越来越高度自动化，在大量的自动化生产线上，许许多多的连杆机构得到了应用。特别是机器人学成为目前一个前沿学科，连杆机构又有了新的应用，例如日本等国家开发的类人型机器人等。在仿生学上，连杆机构巧妙地实现了人类关节的功能，例如国外研制的六杆假肢膝关节机构。 当今，工业生产自动化程度越来越高，连杆机构以及它与其它类型的机构组成的组合机构将得到更加广泛的应用，特别是形状丰富多样的连杆曲线将应用在更多的场合中
结构振动与稳定性分析研究 随着工程结构的不断升级，结构振动与稳定性分析也变得越来越重要。无论是 桥梁、楼房、飞机还是卫星等结构，在正常使用中都必须经受着各种振动和荷载的影响。因此，对于结构振动和稳定性问题的研究显得尤为重要。 一、结构振动的影响因素 在研究结构振动与稳定性之前，我们需要了解结构振动的影响因素。首先，结 构自身的特性是影响振动的重要因素之一。例如，结构的质量、刚度、阻尼等特性都可能影响结构的振动响应。其次，外界荷载也会对结构振动产生影响。例如，风荷载、地震荷载、水流荷载等都可能引起结构振动。 二、结构稳定性分析方法 为了保证结构的安全和可靠性，需要对结构的稳定性进行分析。常用的结构稳 定性分析方法主要包括弹性稳定和屈曲分析。弹性稳定通常可分为全局稳定性和局部稳定性两种情况。而屈曲分析则是一种针对薄壁结构的稳定性分析方法。 三、结构非线性振动问题 除了线性振动问题外，结构振动中还存在非线性问题。非线性振动是指结构系 统受到较大幅值的外力，结构的振幅出现非线性变化的情况。这种情况下，结构具有较高的能量损耗和振幅非线性变化，对结构材料和结构本身的损伤都会更为严重。 四、数值模拟在结构振动与稳定性分析中的应用 在结构振动和稳定性分析中，数值模拟广泛应用于结构的动力学分析中。其主 要应用在模拟和分析结构的振动特性和响应情况，以及预测结构在不同荷载下的稳定性。常见的数值模拟方法包括有限元法、边界元法、有限差分法、谱方法等。五、结构振动与稳定性研究的发展趋势
随着计算机技术的飞速发展和数值模拟方法的不断完善，结构振动与稳定性分 析技术也在不断进步。未来，随着智能材料、智能结构等技术的不断发展，结构振动与稳定性分析技术将迈入智能化、自适应的新时代。同时，结构振动与稳定性分析的模型也将越来越贴近实际情况，更加精细化和高效化。 总之，对于结构振动和稳定性问题的研究是工程领域中的重要方向之一。未来，我们可以借助新技术和新方法不断提高结构的安全性和可靠性，保证结构的正常运行，更好地服务于社会和人民群众的需求。
结构振动分析中的模态分析方法结构振动是指建筑、桥梁、机器等各类工程结构在受到外部激 励或自身运动时所发生的振动现象。为了有效地研究和应对这些 结构振动问题，需要运用先进的分析技术来分析结构的振动特性，其中最常用的方法之一就是模态分析。 一、模态分析的基本原理 模态分析是研究结构振动的一种分析方法，它是通过计算结构 在不同的固有频率下的振动模态来描述结构振动特性的方法。在 模态分析中，首先需要使用有限元方法建立结构的数学模型，然 后通过解析数学模型的特征方程，得到结构在不同频率下的振型，即模态，及其对应的振幅和相位差等振动参数。 根据这些振动参数，可以得到结构各个部分的振动响应，并进 一步分析结构的振动特性，包括结构在不同频率下的最大振幅、 结构振动的稳定性、结构间的耦合特性等。 二、模态分析的主要应用
模态分析是结构振动分析中应用最为广泛的方法之一，其主要应用场景包括以下几个方面： 1、确定结构的固有频率和振型。通过模态分析，可以准确地计算结构的固有频率和振型。这些固有频率和振型的计算结果可用于评估结构在不同激励下的响应特性，以便优化结构设计和制定合理的振动控制措施。 2、分析结构的动态响应。模态分析可以用来预测结构在外部激励下的动态响应，包括结构的动态位移、速度、加速度等。这些响应特性的预测结果对于工程结构的安全性评估和振动噪声控制等方面具有重要的意义。 3、评估结构的稳定性。模态分析可以用于评估结构在振动中的稳定性。通过计算结构在不同频率下的稳定性，可以有效地分析工程结构的稳定性问题，以便制定相应的振动控制措施。 4、进行结构损伤诊断。工程结构的残损或破坏会导致结构频率的变化和振动模态的变化。通过模态分析，可以检测并诊断工程结构的残损或破坏情况，为结构维修和保养提供重要的依据。
发动机曲柄连杆机构建模与仿真共3 篇 发动机曲柄连杆机构建模与仿真1 发动机是现代汽车的核心部件，而发动机的曲柄连杆机构是其重要组成部分。曲柄连杆机构是将活塞的往复直线运动转化为曲柄的旋转运动，并将曲柄的旋转运动传递到汽车的传动系统，驱动汽车前进。因此，对曲柄连杆机构的建模与仿真研究具有非常重要的意义。 建模是对一个系统或过程的抽象和简化，建立数学模型并用计算机仿真求解。而曲柄连杆机构建模与仿真，是指在计算机软件的帮助下将传统的手工绘图、计算曲柄连杆运动轨迹的工作转化为计算机模型建立、仿真分析的过程。这种方法的好处是可以大大提高计算效率，同时可以方便的进行参数化分析，探究系统的适用性以及其内部机制。 曲柄连杆机构建模的第一步是建立坐标系。我们需要确定一个参考点，通常是发动机曲轴中心线。接着，我们需要定义每个零件的位置，通过坐标系来描述。例如，对于一个柄头与曲轴的配合，我们需要确定其位置和姿态。 曲柄连杆机构的建模需要包括曲轴、连杆和活塞。在建模时，我们需要确定曲轴的几何尺寸和转动轴线的位置，这样才能计算出曲轴相对坐标系的位置和姿态。对于连杆，我们需要定义其长度、部位的尺寸和材料以及其他参数，同时也需要考虑连
