机械动力学演示文稿(一)-1

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机械动力学演示文稿(一)-2

Tm a x
1 2
I 0m2 ax
1 2
I0
A2
2 n
在摇杆摆到最大角位移 max 处时系统最大势
能包括两部分: 弹性变形后储存的弹性势能:
U1max
2
1 2
k
a2
2 m
ax
ka2
A2
质量块m的重心下降后重力势能: 由于
Tmax U max
U 2max mgl (1 conmax)
mgl
2 m
v (R r)
·园柱体绕质心转动,因无滑动,角速度为(以A点为瞬心)
v ( R 1)
rr
在任一瞬时位置, 园柱体的动能为:
T 1 mv2 1 I 2 1 W
2
2
2g
R r 2 1 W
2g
r2 2
R r
2
1
3 W (R r)22
4gWm g Nhomakorabea为园柱体的质量，
I W r 2 为园柱体绕质点轴的转动惯量
得:
m
m 3
A
2
2 n
k A2
n
k
m
m 3
m
m 3称为系统等效质量.
4. 有阻尼系统的自由振动
[1-31]
图示系统的运动方程: mxt cxt kxt 0
前面已述:
x 2x wn2 x 0
特征方程:
s 2 2s wn2 0
通解:
x B1es1 t B2es2t 其中:
1. 单自由度自由振动概述当外界对系统没有持续的激励即F(t)=0 但系统仍可以在初速度或
初位移其的运作动用微下分发方生程振为动:,称为m自x由振c动x kx 0

机械系统动力学-PPT课件

n
2
，可求解等效转动惯量：
n v i 2 si2 J J （ ) m ( ) e si i i i 1 1
HIGH EDUCATION PRESS
第十四章机械系统动力学
1.作定轴转动的等效构件的等效参量的计算
等效力矩的计算：
等效构件的瞬时功率：P M e
系统中各类构件的瞬时功率： P P F v cos i 'M i i i'' i si i
0 Md tan 0 n tan Mn
M M n 0 n M d 0 n 0 n ab
HIGH EDUCATION PRESS
第十四章机械系统动力学
二、机械的运转过程
1.启动阶段 2. 机械的稳定运转阶段
3. 机械的停车阶段
第十四章机械系统动力学
P P ' P ' ' M F v cos i i i i i i si i
第十四章机械系统动力学
HIGH EDUCATION PRESS
1.作定轴转动的等效构件的等效参量的计算
整个机械系统的瞬时功率为：
P M F v cos i i i si i
i 1 i 1 n n
HIGH EDUCATION PRESS
3.机械的停车阶段
停车阶段是指机械由稳定运转的工作转数下降到零转
数的过程。
第十四章机械系统动力学
HIGH EDUCATION PRESS
第二节机械系统的等效动力学模型
一、等效动力学模型的建立二、等效构件三、等效参量的计算四、实例与分析
第十四章机械系统动力学
作往复移动的等效构件的微分方程

机械动力学.ppt

m2e =m12r1+ m2 2r2 +mb2rb
=0
e=0
me=m1r1+ m2r2 +mbrb=0
F2
m2
m1
r2
b
2
r1
O
mb rb
F1
1
x
mr─质径积
Fb
me=m1r1+ m2r2 +mbr1=0 mbrb= -m1r1- m2r2
(mbrb)x= -m1r1cos1- m2r2 cos2 (mbr1)x= -m1r1sin1- m2r2 sin2
率是什么关系？
M r r

M
0
dd
…………………②
同一减速器，总效率为1(不计摩擦)；输入轴
角速度还是d 、扭矩还是Μd ；输出轴角速度还是r 、扭矩为Μr0 。问：输出轴功率与输入轴功
率是什么关系？
M
0
rr

Mdd
…………………③
Mr r Mdd …………………①
Mrr
f21 = oQ
─ 通式，适用于移动副、滑动高副、滑动轴承。
o表征几何形状对摩擦力的影响。
θ
Q θ
①
N 21
N 21
2
2
②
3）o 总汇
（1）简单平面移动副
o =
f21 1
2
N21 v12 P
Q
3）o 总汇
（2） V形槽移动副
o=/sin
θ
N 21 2
②
Q θ
①
N 21 2
3）o 总汇比较槽面摩擦：o=/sin

