1樓:愛刷
正問題:給定機械的輸入力合阻力的變化規律,求解機器的實際運動規律;
反問題:已知機構的運動和阻力,求解應施加於原動構件上的平衡力,以及各運動副的反力。
機械動力學概述
2樓:匿名使用者
機械動力學是機械原理的主要組成部分,它主要研究機械在運轉過程中的受力情況,機械中各構件的質量與機械運動之間的相互關係等等,是現代機械設計的理論基礎。 研究機械運轉過程中能量的平衡和分配關係。
為了簡化問題,常把機械系統看作具有理想、穩定約束的剛體系統處理。對於單自由度的機械系統,用等效力和等效質量的概念 ,可以把剛體系統的動力學問題轉化為單個剛體的動力學問題;對多自由度機械系統動力學問題一般用拉格朗日方程求解。
機械系統動力學方程常常是多參量非線性微分方程,只在特殊條件下可直接求解,一般情況下需要用數值方法迭代求解。許多機械動力學問題可藉助電子計算機分析。
機械運動過程中,各構件之間相互作用力的大小和變化規律是設計運動副的結構、分析支承和構件的承載能力 ,以及選擇合理潤滑方法的依據。在求出機械真實運動規律後可算出各構件的慣性力,再依據達朗貝爾原理,用靜力學方法求出構件間的相互作用力。
平衡的目的是消除或減少作用在機械基礎上週期變化的振顫力和振顫力矩。對於剛性轉子的平衡已有較成熟的技術和方法:對於工作轉速接近或超過轉子自身固有頻率的撓性轉子平衡問題,不論是理論和方法都需要進一步研究。
平面或空間機構中包含有往復運動和平面或空間一般運動的構件 ,其質心沿一封閉曲線運動。根據機構的不同結構,可以應用附加配重或附加構件等方法,全部或部分消除其振顫力。但振顫力矩的全部平衡較難實現。
機械運轉過程中能量的平衡和分配關係包括:機械效率的計算和分析,調速器的理論和設計,飛輪的應用和設計等。
機械振動的分析是機械動力學的基本內容之一, 現已發展成為內容豐富、自成體系的一門學科。
機構分析和機構綜合一般是對機構的結構和運動而言,但隨著機械運轉速度的提高,機械動力學已成為分析和綜合高速機構時不可缺少的內容。
近代機械發展的一個顯著特點是 ,自動調節和控制裝置日益成為機械不可缺少的組成部分。機械動力學的研究物件已擴充套件到包括不同特性的動力機和控制調節裝置在內的整個機械系統,控制理論已滲入到機械動力學的研究領域。
在高速、精密機械設計中,為了保證機械的精確度和穩定性,構件的彈性效應已成為設計中不容忽視的因素。一門把機構學、機械振動和彈性理論結合起來的新的學科——運動彈性體動力學正在形成,並在高速連桿機構和凸輪機構的研究中取得了一些成果。
在某些機械的設計中,已提出變質量的機械動力學問題。各種模擬理論和方法以及運動和動力引數的測試方法,日益成為機械動力學研究的重要手段。
機械原理的主要組成部分。它研究機械在運轉過程中的受力、機械中各構件的質量與機械運動之間的相互關係,是現代機械設計的理論基礎。
內容 機械動力學研究的內容包括6個方面。
1 在已知外力作用下求具有確定慣性參量的機械系統的真實運動規律。為了簡化問題,常把機械系統看作具有理想、穩定約束的剛體系統處理。對於單自由度的機械系統,用等效力和等效質量的概念可以把剛體系統的動力學問題轉化為單個剛體的動力學問題;對多自由度機械系統動力學問題一般用拉格朗日方程求解。
機械系統動力學方程常常是多參量非線性微分方程,只在特殊條件下可直接求解,一般情況下需要用數值方法迭代求解。許多機械動力學問題可藉助電子計算機分析。計算機根據輸入的外力參量、構件的慣性參量和機械系統的結構資訊,自動列出相應的微分方程並解出所要求的運動參量。
2 分析機械運動過程中各構件之間的相互作用力。這些力的大小和變化規律是設計運動副的結構、分析支承和構件的承載能力以及選擇合理潤滑方法的依據。在求出機械真實運動規律後可算出各構件的慣性力,再依據達朗伯原理用靜力學方法求出構件間的相互作用力。