杆的固定方式。活塞建模需要考虑它的直径、长度以及密封件等参数。 建模完成后，我们需要用计算机软件来进行仿真分析。在仿真分析时，需要输入相关的工作参数(如发动机的工况、所加载的载荷等)，以获取系统在不同参数下的性能表现。仿真分析主要包括如下几方面： (1) 运动学分析：通过对曲柄连杆机构中每个零件的几何形状和位置关系的分析，得出其运动轨迹，进而分析每个零件的运动状态。 (2) 动力学分析：通过对曲柄连杆机构在不同载荷下的工作性能的分析，得出曲轴、连杆及柄头的最大受力情况，从而进一步分析系统劳动寿命等相关参数。 (3) 模态分析：通过对曲柄连杆机构在工作条件下的振动模态进行分析，探究系统在不同频率下的振动特性以及如何减少或消除系统中的振动问题。 曲柄连杆机构建模与仿真的结果可以为设计师提供重要的参考和指导。例如，在系统设计时，可以根据仿真结果对系统进行优化，在保证性能和质量的前提下，尽可能的降低制造成本。同时，对于系统的调试和维修，仿真结果也可以为技术人员提供重要的参考，帮助其迅速快速地诊断问题。 总之，曲柄连杆机构建模与仿真是现代发动机设计必不可少的
第一章绪论 (2) 1.1 研究意义 (2) 1.2 振动特性的研究现状 (2) 第二章．四连杆机构介绍 (3) 2.1 基本概念 (3) 2.2 平面四杆机构的基本特性 (4) 2.2.1 曲柄存在条件（格拉肖夫条件） (4) 2.2.2急回特性及行程速比系数K (5) 2.2.3 压力角和传动角 (7) 2.2.4 死点 (8) 第三章四连杆机械振动的特性 (10) 3.1 机械加工振动的表现和特点 (10) 3.1.1 强迫振动 (11) 3.1.2 自激振动 (11) 3.2 振动产生的原因分析 (12) 3.2.1 强迫振动产生的原因 (12) 3.2.2 自激振动产生的原因 (12) 3.3 预防措施 (13) 3.3.1 预防强迫振动的途径 (13) 3.3.2 预防自激振动的途径 (13) 第四章四连杆机械振动的控制策略 (14) 4.1 研究现状 (14) 4.1.1 振动被动控制 (14) 4.1.2 振动主动控制 (15) 4.1.3 振动混合控制 (18) 4.2 结论 (18) 第五章小结 (18) 致谢 (20) 参考文献 (20)
第一章 绪论 1.1 研究意义 四连杆机构在通用机械、 纺织、 食品、印刷等工业领域有着广泛的应用，是机构运动弹 性动力学的一个主要研究对象。 连杆机构高速运行时， 在外力与惯性力作用下， 构件会发生 不可忽略的振动。为提高轨迹精度，减小振动，使机构能够准确、高效的工作，必须对这种 有害的振动响应加以控制。 目前基于四连杆机构振动特性分析的机构运动弹性动力学研究正 日趋完善， 但如何改善机构的动态特性， 有效地抑制弹性机构的有害振动， 是机构学界面临 的一个重要的研究课题。 节约能源和原材料、 提高效能是当前世界经济、 军事和科技发展面临的关键课题。 目前， 从传统的机械制造业到航空航天技术领域、 建筑设计、 机器人制造等精密机械， 低刚度与柔 性化是这些领域内结构设计制造的一个重要发展趋势。 这些轻型结构可以增加有效承重载荷 的重量，提高运载工具的效率，消耗的能源减少，生产成本降低，运行精度提高。但是同时 这类结构的设计、 制造和使用带来了一系列新的问题， 诸如 : 结构模态阻尼减小， 柔性增大， 大振幅的振动响应持续时间长， 结构疲劳问题严重影响系统的精度和使用寿命， 甚至诱发相 关部件的损坏。 特别对于高速机械和机器人领域， 由于承载能力加大， 造成设备整机刚度降 低，不平衡质量引起的自激振动加剧， 振动引起的弹性变形不仅影响了机构的轨迹精度和定 位精度， 延迟了机构稳定工作时间， 破坏系统运行的稳定性和可靠性， 同时降低了工作效率 和整机的使用寿命。对有害动态响应的消减是机械动力学研究的重要问题。 1.2 振动特性的研究现状 连杆机构可以实现复杂的运动规律，且加工简便、强度高、可靠性大，所以广泛地用 于农业、纺织、轻工、重型、冶金、精密等各机械行业中 . 但在在高速运行条件下，机构的 弹性动力响应不仅使机构的运动轨迹产生偏差， 同时还会造成构件疲劳破坏。 为获得高速运 转条件下， 高精度的运动轨迹和较小的振动响应， 机构学界先后采用被动控制和主动控制两 种方式抑制连杆机构的弹性振动。被动控制具有成本低， 易实现， 无需外部能源， 能够较好 的抑制高频模态响应等优点，但对外界环境变化的适应性差，对低频模态的抑制效果有限， 然而研究发现 : 弹性连杆机构的低频模态对机构弹性振动响应的贡献较大。随着材料科学的 发展，含机敏材料机构的振动主动控制技术因其设计灵活、 效果显著、 能满足特殊的控制要求等优越性而得到了广泛重视。 性连杆机构振动响应的控制研究中， 给机构学界注入了极大的活 力。 弹性连杆振动主动控制 是基于一定的控制策略， 根据对弹性连杆机构振动响应的测量信息， 通过外界对低频和宽带随机振动响应抑制 将振动主动控制思想引入弹