M
0
dd
…………………②

机械动力学演示文稿(二)

.
而作弓形回旋的轴, 轴内不产生交变应力, 但
对轴两端支承(轴承)作用有交变力, 并导致轴承
系统强迫振动.
<第二章振动分析基础>
[2-15]
§2－3 周期激励下的受迫振动,Fourier级数
一. 叠加原理线性微分方程描述的系统称为线性系统.线性系统满足叠加原理.
若系统有: 激励F1t x1t响应
3e
arctg 2 ;oG r 2 e2 2re cos 1 2
从方程看出:轴和轮子的几何中心的运动并不是一般意义上的振动,而是当轴与轮子系统绕自身轴以w旋转时,由于轮子偏心质量产生的离心惯性力作用,使轴变形为弓形,此时,轴与轮子系统的运动是由以下两种运动合成:
● 旋转运动(自转):轮子与轴绕自身轴的轴心线转动(G绕s的圆周运动),角速度为
1
得
:
H
1
2
k
i2
,
称复频响应或频率响应
● H(w)=x(t)/p(t) 是响应x(t)和激振力p(t)的比例因子.(谐波响应与谐波激励之比)
[2-3]
● H(w)的模和幅角:
1
H H ei ,其中: H
k
, 模
1 2 2 22
arctg
2 1 2
, 幅角
● 系统谐波响应x(t)另一表达形式
激励F2 t x2 t响应
则在激励
•••
C1F1t C2 F2 t • • • C1x1t C2 x2 t • • •响应
叠加原理对线性系统极重要,它使处理线性系统问题在理论和技术上成熟
介绍 a.. Fourier级数分析法
周期性激励分解基波及高次谐波求各谐波响应叠加系统总响应

机械动力学

机械动力学谷物淸选脯白勺运动学和动力学仿真谷物淸选蹄的构at与工作原現（―）杂占谷物淸选iW的构at与工作eg （二）・£負鱼」一«•■二7脱出物的运动学和动力学仿真模型脱出物在筛面的运动学和动力学仿真（一）初始化设计变量参数; 构理参数化棋型；定义荷载并求解; 提取状态变址数值；进行参数化分析；定义优化变量；设定约束条件；进行优化分析O 脱出物在清选筛面的运动学动力学仿真（二） |;| 优化设计过程q lud&fy D・«A・n V HC i«Lvl> ・•・St.«n4u'4 ▼alue U 6Value 冷♦/- r«c«o1 ftal.Qw V0M 二J-»•：!«[11-WO♦ >•!(<t*]10.0厂AU E 0>qmqg x r<Mtr Utt of «12w»4—OK 1 1 Cootl 1设计参数变化对加速度的影响ol曲柄长度Lg、连杆长度S B、摇杆长度L BC，Lm、摆杆长度L申曲柄的转速：依次选取五个设计变量，DV-1、DV-2、DV-3、DV-4、DV-5!1DV^5DV DV DV DV4✓z4Xz选择曲柄转速DVJ5、摇*长度DV_3和摆杆氏度DV24作为关從参数电设计变量与约束条件设计变最：X — [xj •入2 ■入3 —[羽.r•F戌屮，泊选帅机恂曲抽转迷•单位为曲mr-消选》机构痛杆K腹.虹位为m：O—机初连朴长度.单•位为m・约束条件为:0・12m< r空・15m0.10m匸r； <0J4m 280r/min£zr 三340rmin 转换为设汁变昼为：OJ2m：a)V_3<0-15m0・10mvDV_4 <0.14m1680° s^DV 5 仝2040° /s伏化设计8目标函致就是炎d找出能便筛I：的杯粒运幼过冷中加速度较人.便r脱出物分A和脱出物分反皿优的机构莎数。

机械知识之机械系统动力学PPT课件( 40页)