3 研究迴轉構件和機構平衡的理論和方法。平衡的目的是消除或減少作用在機械基礎上週期變化的振顫力和振顫力矩。對於剛性轉子的平衡已有較成熟的技術和方法:
對於工作轉速接近或超過轉子自身固有頻率的撓性轉子平衡問題,不論是理論和方法都需要進一步研究。
平面或空間機構中包含有往復運動和平面或空間一般運動的構件。其質心沿一封閉曲線運動。根據機構的不同結構,可以應用附加配重或附加構件等方法全部或部分消除其振顫力。
但振顫力矩的全部平衡較難實現。優化技術應用於機構平衡領域已經取得較好的成果。
4 研究機械運轉過程中能量的平衡和分配關係。這包括:機械效率的計算和分析;調速器的理論和設計;飛輪的應用和設計等。
5 機械振動的分析研究是機械動力學的基本內容之一。它已發展成為內容豐富、自成體系的一門學科。
6 機構分析和機構綜合一般是對機構的結構和運動而言,但隨著機械運轉速度的提高,機械動力學已成為分析和綜合高速機構時不可缺少的內容。
展望 近代機械發展的一個顯著特點是自動調節和控制裝置日益成為機械不可缺少的組成部分。機械動力學的研究物件已擴充套件到包括不同特性的動力機和控制調節裝置在內的整個機械系統,控制理論已滲入到機械動力學的研究領域。在高速、精密機械設計中,為了保證機械的精確度和穩定性,構件的彈性效應已成為設計中不容忽視的因素。
一門把機構學、機械振動和彈性理論結合起來的新的學科──運動彈性體動力學 (ked)正在形成,並在高速連桿機構和凸輪機構的研究中取得了一些成果。考慮運動副中間隙和摩擦的機械動力學問題,有待於進一步深入研究。在某些機械的設計中,已提出變質量的機械動力學問題。
各種模擬理論和方法以及運動和動力引數的測試方法,日益成為機械動力學研究的重要手段。
機械動力學都有哪些內容?
3樓:濟寧鈦浩機械****
機械動力學是研究機械在力作用下的
運動和機械在運動中產生的力,並從力與運動的相互作用的角度進行機械的設計和改進的科學。機械動力學的內容:
機械動力學是研究機械在力的作用下的運動和機械在運動中產生的力的一門學科。機械動力學研究的主要內容概括起來,主要有如下幾個方面。
一、共振分析
隨著機械裝置的高速過載化和結構、材質的輕型化,現代化機械的固有頻率下降,而激勵頻率上升,有可能使機械的運轉速度進入或接近機械的「共振區」,引發強烈的共振。所以,對於高速機械裝置(如高速皮帶、齒輪、高速軸等)的支承結構件乃至這些高速機械本身,均應進行共振驗算。
這種驗算在設計階段進行,可避免機械的共振事故發生;而在分析故障時進行,則有助於找到故障的根源和消除故障的途徑。
二、振動分析與動載荷計算
現代的機械設計方法正在由傳統的靜態設計向動態設計過渡,並已產生了一些專門的學科分支。如機械彈性動力學就是考慮機械構件的彈性來分析機械的精確運動規律和機械振動載荷的一個專門學科。
三、計算機與現代測試技術的運用
計算機與現代測試技術已成為機械動力學學科賴以騰飛的兩翼。它們相互結合,不僅解決了在振動學科中許多難以用傳統方法解決的問題,而且開創了狀態監測、故障診斷、模態分析、動態模擬等一系列有效的實用技術,成為生產實踐中十分有力的現代化手段。
機械動力學的各個分支領域,在運用計算機方面取得了豐碩成果,如matlab、anams、catia、ansys等大型**軟體得到了廣泛的運用。
四、減振與隔振
高速與精密是現代機械與儀器的重要特徵。高速易導致振動,而精密裝置卻又往往對自身與外界的振動有極為嚴格的限制。因此,對機械的減振、隔振技術提出了越來越高的要求。
所以,隔振裝置的設計、選用與配置以及減振措施的採用,也是機械動力學的任務之一。
機械動力學在近年來雖然得到了迅速的發展,但仍有大量的理論問題與技術問題等待人們去探索,其中主要包括以下幾個方面。
1、振動理論問題