摘要 21 世纪初,发展以灵巧机械手、步行机器人、并联机床、可移动光学仪器平台、磁悬浮列车、汽车主动底盘等为代表的智能化机电产品将是我国机械工业的奋斗目标之一。这类机电产品具有材料新颖、结构轻巧、机动性强、智能化高等特点，产生了材料非线性、几何非线性、控制中的非线性与时滞等复杂动力学问题。这些问题将是21 世纪初机械动力学领域的研究前沿。 近代机械发展的一个显著特点是，自动调节和控制装置日益成为机械不可缺少的组成部分。机械动力学的研究对象已扩展到包括不同特性的动力机和控制调节装置在内的整个机械系统，控制理论已渗入到机械动力学的研究领域。在高速、精密机械设计中，为了保证机械的精确度和稳定性，构件的弹性效应已成为设计中不容忽视的因素。一门把机构学、机械振动和弹性理论结合起来的新的学科——运动弹性体动力学正在形成，并在高速连杆机构和凸轮机构的研究中取得了一些成果。在某些机械的设计中，已提出变质量的机械动力学问题。各种模拟理论和方法以及运动和动力参数的测试方法，日益成为机械动力学研究的重要手段。 一、机械动力学研究的内容 任何机械，在存在运动的同时，都要受到力的作用。机械动力学时研究机械在力作用下的运动和机械在运动中产生的力，并从力与运动的相互作用的角度进行机械的设计和改进的科学。详细的机械动力学研究方向可以分为以下六点： （1）在已知外力作用下，求具有确定惯性参量的机械系统的真实运动规律；分析机械运动过程中各构件之间的相互作用力；研究回转构件和机构平衡的理论和方法；机械振动的分析；以及机构的分析和综合等等。 为了简化问题，常把机械系统看作具有理想、稳定约束的刚体系统处理。对于单自由度的机械系统，用等效力和等效质量的概念，可以把刚体系统的动力学问题转化为单个刚体的动力学问题；对多自由度机械系统动力学问题一般用拉格朗日方程求解。机械系统动力学方程常常是多参量非线性微分方程，只在特殊条件下可直接求解，一般情况下需要用数值方法迭代求解许多机械动力学问题可借助电子计算机分析计算机根据输入的外力参量、构件的惯性参量和机械系统的结构信息，自动列出相应的微分方程并解出所要求的运动参量。 （2）分析机械运动过程中各构件之间的相互作用力。这些力的大小和变化规律是设计运动副的结构、分析支承和构件的承载能力以及选择合理润滑方法的依据。在求出机械真实运动规律后可算出各构件的惯性力，再依据达朗伯原理用静力学方法求出构件间的相互作用力。（3）研究回转构件和机构平衡的理论和方法。平衡的目的是消除或减少作用在机械基础上周期变化的振颤力和振颤力矩。对于刚性转子的平衡已有较成熟的技术和方法：对于工作转速接近或超过转子自身固有频率的挠性转子平衡问题，不论是理论和方法都需要进一步研究。 平面或空间机构中包含有往复运动和平面或空间一般运动的构件。其质心沿一封闭曲线运动。根据机构的不同结构，可以应用附加配重或附加构件等方法全部或部分消除其振颤力但振颤力矩的全部平衡较难实现优化技术应用于机构平衡领域已经取得较好的成果。 （4）研究机械运转过程中能量的平衡和分配关系。这包括：机械效率的计算和分析；调速器的理论和设计；飞轮的应用和设计等。 （5）机械振动的分析研究是机械动力学的基本内容之一。它已发展成为内容丰富、自成体系的一门学科。 （6）机构分析和机构综合一般是对机构的结构和运动而言，但随着机械运转速度的提高，机械动力学已成为分析和综合高速机构时不可缺少的内容. 二、机械动力学的分类
机械振动问题中的模态分析与控制方法研究 机械振动问题在工程领域中具有广泛的应用。为了解决机械振动问题，人们研究了多种方法，其中包括模态分析和控制方法。本文将从理论和应用两个方面综述模态分析和控制方法在机械振动问题中的研究进展。 一、模态分析方法的研究 1.1 模态分析的基本原理 模态分析是一种通过研究结构振动的固有模态和频率来分析结构振动特性的方法。它通过解决结构的特征值问题，得到结构的固有频率和振型。模态分析基于结构的线性化模型，因此适用于线性结构。 1.2 模态分析的数学方法 常用的模态分析方法包括有限元方法、模态测试和模态拟合等。有限元方法利用结构的有限元模型进行计算，可以得到结构的模态特性。模态测试则是通过实测数据进行模态分析，包括自由振动测试和响应谱测试。模态拟合方法是将模态分析结果与实测数据进行拟合，以得到更准确的模态参数。 1.3 模态分析的应用 模态分析在机械振动问题中具有广泛的应用。例如，在机械结构设计中，通过模态分析可以确定关键零件的固有频率和振型，从而避免共振问题。在故障诊断和健康监测中，模态分析可以帮助识别结构的振动模态，并判断结构的健康状态。此外，模态分析还可以用于优化振动控制系统的设计。 二、控制方法的研究 2.1 控制方法的基本原理 控制方法是为了减小或消除机械振动而采取的一系列手段。控制方法的基本原理是通过施加外界控制力或调节系统参数来改变结构的振动动态特性，以达到减小振动的目的。 2.2 控制方法的分类