过分追求机械运转的平稳性，将使飞轮过于笨重。
2）当JF与m一定时， [W] - 成正比。即[W]越大，
机械运转速度越不均匀。
3）由于J≠∞，而[W]和m又为有限值，故不可能
为“0”，即使安装飞轮，机械总是有波动。
4）J与m的平方成反比，即平均转速越高，所需飞轮
的转动惯量越小。故飞轮一般安装在高速轴上。
W < 0 ——亏功

t
启动稳定运转停车
停车时间由Wc决定。加快停车，需加制动。启动阶段和停车阶段称为过渡过程。
三、速度不均匀系数
ω
主轴角速度 = (t)
则平均角速度：
mi n ω max ω
m

1 T
T
d
0
O
T
φ
工程上常用其算术平均值表示：
ωm＝（ωmax＋ωmin）/2
A
B5
C
D
K
2
M
K O
R
6
1
4 3
工作介质
1—原动机 2—工作机 5—调节器本体 6—节流阀
§8-5 飞轮设计
飞轮设计的基本问题：已知作用在主轴上的驱动力矩和阻力矩的变化
规律，在[]的范围内，确定安装在主轴上的飞轮
的转动惯量 JF 。
一、飞轮转动惯量计算
Md
驱动力矩Md (φ)和阻力矩Mr (φ) 是原动机转角的函数。
解：1)求Md
由于在一个循环内Md和
kNm Mr
Mr所作的功相等，故可得： Md
10
Md
1
2
2
0
Mrd
0
2 1 [1 21 02(1 2 21)0 ]5

机械动力学第1、2章

2
2
1 2 2 1 d n 根据 Td 2 k mn cc 2mn
ln(16) 2.7726
k 200 3.43382 2358.2652( N / m) cc 2 200 3.4338 1373.54( N s / m) c cc 0.4037 1373.54 554.4981( N s / m)
第一章单自由度系统
• • • • •
常用的推导动力学方程的方法牛顿第二定律达朗贝尔原理虚位移原理能量守恒原理
无阻尼自由振动
1.无阻尼自由振动解
如果一个质点偏离其平衡位置的距离为 xm, 则其将进行自由振动，有牛顿定律，质点力的平衡方程为
ma F W k st x kx
高塔消振高塔消振台北 101 大厦内部装有阻尼耗能减振器台北 101 大厦内部装有阻尼耗能减振器
有阻尼自由振动的应用
网球 (( 羽毛球 )) 拍消网球羽毛球拍消网球拍或羽毛球拍在击球后产生自由振动，若不在网球拍或羽毛球拍在击球后产生自由振动，若不在下次击球之前停止振动，将影响再次击球的方向和下次击球之前停止振动，将影响再次击球的方向和角度，为此在铁合金管外面绕上石墨纤维，并在其角度，为此在铁合金管外面绕上石墨纤维，并在其外面用塑料捆扎住，石墨纤维外表面的库仑阻尼，外面用塑料捆扎住，石墨纤维外表面的库仑阻尼，使球拍在击球后，以最快的时间稳定下来使球拍在击球后，以最快的时间稳定下来
p103

【解】由于x1.5=x1/4, 因而x2=x1/16
n t2
x1 Ae nt1 sin( 1 2 n t1 ) x2 Ae

机械系统的动力学分析ppt课件

)
2
min
m (1
)
2
则得：
2 max
2 min
2
2 m
三、机械的调速
2、周期性速度波动的调节讨论：
max min m
（1）由公式可知，若ωm一定，当δ↓，则ωmax－ωmin↓，机械运转愈平稳；反之，机械运转愈不平稳。设计时为
使机械运转平稳，要求其速度不均匀系数不超过允许值。
即：
δ ≤[δ ]
为了便于讨论机械系统在外力作用下作功和动能变化，将整个机械系统个构件的运动问题根据能量守恒原理转化成对某个构件的运动问题进行研究。为此引入等效转动惯量（质量）、等效力（力矩）、等效构件的概念，建立系统的单自由度等效动力学模型。
§17-2 机械的运转和速度波动的调节
二、机械系统动力学的等效量和运动方程 1、机械的运动方程式的一般表达式
计计算和强度计算的重要依据。方法：图解法和解析法
§17-1 平面机构力分析
二、平面机构动态静力分析 1、构件惯性力的确定 1）作平面复合运动的构件
2）作平面移动的构件惯性力P1＝—mαs
3）绕定轴转动的构件惯性力偶矩MI1
§17-2 机械的运转和速度波动的调节
一、机械的运转
机械运转中的功能关系
三、机械的调速
3、飞轮的设计原理由于机械中其他运动构件的动能比飞轮的动能小
很多，一般近似认为飞轮的动能就等于整个机械所具
有的动能。即飞轮动能的最大变化量△Emax应等于机
械最W大m盈ax 亏 J功(E△mmWaaxx maxE。mmina)xmEax m2inmin12JJ(m2m2ax
2 min
Me = M1-F3(v3/ω1)