這類問題主要是指非線性振動理論問題。工程上的非線性問題常常採用簡化的線性化處理,或在計算機上進行分段線性化處理。在這方面還有待進一步探索。
工程中的大量自激振動(如導線舞動、機床顫振、車輪振擺、油缸與導軌的爬行等),目前還缺乏統一成熟的理論方法,許多問題尚待研究。
2、虛擬樣機技術
機械系統動態**技術又稱為機械工程中的虛擬樣機技術,是20世紀80年代隨著計算機技術的發展而迅速發展起來的一項計算機輔助工程(cae)技術。運用這一技術,可以大大簡化機械產品的開發過程,大幅度縮短產品的開發週期,大量減少產品的開發費用和成本,明顯提高產品的質量,提高產品的系統及效能,獲得最優化和創新的設計產品。因此,該技術一出現,就受到了人們的普遍重視和關注,而且相繼出現了各種分析軟體,如matlab、adams、ansys、catia、ug、pro/e、solidworks等。
對於這方面的工作,目前我國還有相當大的差距。
3、振動疲勞機理的研究
許多機械零件的疲勞破壞是由振動產生的。如何把振動理論與振動疲勞機理結合起來仍是一個熱門課題。
4、有關測試技術理論和故障診斷理論的研究
適用、有效、廉價的測試診斷裝置與技術的研究,離生產急需尚有相當大的距離。
5、流固耦合振動
流體通過固體時會激發振動,而固體的振動,如導線舞動、卡門渦振動、軸承油膜振盪等,又會反過來影響流體的流場和流態,從而改變振動的形態。
6、乘坐動力學
對於交通機械(如汽車、工程機械、艦船等),其結構設計、懸掛設計、座椅設計以及減振設計等都需要引入隨機振動理論,是一個廣闊且重大的課題。
7、微機械動力學問題
微機械並非傳統意義下的巨集觀機械的幾何尺寸的縮小。當系統特徵尺寸達到微米或奈米的量級時,許多物理現象與巨集觀世界的情況有很大差別。例如,在微機械中,構件材料本身的物理性質將會發生變化;一些微觀尺度的短程力所具有的長程效應及其引起的表面效應會在微觀領域內起主導作用;在微觀尺度下,系統的摩擦問題會更加突出,摩擦力則表現為構件表面間的分子和原子的相互作用,而不再是由載荷的正壓力產生,並且當系統的特徵尺寸減小到某一程度時,摩擦力甚至可以和系統的驅動力相比擬;在微觀領域內,與特徵尺寸l的高次方成比例的慣性力、電磁力等的作用相對減小,而與特徵尺寸的低次方成比例的黏性力、彈性力、表面張力、靜電力等的作用相對增大;此外,微構件的變形與損傷機制與巨集觀構件也不盡相同等。
針對微機械的研究中呈現出的新特徵,傳統的機械動力學理論與方法已不再適用。微機械動力學研究微構件材料的本構關係、微構件的變形方式和阻尼機制、微機構的彈性動力學方程等主要科學問題,揭示微構件材料的分子(或原子)成分和結構、材料的彈性模量和泊松比、微構件的剛度和阻尼以及微機構的彈性動力學特性等之間的內在聯絡,從而保證微機電系統在微小空間內實現能量傳遞、運動轉換和調節控制功能,以規定的精度實現預定的動作。因此,機械動力學的研究將會取得多方面的創新成果,這些成果不僅有重要的科學意義和學術價值,而且有很好的應用前景。
機械動力學的研究方法可分為兩類。
(1)結構動態分析
對於機械動力學正問題,動態分析一般藉助於多種動態分析法(如模態分析法、模態綜合法、機械阻抗分析法、狀態空間分析法、模態攝動法及有限元法等)建立結構或系統的數學模型,進而對結構的動態特性進行分析(如動態**等)。
對於機械動力學逆問題,動態分析通常先進行動態實驗,在此基礎上根據一定的準則建立結構或系統的數學模型,然後藉助引數辨識或系統辨識的方法進行分析。
(2)動態實驗
結構動態實驗包括模態實驗、力學環境實驗、模擬實驗等,它是產品設計和生產過程中不可缺少的環節,不僅可以直接考核產品的動力學效能,也為動態分析建立可靠的數學模型提供必要的資料。
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