控制方法可以分为主动控制和被动控制两类。主动控制是通过主 动力元件（如电动机和液压系统）施加控制力来减小振动。被动控制 则是利用固定的控制器（如颤振阻尼器和质量调节器）来吸收和消散 振动能量。 2.3 控制方法的应用 控制方法在机械振动问题中有着重要的应用。例如，在机械系统中，可以通过调节系统参数或施加控制力来减小共振现象。在降噪和 振动控制领域，控制方法可以用于减小噪声和振动对人体健康和环境 的影响。 三、模态分析与控制方法的结合研究 模态分析和控制方法在机械振动问题中有着密切的联系。通过模 态分析，可以得到结构的模态参数，为后续的振动控制提供了基础。 控制方法则可以根据模态分析结果调整控制参数，以实现更有效的振 动控制。 同时，模态分析和控制方法的结合研究也为解决机械振动问题带 来了新的思路和方法。例如，基于模态分析的振动控制方法可以根据 结构的固有频率和振型设计控制器，实现对机械振动的主动控制。此外，模态分析还可以用于振动信号的特征提取，为故障诊断提供支持。 结论 综上所述，模态分析和控制方法在机械振动问题中起着重要作用。通过模态分析可以了解结构的振动特性，为后续的振动控制提供依据。控制方法则可以通过施加外界控制力或调节系统参数减小振动。模态 分析与控制方法的结合研究为解决机械振动问题提供了新的思路和方法，有望在工程实践中得到更广泛的应用。但是需要指出的是，模态 分析与控制方法在不同的应用场景中存在差异，需要根据具体问题选 择合适的方法和策略。因此，对于机械振动问题的解决，还需要进一 步的研究和探索。
剑杆织机的引纬机构 摘要总结了剑杆织机引纬机构的现状,重点分析了几种典型引纬机构的工作原理及其各自的优缺点及创新。 关键词剑杆织机引纬机构 1 前言 剑杆引纬机构是剑杆织机的五大核心机构之一,它将纬纱引入梭口,形成织物所需的纹理。剑杆织机引纬过程纬纱始终受到剑头的积极控制,引纬失误少,可靠性高,可以实现对许多引纬比较困难的纱线进行引纬,其制织品种的适应性极其广泛,尤其在色织上更具优势,配以多臂机或提花机,采用多色纬可织造出图案复杂多变、色彩绚丽的高级宽幅织物。同时剑杆织机的门幅宽,因此剑杆织机成为应用最广泛的一种无梭织机。现代织机在适应高速、高效的同时,对引纬机构的性能要求越来越高,引纬机构设计的好坏直接决定了整机性能的优劣。本文综述了目前常用引纬机构的工作原理及其优缺点,并提出一种新型的引纬机构,同时对该机构进行初步的分析。 2 剑杆织机引纬机构的研究进展 剑杆织机是无梭织机中最早发明和推广应用于生产实践的一种织机,经过多次更新换代,当今最先进的剑杆织机已经与早期的剑杆织机大相径庭。下面分析几种典型的剑杆引纬机构。 2.1 共轭凸轮引纬机构 共轭凸轮引纬机构是应用最多的一种机构,如SM93(SOMET公司)、GA731(杭纺机)、TT-96(浙江泰坦)、HGA732(浙江精工)、JWG1726(经纬纺机)、LL680(无锡亨利)、JZ2(西航)、LGA783(聊城纺机)等剑杆织机采用该类型引纬机构。它采用分离筘座,引纬和打纬运动没有直接的传动关系。共轭凸轮引纬机构的运动原理如图1
所示。该引纬机构有一个自由度,由共轭凸轮、连杆机构和轮系组成。共轭凸轮1使刚性角形杆H1AH2作往复摆动,摆杆AB和杆H1AH2刚性连接,通过四连杆机构ABCD驱动与摇杆CD刚性连接的圆柱齿轮2作往复摆动。最后经过定轴轮系Zl、Z2、Z3和剑轮3的放大,使与剑轮啮合的剑带4获得往复最终所有的捻度。共轭凸轮引纬机构的剑头运动规律在理论上可按照任意曲线要求来设计,如采用改进的梯形加速度的曲线控制剑头缓慢进入梭口,平稳交接剑,使得共轭凸轮引纬机构在织造过程中纬纱的张力变化较平缓,纬纱断纬、缩纬率低。整个机构的性能取决于共轭凸轮的设计,其结构比较复杂,材质要求高,同时凸轮廓线加工精度要求相当高(要求廓线误差小0.01 mm),制造难度很大,如存在误差就产生冲击。国产众多剑杆织机产品采用该引纬方式,但由于精度不够导致不能长时间高速运行。经磨损后,机构的性能会明显下降,冲击和振动加剧,影响正常的织造。 2.2 变导程螺旋引纬机构 C401系列织机采用的是变导程螺旋引纬机构,其结构比较简单,传动可简化为曲柄滑块机构。如图2所示,主轴带动曲柄AB,经过连杆BC使滑块型螺母C产生往复运动,螺母C与螺杆1形成螺纹副,带动螺杆转动,从而带动螺杆轴上的剑轮2传剑。通过设计螺杆的导程,可获得所需的剑头运动规律。变导程螺旋引纬机构优点是传动链短、结构紧凑。通过设计螺纹的导程可使得剑杆进足时加速度为零, 交接条件好。缺点是螺纹副的传动效率低,而且同共轭凸轮一样,变导程螺杆加工要求也较高。变导程螺旋引纬机构只在满幅织造剑杆进足时加速度才能为零,所以对于不同的织幅要求,螺杆是不能通用的。 2.3 差动轮系连杆机构 差动轮系连杆机构传动的引纬机构,如TP500(SMIT公司)、GA74型剑杆织机采用该类型非分离筘座式引纬机构,如图3所示。周转轮系的轴心O为筘座脚CO的摆动中心,AO1B杆的转动经连杆分别传递给杆DO和筘座脚。DO的角速度X1即为周转轮系内齿轮1的角速度,CO的角速度X2为周转轮系转臂的角速度。在X1和X2