《机械动力学》课件

02
车辆动力学在车辆稳定性与控制方面有着重要的应用，例如研究如何设计控制系统来提高车
辆的稳定性、安全性以及行驶性能。
智能驾驶
04
智能驾驶技术离不开车辆动力学的研究，通过建模和控制算法的优化，可以实现更加智能、
安全的自动驾驶。
航空动力学
飞行器标动题力学
航•空动文力字学内主容要研究 • 文字内容
飞•行器文在字空内中容的运动规•律，文包字括内飞容行器的起飞、巡航、着陆等各个阶段的运动特性
的发展。
机器人动力学
机器人运动学与动力学
机器人动力学主要研究机器人的运动规律和力学特性，包括机器人的关节、连杆、驱动器等各个部分的动力学特性。
柔顺控制
柔顺控制是一种先进的机器人控制方法，通过引入柔顺性来提高机器人的适应性和安全性，减少碰撞和振动。
机器人控制
机器人动力学在机器人控制方面有着重要的应用，通过建立精确的数学模型和优化控制算法，可以实现机器人的精确控制和自主运动。
角动量守恒定律指出，在一个封闭系统中，如果没有外力矩作用，系统的总角动量保持不变。公式表示为 ΔL=ΔL0，其中ΔL和ΔL0分别表示系统初态和末态的角动量变化量。
动能定理
总结词
描述物体动能的变化与外力做功之间的关系。
VS
详细描述
动能定理指出，外力对物体所做的功等于物体动能的变化量。公式表示为W=ΔE，其中W表示外力对物体所做的功，ΔE表示物体动能的增量。
详细描述
非线性系统是指系统的输出与输入不成正比的系统，其动态行为非常复杂，难以预测和控制。非线性动力学主要研究非线性系统的分岔、混沌、突变等现象，以及这些现象对系统性能的影响。
智能机械动力学

