机械动力学基础

机械设计中的动力学基础概念在机械设计领域中，动力学是研究物体在力的作用下运动规律的学科。

了解并掌握动力学的基础概念对于机械设计师来说至关重要，它们为设计稳定、高效且精确的机械系统提供了理论基础。

本文将介绍一些机械设计中常见的动力学基础概念，并且探讨它们在实际设计中的应用。

一、质点、刚体和力1. 质点在动力学中，质点是指没有体积和形状，仅有质量的物体。

质点可以看做是一个非常小的物体，它在运动中只有位置发生变化，没有大小和形状上的变化。

在机械设计中，我们常常将物体简化为质点来进行分析，这样可以简化计算和模拟过程。

2. 刚体刚体是指在力的作用下形状和大小保持不变的物体。

刚体的特点是它的各个部分相对位置不会发生改变。

在机械系统中，很多物体可以被近似看作是刚体，因为它们的变形可以忽略不计。

3. 力力是指施加在物体上的外部作用，它可以改变物体的运动状态或形状。

力的大小用牛顿来表示，方向用矢量表示。

在机械设计中，了解力的大小和方向对于设计出稳定和可靠的机械系统至关重要。

二、位移、速度和加速度1. 位移位移是指物体从一个位置到另一个位置的距离和方向变化。

位移可以用矢量来表示，它的大小表示距离，方向表示位移的方向。

在机械系统中，了解物体的位移可以帮助我们预测和优化系统的性能。

2. 速度速度是指物体在单位时间内所调整的位移。

速度的大小表示物体在单位时间内位移的长度，方向则表示速度的方向。

在动力学中，速度是描述物体运动状态的重要参数。

对于机械设计师来说，了解和掌握物体的速度有助于预测系统的动态行为。

3. 加速度加速度是指物体单位时间内速度的变化量。

加速度的大小表示速度变化的快慢，方向表示加速度的方向。

了解物体的加速度可以帮助我们理解和预测系统的运动行为，并优化设计以满足特定需求。

三、力的平衡和牛顿定律1. 力的平衡力的平衡是指物体在各个方向上受到的合力为零的状态。

在力的平衡下，物体的运动状态将保持不变，或者是匀速直线运动，或者是静止。

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）。

机械动力学基础课后答案一、填空题（每空1分，共30分）1、构件就是机器的_运动___单元体；零件就是机器的__生产___单元体；部件就是机器的__加装___单元体。

2、平面运动副可分为______低副__和____高副___，低副又可分为__转动副_____和___移动副____。

3、轮系运动时，所有齿轮几何轴线都固定不动的，表示___定轴轮系____轮系，至少存有一个齿轮几何轴线不紧固的，表示___行星轮系______轮系。

4、为保证带传动的工作能力，一般规定小带轮的包角α≥___120°_______。

5、若键的标记为键B20×70GB－79，则该键为__B____平键，b＝___20___，L＝_____70___。

6、轴的作用是_____支承轴上的旋转零件________________________。

按轴的承载情况不同，可以分为___传递运动和转矩____、___心轴_____、__转轴、传动轴_______。

7、凸轮机构就是由_____机架_______、________凸轮____、______从动件______三个基本构件共同组成的。

8、在曲柄摇杆机构中，当曲柄等速转动时，摇杆往复摆动的平均速度不同的'运动特性称为___急回特性_________。

9、在蜗轮齿数维持不变的情况下，蜗杆的头数越太少，则传动比就越_______小_____。

10、齿轮啮合时，当主动齿轮的____齿根__推动从动齿轮的___齿顶___，一对轮齿开始进入啮合，所以开始啮合点应为______从动轮齿顶圆______与啮合线的交点；当主动齿轮的___齿顶___推动从动齿轮的___齿根___，两轮齿即将脱离啮合，所以终止啮合点为________主动轮齿顶圆____与啮合线的交点。

11、滚动轴承内圈与轴颈的协调使用____基孔新制__制，外圈与轴承孔的协调使用基轴制 _______制。

第8章机械系统动力学基础8.1基本要求（1）了解机械平衡的目的和分类（2）熟练掌握刚性转子的平衡设计方法，了解平衡试验的原理和方法（3）掌握机械运动过程中的三个阶段中，机械系统的功、能量和原动件运动速度的特点，了解作用在机械中的外力与某些运动参数的函数关系（4）掌握建立单自由度系统等效动力学模型的基本思路及建立运动方程式的方法（5）熟练求解等效力矩和等效转动惯量均是机构位置函数时机械的运动方程式（6）掌握飞轮的调速原理及飞轮的设计方法，能熟练求解等效力矩是机构位置函数时飞轮的转动惯量（7）了解机械非周期性速度波动调节的基本概念和方法8.2重点和难点提示本章重点本章的重点是刚性转子动、静平衡的原理、方法以及转子的许用不平衡量。

速度波动的原因及平均速度、速度不均匀系数的概念及机械系统的等效动力学模型的建立及其基本概念。

本章难点动平衡原理及计算，机构在机座上的平衡，机械系统的等效动力学模型。

1.刚性转子的平衡设计根据直径D与轴向宽度b之比的不同，刚性转子可以分为两类：1）当时，可以将转子上的各个偏心质量近似的看作分布在同一回转平面内，其惯性力的平衡问题就转化为一个汇交力系的平衡问题，这也就是静平衡问题。

用图解法和解析法皆可求解。

利用力的平衡公式可以先求出所需增加或减除的平衡质量的质径积的大小和方向，确定后，即可求得。

2）当时，转子的轴向宽度较大，偏心质量就不能再看作在同一个回转平面内，就必须进行动平衡设计了。

设计时，首先选定两基准平衡平面，然后运用平行力系分解的原理将各偏心质量所产生的离心惯性力分解到这两个平衡平面上，然后分别对两个平衡平面进行平衡设计即可。

不管是静平衡问题还是动平衡问题，在求出平衡质量后要在该零件图的相应位置上添加这一平衡质量，或在其相反方向上减少这一平衡质量。

经过平衡设计后生产出来的转子通常需要做平衡试验。

绝对平衡的转子是不存在的，实际上也不需要。

所以应根据实际的需要选取转子的平衡品质，由此确定许用偏心距或许用质径积。