钢结构有限元分析及其振动稳定性研究 一、引言 随着经济的不断发展，越来越多的建筑采用钢结构，因其具有 轻量化、强度高、施工快等优点。然而，钢结构在运行过程中会 受到各种载荷的作用，如地震、风荷载等，这些作用会导致结构 发生变形、振动、破坏等问题。因此，了解钢结构的有限元分析 方法及其振动稳定性是建筑设计、结构分析等领域的重要研究方向。 本文将介绍钢结构的有限元分析方法及其振动稳定性研究进展。 二、钢结构有限元分析 有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）是一种广泛应用 于各种工程领域的分析方法。它将复杂的结构分为有限数量的小 元素，然后利用微积分的方法求解每个小元素的行为，最后通过 计算机模拟得出整个结构的力学行为。 具体来说，钢结构的有限元分析可以分为以下几个步骤： 1、建模：将结构分为小元素，指定边界条件（如支座、荷载等），生成网格模型。 2、材料属性：指定结构材料的性质，如弹性模量、泊松比、 密度等。
3、加载：通过加载外力，如重力、风荷载、地震等载荷，对 结构进行求解。 4、求解：利用有限元方法求解每个小元素的位移、应变、应 力等力学参数。 5、结果分析：对求解的结果进行分析，如结构的刚度、变形、应力等。 三、钢结构振动稳定性研究 当钢结构受到一定载荷时，其会发生振动，并产生共振现象。 共振现象会使结构受到更严重的损伤，进而导致其破坏。因此， 钢结构振动稳定性的研究是十分重要的。 1、振动特性分析 钢结构振动特性主要包括固有频率、固有振型、振动模态等。 其中，固有频率是指在没有其他力作用时，结构自然发生振动的 频率；固有振型是指在固有频率下，结构的振动形态；振动模态 是指结构以不同固有频率发生振动的状态。 通过有限元建模，可以可靠地预测结构的振动特性。利用仿真 技术，可以对结构在不同载荷下的振动特性进行分析，从而为结 构设计和改进提供依据。 2、振动稳定性分析
输电线路塔架振动特性分析及控制技术研究 输电线路是连接电源和电负荷之间的便捷、高效的途径，也是电力工业的基础 设施之一。然而，在外部环境的作用下，输电线路的塔架振动会对电力传输和使用带来诸多不良影响。因此，研究输电线路塔架振动特性及其控制技术，具有非常重要的理论意义和实践价值。 1. 输电线路塔架振动特性分析 输电线路塔架振动的特性主要包括振幅、频率、波形和噪声等方面。振幅是指 塔架进行自由振动时的最大偏移量，通常用毫米或厘米来表示。频率则是指塔架在自由振动或受迫振动时所表现出来的振动的往返周期数，通常用赫兹(Hz)来表示。 波形是指塔架振动的形态，也就是振动随时间变化的图像。噪声是指塔架振动产生的声波，其频谱分布与塔架振动频率有关。 输电线路塔架振动的主要原因是外力作用，如风压、风荷、地震力等。在实际 情况中，外力都是作用在塔架结构的某些部位上的，通过塔架主体传递到其他部位，同时塔架本身的柔度和阻尼也对振动特性产生影响。因此，一般采用有限元模拟或试验测试的方法来研究输电线路塔架振动特性。 2. 输电线路塔架振动控制技术 为了减小输电线路塔架振动对电力传输和使用带来的危害，需要采用有效的控 制技术。目前，主要的控制技术包括被动控制技术和主动控制技术。 （1）被动控制技术 被动控制技术是指在输电线路塔架上设置一些被动装置，如阻尼器、减振器等 来抵抗外力产生的振动。其原理是通过增加塔架结构的阻尼和柔度，使其受到的外力影响减小，从而减小塔架振动的幅度和频率。
目前常见的被动装置有液体阻尼器、钢筋减振器等。其中，液体阻尼器是一种普遍采用的装置，其结构简单、安装方便，并且其阻尼特性可根据需要做出调整。而钢筋减振器则是一种较为特殊的被动装置，其利用金属材料的粘弹性来吸收塔架相对位移的能量，从而化解塔架振动的能量。 （2）主动控制技术 主动控制技术是指在输电线路塔架上设置一些主动控制器、传感器、执行器等控制器件，动态地调节塔架的振动状态，实时响应外界干扰，并对塔架的振动特性进行精确控制。 目前，主要的主动控制技术包括自适应控制技术、变结构控制技术等。自适应控制中，塔架振动可以通过传感器获得的信号进行预测和控制，实现自主调节。而变结构控制则是利用塔架的多阶模型进行反馈控制，来改善垂直和横向振动。 3. 输电线路塔架振动控制技术发展趋势 目前，随着社会经济的发展和科技水平的提高，输电线路塔架振动控制技术正朝着更为精准化、高效化和智能化的方向发展。 在控制技术方面，自适应控制、非线性控制、智能控制等技术的发展将进一步提高振动控制的精度和效率，使得塔架振动可以在更广的范围内进行控制。同时，对新型材料的开发和应用使得减振器的性能得到了提升，减振效果更为明显。 另外，随着物联网、云计算、大数据等技术的普及和广泛应用，输电线路塔架振动检测数据和控制信号的采集、处理和分析也将更加便捷和高效，能够更好地支持输电线路塔架振动的预测和控制。 4. 结论 输电线路塔架振动特性分析和控制技术的研究，在电力行业具有十分重要的意义，对保障电力供应和利用具有十分重要的实际意义。随着科学技术的不断发展和