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4. 1980年振动主动控制的研究从航空工程扩展到其它工程领域
航天工程领域：大柔性结构(大型天线太阳能电池板空间站) 其模态频率低且密集、阻尼小，在太空运行时,一旦受外干扰,大幅度的自由振动要延续很长时间. 由此，提出许多主动控制的新方案. 机械工程领域：采用主动控制技术消除柔性机器人臂在终端位置处的振动抑制挠性转轴通过临界转速的主动控制研究, 是当今转子动力学研究热点交通运输工程领域：车辆主动隔振、半主动隔振方面,已研制出主动支承元件.
NiTi合金制成的管接头示意图
(a)
马氏体状态扩管
(b) 奥氏体体形状回复、
(c) 管接头利用上述过程起到紧密连接作用
(4) 磁致伸缩材料作动器磁致伸缩材料在外加磁场的作用下,其尺寸、体积等会发生改变, 能提供较大控制力,并且在低压电流产生的磁场中具有很好的线性度和电场变化的响应能力. 如纯镍 NiFe NiCo等应用范围：高精度微幅隔振和自适应结构
[1-17]
(5) 电流变流体
由不导电流体和细小的悬浮状可极化的粒子组成.在通电状况下在极短的时间内,粒子极化,液体变成固体,悬浮粒子极化形成很强的静电引力链,这
种链即使断开,仍能重新结合起来。当电场撤消后,材料又恢复液态
玉米油中加入玉米淀粉矿物油中加入硅胶变压器油中加入纤维素硅油中加入沸石都可形成电流变流体.
[1-15]
2. 新型作动器及其它主动元件
作动器是影响主动控制实现的重要环节.目前重点在对不需要固定基础的轻型作动器的研究。主要有反作用式作动器压电陶瓷形状记忆合金电/磁致伸缩材料电流变液等构成的作动器或主动元件。
(1) 反作用式作动器
控制作动器中某一部件的运动,使其产生的反作用力作用于受控对象, 以控制受控对象的振动水平. 对线位移振动有惯性质量型作动器角位移振动有反作用轮型作动器(Reaction wheel) (2) 压电式作动器压电式作动器利用压电材料的逆压电效应,通过施加外部电场,将电能
(2) 作动器：又称作动机构。提供作用力（或力矩）的装置
[1-12]
直接施加在受控对象或通过附加子系统作用受控对象常用作动器：伺服液压式伺服气动式电磁式电动式电压式 (3) 控制器：核心环节实现所需的控制律其输出是驱动作动器动作的指令开环：其输入是按程序预先设置闭环：其输入通过测量系统感受受控对象的振动信息控制律：模拟电路----模拟控制数字计算机----数字控制
尼参数）
实际存在的受控对象：结构修改问题设计阶段的受控对象：动态设计问题 3. 按是否要能源分 (1) 无源控制：被动控制 (2) 有源控制：主动控制
[1-11]
三、振动主动控制 1. 两类控制方式：开环闭环
开环控制
闭环控制
开环控制：控制器中的控制规律是预先设置好，与振动状
态无关闭环控制：控制器按受控对象的振动状态为反馈信息而工作 2. 振动主动控制系统的组成 (1) 受控对象：控制对象（产品结构或系统的总称）
(4) 测量系统：振动信息转换并传输到控制器（传感器适调器
放大器滤波器） (5) 能源：为作动器提供外界能量（液压油源气源电源） (6) 附加子系统：有些系统没有
3. 两类振动主动控制问题: 四、振动主动控制的应用简介
动力响应的主动控制
[1-13-1]
动力稳定性的主动控制
1. 二十世纪20年代电磁阀控制的缓冲器（雏型） 2. 1960年前后出现复杂振动主动控制系统--解决航空工程的振动问题
控制装置：吸振器隔振器阻尼器等
(5) 实现
[1-8]
机床的振源分析框图
[1-9]
二. 振动控制的分类 1. 按不同性质的振动分 (1) 动力响应的控制：受迫振动的控制（共振） (2) 动力稳定性的控制：自激振动的控制 2. 按不同抑制振动手段分（5种） (1) 消振：消除或减弱振源（治本）
● ●
[1-4]
3. 环境预测：已知系统（特性）、响应，研究激励（振源分析故障诊断） §1－3动态问题的特点 1.振动学科：物理或力学分枝基础学科解
决工程中动力学问题--工程学科--振动工程
2.振动工程：解决工程中动态问题
3.动态问题：动态载荷作用于动态系统，构
成动态问题 4. 动态载荷：迅速变化（交变突变）的载荷
[1-1]
机械动力学
第一章
§1－1机器动态性能广义讲：动刚度动精度热稳定性习惯讲：动力特性动刚度具体讲：抵抗振动的能力
抗振性稳定性加工质量切削效率
绪论
[1-2]
§1－2 机械动力学的基本内容
屈维德说：振动设计、系统识别和环境预测三者可概括为现代机械动力学研究的基本内容
1.振动设计（动态设计）：已知激励，规定响应要求，设计系统的振动特性 ● 又称动力学的逆问题
