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第 7 章机械动力学7.1概述一．机械动力学的研究内容及意义1）机械的摩擦及效率；2）机械的平衡；3）分析、计算机械系统的速度波动，周期性波动的调速方法和有关的调速零件的设计。
二．机械中作用的力作为发动机的曲柄滑块机构P-驱动力（爆发力）Mr –阻力矩（工作阻力矩）G2 –连杆重力重心上升－阻力，重心下降－驱动力F S2、 M S2 - 惯性力与惯性力矩，Ｎ、Ｆ f –正压力与摩擦力7.2 机械中的摩擦及效率一．机械中的摩擦（一）移动副中的摩擦1.平面摩擦摩擦力产生的条件：（1）两物体直接接触，彼此间有正压力；（2）有相对运动或相对运动的趋势。
作用：阻止两物体产生有相对运。
设摩擦系数为u，F21=uN 21F21tg，φ－摩擦角N21将 F21与 N21合成为 R21R21－总反力（全反力）P X P分解为 P和 P ，tgX Y P Y（ P X P sin、 P Y P cos ）F21P X，有F21tgY 方向平衡： Py=N 21，即：tg tg P Xtg讨论：①总反力 R21恒与相对速度V 12成 90° +φ②当β >φ， P X > F21，滑块作加速运动；当β =φ， P X = F21，动则恒动，静则恒静；当β <φ， P X < F21，原来运动，作减速运动，原来静止，永远静止，称自锁。
③ 自锁条件：β≤φβ=φ，条件自锁（静止）；β<φ，无条件自锁。
2.斜面摩擦斜面机构如图，滑块置于升角α的斜面上，摩擦角为φ，作用于滑块上的铅垂力为Q，求滑块等速上升和下降时所需水平平衡力P 和 P’。
（1）求等速上升水平平衡力 PP－驱动力， Q－阻力PQ R 21 0 ，tg ()P，P Qtg () （1）Q（ 2）求等速下降水平平衡力 P ’Q －驱动力， P ’－阻力P'Q R 21 0 ，tg () P '，P 'Qtg () （2）Q讨论：① 欲求下滑 （反行程） P ’，只需将式 （ 1）中 P →P ’，φ→ (－φ )② 下滑时，当α >φ， P ’为平衡力α <φ， P ’为负，成为驱动力的一部分，该条件下，若无 P ’，则无论 Q 多大，滑块不下滑，称自锁，自锁条件：α≤φ。
机械动力学Copyright @ 2009 HRBEU 702All Rights Reserved绪论一、机械动力学性质1.机械：机构、机器的总称。
（机械原理）2.动力学：研究刚体运动及受力关系的学科。
动力学正问题—已知力（力矩）求运动；动力学反（逆）问题—已知运动求力（力矩）。
机械动力学：是研究机械在力作用下的运动、机械在运动中产生的力（力矩）的科学。
F ma=例：机构组成性质：曲柄、急回。
若已知力（力矩），当机构处于平衡状态时，求力矩（力）--机械静力学问题。
若已知M、F，求ω、v 时—机械动力学。
ωM Fv二、机械动力学研究内容1. 描述机械有那些基本参数1）机构参数：几何参数（杆长）；物理参数（质量m，转动惯量J）。
2）运动参数：转角θ、ω、α、s、v、a。
3）力矩M、力F。
2. 内容1）已知机械的物理、几何参数进行动力学分析。
a、已知力求运动；b、已知力求运动。
可表示为：2）已知运动、受力求结构这是机械设计研究问题，一般实际做法是先设计后校核，少数情况是直接求设计参数。
例：(,)(,,,,,,)f F Mg l m J v a ωαZZ X YZ Z q求支点最佳位置。
如果梁静止为静力学问题；如果梁有惯性运动为动力学问题。
3）具体章节内容单自由度运动学方程的建立二自由度运动学方程的建立，如差动轮系、五杆机构多自由度运动学方程的建立，如机械手臂、机器人等理想情况下（无摩擦变形等）考虑摩擦，如铰链、关节处摩擦考虑弹性变形，如杆变形、并联柔性机器人变质量问题，如推土机工作过程、火箭发射过程有间隙情况下动力学研究，不详讲述三、研究对象--以机械为研究对象三大典型机构连杆机构凸轮机构齿轮机构组合机构四、其它1.学习机械动力学目的、意义学习动力学分析问题的思想和基本方法，能够解决一般动力学问题。
2.教材（见前言）3.考核方式开卷。
§1-1 利用动态静力法进行动力学分析一、思路动静法：根据达朗贝尔原理将惯性力计入静力平衡方程，求出为平衡静载荷和动载荷而需在原动件上施加的力（力矩）。
动力学中的机械振动与周期在动力学中，机械振动是一个重要的研究领域。
机械振动是指物体在受到外力作用时，由于其固有特性而产生的周期性运动。
周期性运动是指物体在相同时间间隔内重复出现的运动状态。
本文将介绍机械振动的基本概念、周期性运动的特征以及机械振动的应用。
一、机械振动的基本概念机械振动的基本概念包括质点振动和刚体振动。
质点振动是指物体在自由运动过程中保持形状不变，只发生位置移动的振动。
刚体振动是指在振动过程中，固体保持形状不变，整体发生平移或者旋转的振动。
机械振动的产生离不开弹性力和阻尼力的作用。
弹性力是物体受到形变作用时产生的恢复力，它使得物体回到其平衡位置。
阻尼力则是摩擦力等外力对物体振动过程中的能量损失。
二、周期性运动的特征周期性运动的特征是指物体在振动过程中重复出现的特定运动状态。