船舶结构振动特性研究 引言 随着造船技术的不断发展，船舶的结构日益复杂，对于其振动特性的研究显得尤为重要。船舶结构振动特性的研究不仅对提高船舶的稳定性、舒适性和安全性具有重要意义，还有助于优化船舶设计，降低振动对船上设备和人员的影响。 背景分析 船舶结构振动是指船体在各种外力作用下产生的振动现象。这种振动现象的产生可以由多种激励源引起，如海浪、风、螺旋桨等。过大的振动不仅会影响船舶的航行性能和稳定性，还会对船上设备和人员的安全产生威胁。因此，对船舶结构振动特性的研究具有重要意义。 方法与实验设计 研究船舶结构振动特性的方法主要包括理论分析、数值模拟和实验研究。其中，实验研究是最直接、最有效的方法之一。在实验研究中，通常采用振动测试系统对船舶结构进行振动数据采集，包括振动幅度、频率等参数。同时，为了更准确地分析振动特性，还会结合理论分析和数值模拟方法。
实验设计过程中，需要确定测试部位、测试参数和测试时间等。测试部位应选取能代表船舶结构特征的关键位置，测试参数包括振动幅度、频率、加速度等。测试时间应充分考虑航行工况、波浪条件等因素。结果与分析 通过实验研究，可以获取船舶在各种工况下的振动特性数据。对这些数据进行整理和分析，可以得出船舶结构的振动特性，包括固有频率、振型等参数。同时，还可以根据振动特性数据对船舶的稳定性、舒适性和安全性进行评价。 在分析过程中，可以采用图表等方法对振动特性数据进行可视化处理，以便更直观地观察和分析船舶结构的振动特性。此外，还可以将实验数据与理论分析和数值模拟结果进行对比，以验证方法的准确性和可靠性。 结论与展望 通过对船舶结构振动特性的研究，我们可以得到以下结论： 1、船舶结构振动特性对船舶的性能和安全性具有重要影响。过大的 振动不仅会影响船舶的航行性能和稳定性，还会对船上设备和人员的安全产生威胁。因此，对船舶结构振动特性的研究具有重要意义。
机械系统的振动特性与稳定性分析 随着科技的进步和机械结构的不断发展，机械系统的振动特性与稳定性分析变 得越来越重要。机械振动是指机械系统在工作过程中发生的振动现象，而振动特性与稳定性分析则是对机械振动的性质和行为进行研究和探讨。本文将探讨机械系统振动的基本概念、振动产生的原因以及如何进行振动特性与稳定性分析。 一、机械系统振动的基本概念 机械系统振动是指机械结构在受到外力作用或内部故障等因素影响时，产生的 一种周期性的运动现象。振动现象在各行各业都普遍存在，如汽车的引擎震动、飞机的空气动力学振动等。机械系统振动的强度和稳定性对机械结构的性能和寿命都有着重要的影响。 二、振动产生的原因 机械系统振动的产生是由于机械结构存在的各种因素的相互作用所导致的。常 见的振动产生原因包括以下几点： 1.外力激励：机械结构在工作过程中受到的外界力量，如流体压力、电磁力等，会引起机械振动。例如，风力作用在桥梁上会导致桥梁的振动。 2.失衡：机械系统中的零件失去平衡，会导致机械结构的振动。例如，旋转机 械中旋转轴的轴偏心会引起振动。 3.共振：当机械结构的固有频率与外力的频率相等或接近时，会引起共振效应，进而产生振动。这种振动往往是最为强烈和危险的，也是最需要进行稳定性分析的。 三、振动特性分析
振动特性分析是对机械系统振动性质和行为进行研究和评估的过程。通过振动 特性分析，可以了解机械结构的固有频率、振动模态、振动幅值等信息，从而对机械系统的设计和改进提供参考。 1.固有频率：机械结构的固有频率是指机械系统在没有外界激励作用下自然振 动的频率。通过计算和实验测定，可以确定机械结构的固有频率。 2.振动模态：振动模态是指机械系统在固有频率下的振动形态和特征。不同的 振动模态对应着不同的振动形态，了解振动模态可以帮助我们理解和分析机械系统的振动特性。 3.振动幅值：振动幅值是指机械结构振动时的最大位移、速度或加速度。通过 测量和分析振动幅值，可以评估机械系统的振动强度和对周围环境的影响。 四、稳定性分析 振动的稳定性分析是评估机械结构在振动过程中是否能保持其良好的工作状态 的过程。稳定性分析的目的是找出机械系统振动不稳定的原因，并采取相应的措施来提高机械结构的稳定性。 1.线性稳定性分析：线性稳定性分析是指根据机械系统的动力学方程进行分析，求解系统的固有频率和振动模态，并根据结果判断系统的稳定性。线性稳定性分析适用于简单的机械结构和线性振动系统。 2.非线性稳定性分析：非线性稳定性分析是指考虑机械系统中非线性因素的影响，分析系统在非线性振动条件下的稳定性。非线性振动往往会引起周期性或非周期性的运动现象，非线性稳定性分析可以帮助我们了解和预测机械系统的振动行为。 五、结论 机械系统振动特性与稳定性分析对于机械结构的设计和改进具有重要意义。合 理的振动特性分析可以帮助我们了解机械系统的振动行为，为优化设计和改善工作
机械系统动力学建模与性能分析 随着科技的进步和工业的发展，机械系统在我们的生活中扮演着越来越重要的 角色。无论是汽车、飞机还是工厂中的生产线，机械系统的运动和性能都是我们关注的焦点。而机械系统动力学建模与性能分析则是研究机械系统运动规律和性能特征的重要方法。 机械系统动力学建模是指将机械系统的结构和运动关系用数学模型表示出来。 这样做的好处在于可以简化复杂的机械系统，从而方便我们进行分析和研究。常见的机械系统包括弹簧、阻尼、摩擦等元件，它们之间的相互作用会导致系统的运动产生非线性行为。动力学建模的目的是理解这些复杂的运动行为，并通过数学模型来描述它们。 在动力学建模中，最常用的方法是拉格朗日方程和哈密顿原理。拉格朗日方程 是通过定义系统的广义坐标和广义速度，将系统的动能和势能表示为拉格朗日函数，并通过对该函数进行变分，得到系统的运动方程。