[1-14]
五、振动主动控制的近期新进展 1. 受控对象与控制器的联合优化设计
有三种不同的解法： (1)串行(顺序)解法：受控结构优化与控制器优化设计分成两个”独立”阶段进行. 在完成一次循环迭代后,与前一次循环迭代结果进行比较,以决定需再从哪个阶段进行设计. (2)并行(同时)解法：受控结构与控制器设计参数都等同地视为设计变量,同时进行优化. (3) 多级分解的一体化设计方法：把整个优化过程分为系统级和子系统级的优化
对外界（求内部）的刺激强度（应力、应变、热、光、功能电、磁、化学和辐射等）具有感知的材料（感知材料）材料做传感器。分类对外界环境（或内部状态）发生变化作出响应并驱动的材料（执行材料），这种材料做成驱动（或执行）器、作动器。
智能材料（智能材料系统）定义：基于技术观点：材料和结构中集成有执行器、传感器和控制器；基于科学理念观点：在材料系统微结构中集成智能与生命特征，达到减小质量，降低能耗并产生自适应功能目的。将以上两点结合形成完整科学定义：模仿生命系统，能感知环境变化，并能实时地改变自身的一种对多种性能参数作出期望的、能与变化后的环境相适应的复合材料或材料的复合。
●
反复试凑修改的过程
[1-3]
2.系统识别：给定系统,已知激励，测试响应用测试数据与数学分析相结合方法确定振动系统数学模型 ● 已知机械结构运动方程一般形式时，系统识别简化为参数识别
●
● ●
又称动力学的正问题系统识别属动力分析范围动力分析研究三方面问题：
固有特性问题（系统识别动力响应问题动力稳定性问题参数识别）
参考书
昆明工学院《机床动力学》Ⅰ Ⅱ 清华大学《机械振动》
S．A．TOBAIS《机床动力学》
WILLIAM T.THOMSON《Theory of Vibration with Applications》师汉民等《机械振动系统》
§1－5 振动的控制一. 振动控制实现途径 1. 振动工程重要分支出发点和归宿 2. 振动控制：利用 3. 振动控制的五个环节
转换成机械能的装置。
压电材料有：压电陶瓷压电高分子材料(聚氟乙烯聚偏氟乙烯) 它们均可制成任意形状,易于与其它材料复合应用范围：柔性结构天线柔性机器人手臂的振动与形状控制中;作
为自适应智能结构的作动器 ;
(3) 形状记忆材料作动
①形状记忆效应（Shape Memory Effect,SME）某些具有热弹性或应力诱发马氏体相变的材料处于马氏体状态，并进行一定限度的变形后，在随后的加热并超过马氏体相消失的温度时，材料能完全恢复到变形前的形状和体积。作致动器，集“感知”与“驱动”于一体。主要有：Cu基合金，TiNi合金，Fe基合金 ②应用低频振动的控制 (形状记忆材料响应慢) 用作自适应紧固件、连接件和密封件。
机敏材料
现代技术能把感知，执行和信息等三种功能的材料有机地复合式集成于一体，实现材料的智能化。
感知材料
信息材料
执行材料智能材料
智能结构：智能结构与智能材料在尺度上是有区别的。把智能材料植入工程结构中，就能使工程结构感知和处理信息，并执行处理结果，对环境的剌激作出自适应响应，实现在线、动态、实时、主动监测与控制，达到增强结构安全，减轻质量，降低能耗，提高结构改组等目标，这种工程结构称为智能结构（intelligent structure）。
动平衡方法消除质量不平衡引起的离心力及力矩
车刀颤振冷却剂减少车刀后刀面与工件间磨擦力（破坏产生颤振的条件）
●
抵消振动：由控制引起的振动抵消未加控制的原振动
(2) 隔振：振源与受控对象之间串加一个子系统
(3) 吸振：动力吸振—-受控对象上附加一个子系统
[1-10]
(4) 阻振：阻尼减振---受控对象上附加阻尼器或阻尼元件（消耗能量） (5) 结构修改：修改受控对象的动力学特征参数（质量刚度阻
我校研究的电流变流体减振器采用由聚苯胺/钛酸钡纳米复合粒子与降粘的
甲基硅油组成的电流变流体应用范围: 用于自适应结构. 灌入某些重要结构中,使结构受到冲击时能
自动加固,能减振和防断裂
可控型动态阻尼器
智能材料
智能材料要求材料体系集感知，驱动和信息处理于一体，形成类似生物材料那样的具有智能属性的材料，具备自感知、自诊断、自适应、自修复等功能。智能材料来自功能材料
59年对B—52型飞机机身侧向弯曲模态进行主动控制
美国空军飞行动力实验室两项结构模态控制的研究：一项 66年开始“载荷减轻与模态镇定” 另一项67年开始“突风减缓与结构动力增稳系统”为飞机颤振主动抑制的研究创造了条件
3. 1971年9月止,B-52G、H型飞机都装上了抑制低频结构模态
振动系统.
[1-13-2]
(1). 确定振源特征：振源位置激励特性