基本的周期性运动包括简谐振动和非简谐振动。
简谐振动是指物体在恢复力和质量之间满足线性关系时产生的振动。
简谐振动具有周期恒定、频率恒定和振幅恒定的特点。
非简谐振动是指物体在恢复力和质量之间不满足线性关系时产生的振动。
非简谐振动的振幅和周期会随着时间的推移而变化。
三、机械振动的应用机械振动在工程和科学领域具有广泛的应用。
以下列举几个常见的应用场景。
1. 结构物的振动分析: 在工程领域中，机械振动的分析可用于评估建筑物、桥梁等结构物的耐久性和安全性。
通过对结构物的振动特性进行测量和分析，可以判断结构物是否存在疲劳、共振等问题，从而进行相应的维修和改善措施。
2. 振动传感器: 振动传感器是一种常用的测量设备，可以用于检测和监测机械设备的振动情况。
通过对设备振动的监测，可以及时发现设备的故障和损坏，从而提前采取维修和保养措施，减少停机时间和生产损失。
3. 振动控制技术: 振动控制技术是通过对振动系统施加控制力来减小或消除振动的技术手段。
该技术广泛应用于航空航天、汽车制造、机械加工等领域。
通过振动控制技术可以提高系统的稳定性和工作效率，减少振动对设备和人体的损伤。
机械工程控制基础1.控制系统的基本性能要求：快速性、稳定性、准确性。
2.若系统的数学模型表达式是线性的，则这种系统是线性系统，线性系统最重要的特性是可以运用叠加原理。
3.方块图是系统中各环节的功能和信号流向的图解表示方法，由基本方块、相加点和分支点构成。
4.方块图包含了与系统动态性能有关的信息，与系统的物理结构无关。
5.方块图简化过程遵守的两条基本原则：（1）前向通道的传递函数保持不变（2）各反馈回路的传递函数保持不变6.数学模型是系统动态特性的数学表达式。
建立数学模型是分析、研究一个动态系统特性的前提，一个合理的数学模型应能以最简化的形式准确地描述系统的动态特性。
7.校正有串联校正和并联校正。
串联校正按校正环节的性能可分为：增益校正、相位超前校正、相位滞后校正、相位超前-滞后校正。
并联校正按校正环节并联方式分为：反馈校正、顺馈校正。
8.反馈校正是从系统某一环节的输出中取出信号，经过校正网络加到该环节前面某一环节的输入端，并与那里输入信号叠加，从而改变信号的变化规律，实现对系统进行校正的目的。
9.信息是指一切能表达一定含义的信号、密码、情报和消息。
10.信息传递，是指信息在系统及过程中以某种关系动态的传递过程。
11.系统一般指的是能完成一定任务的一些部件的组合。
12.控制系统是指系统的可变输出能按照要求由输入或控制输入进行调节的系统。
按是否存在反馈，分为开环控制系统和闭环控制系统。
13.信息的反馈就是把一个系统的输出信号不断直接的或经过中间变换后全部或部分地返回到输入端，再输入到系统中去。
如果反馈回去的信号与原系统的输入信号的方向相反或相位相差180°，则称为负反馈；如果方向或相位相同，则称之为正反馈。
14.反馈控制是指在某一行动和任务完成之后，将实际结果进行比较，从而对下一步行动的进行产生影响，起到控制的作用。
15.频率响应是系统对正弦输入的稳态响应。
16.频率特性是通过分析不同正弦输入下系统的稳态来表示系统的动态特性，它仅与系统本身参数有关。
机械振动：机械或结构在它的静平衡位置附近的往复弹性运动。
本书涉及的振动均指机械振动。
激励、响应和系统三者之间的关系已知其中之二可求其一振动的分类线性振动：用线性微分方程描述。
在线性振动中叠加原理成立非线性振动：非线性微分方程描述系统的自由度数：描述系统运动所需要的独立坐标的数目。
•连续系统：在实际中遇到的大多数振动系统的质量和刚度都是连续分布的，通常需要无限多个自由度才能描述它们的振动，它们的运动微分方程是偏微分方程。
如等截面的梁、杆，以及板等。
•离散系统：在结构的质量和刚度分布很不均匀时或者为了解决实际问题的需要，把连续结构简化为由若干个集中质量、集中阻尼和集中刚度组成的离散系统。
所谓离散系统是指系统只有有限个自由度。
描述离散系统的振动可用常微分方程。
其他的分类:(1)按激励情况分类：自由振动：系统在初始激励下或原有的激励消失后的振动。
强迫振动：系统在持续的外界激励作用下产生的振动。
(2)按响应情况分类：简谐振动：振动的物理量为时间的正弦或余弦函数。
周期振动：振动的物理量为时间的周期函数，可用谐波分析的方法归结为一系列简谐振动的叠加。
简谐振动也是周期振动。
瞬态振动：振动的物理量为时间的非周期函数，在实际的振动中通常只在一段时间内存在。
离散振动系统三个最基本的元件：惯性元件、弹性元件和阻尼元件。
在系统振动过程中惯性元件储存和释放动能，弹性元件储存和释放势能，阻尼元件耗散振动能量。
单自由度系统：只有一个自由度的振动系统称为单自由度振动系统。
单自由度线性振动系统可以用一个常系数的二阶线性常微分方程描述它的振动规律。
自由振动：系统在初始激励下或外加激励消失后的一种振动形态。
其振动规律完全取决于系统本身的性质。
阻尼是用来度量系统自身消耗振动能量的能力的物理量。
最常用的阻尼是气体和液体的粘性阻尼，在线性振动理论中规定，由粘性阻尼引起的粘性阻尼力的大小与相对速度成正比，方向与速度方向相反。
等效阻尼方法是，假定系统做简谐振动，令原系统耗散的能量与粘性阻尼耗散的能量相同，从而求出等效阻尼系数。