而哈密顿原理则是通过定义系统的广义动量和广义位移，利用变分原理得到系统的运动方程。这两种方法都是从能量角度出发，揭示了机械系统的能量转换规律和作用关系。 一旦建立了机械系统的数学模型，我们就可以进行性能分析。性能分析主要包 括系统的稳定性、频率响应和振动特性等方面。稳定性分析是研究系统的平衡状态是否稳定的问题。通过对系统运动方程的线性化处理，可以得到系统的特征方程和特征值，进而判断系统的稳定性。频率响应分析是研究系统对外界激励的响应情况。通过对系统的传递函数进行频域分析，可以得到系统的振幅-频率特性曲线和相频 特性曲线，从而了解系统在不同频率下的响应情况。振动特性分析是研究系统的自由振动和强迫振动行为。通过求解系统的固有振动频率和模态形式，可以揭示系统的固有振动特性，为系统设计和优化提供参考。 机械系统动力学建模与性能分析的应用非常广泛。在汽车工程中，我们可以通 过动力学建模和性能分析来研究汽车的悬挂系统和底盘系统，从而提高汽车的行驶
机械系统中的刚柔耦合动力学分析引言 机械系统的刚柔耦合动力学分析是研究刚性部件和柔性部件耦合工作时的振动特性和动力学性能的过程。刚柔耦合系统由刚性和柔性部件组成，其刚性部件具有高刚度和低振动特性，柔性部件则具有低刚度和高振动特性。刚柔耦合分析在现代工程设计和制造中具有重要的作用，尤其是在飞行器、机器人、精密仪器等领域中的应用。 一、刚柔耦合动力学模型 刚柔耦合动力学模型是描述该系统振动行为的数学模型。该模型可以基于刚体动力学和弹性体动力学原理建立。刚体动力学模型涉及质点、刚体的平移和旋转运动方程，弹性体动力学模型涉及刚体振动的波动方程和柔性部件的变形方程。综合考虑刚体和弹性体的动力学模型，可建立刚柔耦合动力学模型，用于研究振动响应和动力学性能。 二、刚柔耦合系统的耦合方式 刚柔耦合系统的耦合方式主要包括刚体与柔性部件的物理耦合和动力学耦合。物理耦合是指刚体和柔性部件通过连接件（如螺栓、焊接等）实现的实体耦合，确保其共同工作。动力学耦合是指刚体和柔性部件在振动过程中相互作用和影响。物理耦合和动力学耦合的研究有助于理解刚柔耦合系统的振动特性和动力学行为，提高系统工作的稳定性和可靠性。 三、刚柔耦合系统的振动特性分析
刚柔耦合系统的振动特性是研究该系统固有频率、模态形状和振型等振动性质的过程。通过振动特性分析，可以确定系统的谐振频率和振型，为系统优化设计和振动控制提供依据。常用的方法包括有限元分析、模态分析和振动测试等。其中，有限元分析是一种基于数值计算的方法，可以模拟系统的振动响应，模态分析可以获得系统的固有频率和模态形状，振动测试可以直接测量系统的振动状态。 四、刚柔耦合系统的动力学性能分析 刚柔耦合系统的动力学性能是研究该系统在外部激励作用下的响应和行为。动力学性能分析主要包括动力学模态分析、频率响应分析和阻尼特性分析等。动力学模态分析可以研究系统在特定工况下的振动行为和能量分布，频率响应分析可以研究系统在不同频率下的响应特性，阻尼特性分析可以研究系统的振动耗能和稳定性。这些分析有助于设计优化和振动控制，提高系统的工作性能和动态稳定性。 结论 刚柔耦合动力学分析是研究机械系统刚性部件和柔性部件相互作用的振动特性和动力学性能的重要方法。通过建立合理的动力学模型，分析系统的耦合方式和振动特性，优化系统设计和振动控制，可以提高系统的可靠性和动态稳定性，满足现代工程设计和制造的需求。刚柔耦合动力学分析在航空航天、机械制造、精密仪器等领域具有广泛应用前景，为相关领域的科研和工程实践提供了重要的理论支持和技术指导。
动力学分析结构的振动特性与响应分析 动力学分析结构的振动特性与响应分析是工程领域中一个重要的研究方向，它主要关注结构在外部力的作用下的动态响应。通过研究结构的振动特性和响应，可以评估结构的安全性、可靠性以及结构与外部环境的相互作用。本文将介绍动力学分析结构的振动特性与响应分析的相关概念、方法和应用。 一、概述 动力学分析结构的振动特性与响应分析是通过数学和物理的方法，研究结构受到外部力作用时的振动特性和响应的过程。它涉及到结构力学、振动学、动力学、信号处理、数值计算等多个学科的知识。该分析可以帮助我们了解结构的自由振动频率、模态形态和阻尼特性，进而评估结构的可靠性，指导结构设计和改进工程实施方案。 二、动力学分析方法 动力学分析结构的振动特性与响应分析有多种方法，常见的方法包括模态分析、频域分析和时域分析。 1. 模态分析 模态分析是基于结构的固有振动模态进行分析的方法。通过模态分析，可以计算出结构的固有频率、振型和阻尼比等。模态分析是动力学分析的基础，能够为后续的分析提供依据。 2. 频域分析
频域分析是通过将结构响应信号转换到频率域进行分析的方法。最 常见的频域分析方法是傅里叶变换，它将结构的时域响应信号转换为 频谱图。频域分析可以用于计算结构的频率响应函数、频率响应特性 和结构与外部激励的关系。 3. 时域分析 时域分析是通过在时间域内观察结构的响应来进行分析的方法。时 域分析可以得到结构在时间上的响应曲线，包括位移、速度、加速度等。通过时域分析，可以研究结构的动态特性和响应过程。 三、应用领域 动力学分析结构的振动特性与响应分析在工程实践中具有广泛的应用。以下是一些常见的应用领域： 1. 结构安全评估 通过动力学分析可以评估结构在外部力作用下的安全性。通过分析 结构的振动特性和响应，可以判断结构的稳定性、承载能力和耐久性。这对于制定合理的工程设计和维护方案具有重要意义。 2. 结构改进与优化 通过动力学分析，可以了解结构的振动特性和响应状况，发现结构 中存在的问题和缺陷。基于这些分析结果，可以进行结构的改进和优化，提高结构的性能和可靠性。 3. 结构与环境相互作用
机械振动特性分析及仿真实验发展思路总 结 机械振动是工程领域一个重要的研究方向，对于各种机械系统的设计、 优化及故障诊断都具有重要的意义。本文将总结机械振动特性分析及仿真实 验的发展思路，并探讨未来的研究方向。 首先，机械振动特性分析是机械系统振动研究的基础。通过分析机械系 统的振动特性，可以揭示系统的固有频率、振型及振动传递路径等信息，为 系统的设计提供依据。常用的分析方法包括有限元法、模态分析法和频域分 析法等。有限元法广泛应用于结构振动分析，通过建立数学模型求解结构的 振动特性。模态分析法则通过识别结构的振型和固有频率来研究系统的振动 特性。频域分析法则是将时域信号转换到频域，用频谱特性来分析振动信号 的能量分布。这些分析方法相互补充，可以全面、深入地研究机械系统的振 动特性。 其次，仿真实验是机械振动研究的重要手段。通过模拟实验，可以模拟 复杂机械系统的振动特性，并对系统进行优化设计。目前，常用的仿真软件 包括ANSYS、ADAMS和MATLAB等。ANSYS可以进行结构的有限元分析，通过该软件可以模拟机械系统受力情况和振动特性等。ADAMS则是一 款专门用于机械动力学仿真的软件，可建立系统的多体模型，并模拟整体动 力学行为。MATLAB是一种编程环境和开发工具，可以进行数据分析和模 型仿真。仿真实验提供了一个经济、高效、安全的研究手段，可以在不同的 工作条件下模拟机械系统的振动行为，为系统的设计和优化提供参考。 未来，在机械振动特性分析及仿真实验的研究中，有几个方向值得关注。首先，多项式近似方法是研究机械振动特性的一个重要方向。通过应用多项 式进行信号的近似，可以提高振动分析的精度和效率。其次，非线性振动的 研究也是一个新兴的领域。非线性振动具有复杂的动力学行为，对于机械系 统的可靠性和安全性具有重要影响。研究非线性振动的机理和控制方法，可 以优化系统的设计，避免共振和失稳现象的发生。此外，振动信号处理技术 也是未来的研究重点。振动信号中包含丰富的信息，通过信号处理技术，可 以提取有用的振动特征并进行故障诊断。机器学习和人工智能技术的发展， 为振动信号处理提供了新的思路和方法。 总之，机械振动特性分析及仿真实验在工程领域具有重要意义，为机械 系统的设计和故障诊断提供了重要方法和手段。未来的研究可以从多项式近 似方法、非线性振动研究和振动信号处理技术等方面展开，以提高振动分析
基于UG软件的四连杆运动仿真分析 UG软件是一款常用的CAD（计算机辅助设计）软件，它能 够帮助工程师进行各种模型的建立、装配和分析。在机械领域，UG软件被广泛应用于各类机械零部件的设计和仿真。本文将 就UG软件的四连杆运动仿真分析进行探讨，并详细介绍其原理、步骤及应用场景。 一、四连杆的基本概念 四连杆是一种机械传动机构，由四条杆件和四个旋转副构成。其中两条较长的杆件在一端旋转固定，称为地杆，另外两条较短的杆件同样旋转固定，称为摇杆。四连杆的动作主要靠摇杆的运动驱动，使机械系统完成各种工作。四连杆的工作原理强调套路重复的动作，即摇杆先向一个方向运动，然后再向另一个方向运动，执行往复的动作。 二、四连杆的运动仿真分析原理 在使用UG软件进行四连杆运动仿真分析之前，我们需要了解一些基本原理。首先，我们需要清楚地知道四连杆的各个参数，包括地杆长度、摇杆长度、连杆长度和摇杆旋转轴的位置等。其次，我们还需要明确四连杆运动的动力学方程，即四个杆件的位置和速度之间的关系。最后，我们需要掌握运动分析的方法，以便根据四连杆的参数和动力学方程，计算出各个杆件的位置和速度。 三、四连杆运动仿真分析的步骤
1. 创建机械结构模型 我们首先需要在UG软件中创建四连杆的机械结构模型，包括四连杆的杆件和旋转副等。在创建过程中，需要设置结构的初始参数，如地杆长度、摇杆长度、连杆长度、摇杆旋转轴的位置等。此外，还需要定义四连杆的运动路径和工作条件。 2. 定义杆件约束与运动学关系 在创建四连杆的模型后，需要对杆件进行约束和位移关系的定义。我们需要选择恰当的杆件，对其进行约束设置，确定其运动的自由度，以达到正确的运动效果。同时，还需要定义杆件之间的运动学关系，解决各个杆件之间的相互作用问题。 3. 进行四连杆运动仿真 完成约束和位移关系的设置后，我们就可以开始进行四连杆运动仿真。在进行仿真前，我们需要确定仿真方案和仿真参数，如仿真时间、仿真速度和仿真环境等。仿真过程中，我们可以通过数值计算或者图像实时显示，来得到四连杆的运动状态、速度和加速度等运动学参数。 4. 仿真结果分析 完成仿真后，我们需要分析仿真结果，包括各个杆件的位置、速度和加速度等参数。同时，还需要对四连杆的工作情况进行分析，解决可能存在的问题，如振动、卡滞等。最终，我们需