机械装置的基本力学模型

① 机械系统动力学方程的方法有哪些

一、共振分析
随着机械设备的高速重载化和结构、材质的轻型化，现代化机械的固有频率下降，而激励频率上升，有可能使机械的运转速度进入或接近机械的“共振区”，引发强烈的共振。所以，对于高速机械装置(如高速皮带、齿轮、高速轴等)的支承结构件乃至这些高速机械本身，均应进行共振验算。
这种验算在设计阶段进行，可避免机械的共振事故发生；而在分析故障时进行，则有助于找到故障的根源和消除故障的途径。
二、振动分析与动载荷计算
现代的机械设计方法正在由传统的静态设计向动态设计过渡，并已产生了一些专门的学科分支。如机械弹性动力学就是考虑机械构件的弹性来分析机械的精确运动规律和机械振动载荷的一个专门学科。
三、计算机与现代测试技术的运用
计算机与现代测试技术已成为机械动力学学科赖以腾飞的两翼。它们相互结合，不仅解决了在振动学科中许多难以用传统方法解决的问题，而且开创了状态监测、故障诊断、模态分析、动态模拟等一系列有效的实用技术，成为生产实践中十分有力的现代化手段。
机械动力学的各个分支领域，在运用计算机方面取得了丰硕成果，如MATLAB、AnAMS、CATIA、ANSYS等大型仿真软件得到了广泛的运用。
四、减振与隔振
高速与精密是现代机械与仪器的重要特征。高速易导致振动，而精密设备却又往往对自身与外界的振动有极为严格的限制。因此，对机械的减振、隔振技术提出了越来越高的要求。所以，隔振设备的设计、选用与配置以及减振措施的采用，也是机械动力学的任务之一。

② 机械设计基础模型制作

一、机械设计基础课件总体介绍：
机械设计基础是一门培养学生具有一定机械设计能力的技术基础课程。本课程在教学内容方面看重基本知识、基本理论、基本方法和创新思维，在培养学生实践能力方面着重设计能力和创新能力的基本训练。
本课程的目的及主要任务是培养学生：
1．掌握机构的原理、运动特性和机械动力学的基本知识，初步具有分析和设计基本机构的能力，并对机械运动方案的确定有所了解。
2．掌握通用机械零部件的工作原理、特点、选用和设计计算的基本知识，并初步具有设计简单的机械及通用机械传动装置的能力。
3．具有应用计算机技术的能力。?
4．具有运用标准、规范、手册、图册等有关技术资料的能力。
5．能通过实验来验证理论，并巩固和加深对理论的理解，同时使学生的动手及创新能力得到培养和训练。
二、机械设计基础课程的主要内容
1．教学基本内容?
机械设计基础的主要内容。机械设计的一般原则和程序。
平面机构的结构分析。平面连杆机构，凸轮机构、齿轮机构、轮系、其它常用机构。
机械运动方案的选择。
机械调速，刚性回转件平衡。
机械零件的工作能力和计算准则，机械零件常用材料选择原则，机械零件工艺性、标准化。
联接件设计：螺纹联接，键、花键联接等。
传动件设计：带传动，链传动，齿轮传动，蜗杆传动，螺旋传动等。
轴系零、部件设计：轴，滑动轴承，滚动轴承，联轴器，离合器等。
其它零、部件设计：弹簧，减速器等。
创新设计：简介，实例分析。
2．习题课，课外习题和设计作业?
根据教学需要，要适当安排习题课（讨论课）、课外习题和设计作业。
学生必须独立、按时完成课外习题和设计作业。
习题和作业完成情况应作为评定课程成绩的一部分。
3．课程设计?
设计能力的培养要求包括下列内容：
(1) 能根据设计任务拟定总体方案。
(2) 能按机器的工作状况分析和计算作用在零件上的力，合理选择零件材料正确计算零件的工作能力和确定其主要尺寸。
(3) 能考虑制造工艺、使用、维护，经济性和安全等问题，进行零件的结构设计。
(4) 绘制机器或部件的装配图以及零件图等。
每个学生必须在教师的指导下独立完成课程设计。设计题目为机械传动装置、简单的机械或机构设计。设计题目要灵活多样，教师要加强指导，注意培养和发挥学生的创新精神和独立工作能力。设计工作量的最低要求应相当于以单级圆柱齿轮减速器为主体的机械传动装置，每个学生至少应完成：部件装配图1张，零件工作图1张，设计说明书1份。课程设计完成后，每个学生应进行答辩，答辩情况应作为评定成绩的一部分。
4．实验?
每个学生要做4个实验，实验内容如下：
实验1、 机械设计及创新展示与分析
实验2、 机构运动简图测绘
实验3、 齿轮范成实验
实验4、 机械拆装实验
实验后应写出实验报告。
三、机械设计基础的教学基本要求
1．要求掌握的基本知识
机械设计的一般知识。机构和机械零件的主要类型、性能、特点、应用。机械零件的常用材料、标准，结构工艺性。摩擦、磨损、润滑和密封的一般知识。
2．要求掌握的基本理论和方法?
机构的组成，工作原理和运动特性。
机械动力学的基本原理、防振、减振的途径。
机械零件的工作原理、受力分析、应力状态、失效形式等。
机械零件的设计计算准则：强度，刚度，耐磨性，寿命，热平衡及经济性等。
简化计算，当量法，试算法等。
改善载荷和应力分布不均匀的方法，提高零件疲劳强度的措施，改善摩擦学性能的途径。
3．要求掌握的基本技能?
绘制机构简图；机械零、部件的设计计算及其工作图的绘制；查阅技术资料；编写技术文件及应该计算机技术等
机械设计基础课件在线学习：http://www.qzc.cn/jdx/jxsj/wlkj/word/html/out/kjjs.html
机械工程师网站： http://www.chinamachinist.net/html/jiaocheng/lijiaocheng/20080312/2357.html

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③ 什么是机械系统动力学仿真

系统仿真就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。

计算机试验常被用来研究仿真模型。仿真也被用于对自然系统或人造系统的科学建模以获取深入理解。仿真可以用来展示可选条件或动作过程的最终结果。仿真也可用在真实系统不能做到的情景，这是由于不可访问、太过于危险、不可接受的后果、或者设计了但还未实现、或者压根没有被实现等。

仿真的主要论题是获取相关选定的关键特性与行为的有效信息源，仿真时使用简化的近似或者假定，仿真结果的保真度与有效性。模型验证与有效性的过程、协议是学术学习、改进、研究、开发仿真技术的热点，特别是对计算机仿真。

(3)机械装置的基本力学模型扩展阅读

系统动力学是研究社会系统动态行为的计算机仿真方法。具体而言，系统动力学包括如下几点：

1、系统动力学将生命系统和非生命系统都作为信息反馈系统来研究，并且认为，在每个系统之中都存在着信息反馈机制，而这恰恰是控制论的重要观点，所以，系统动力学是以控制论为理论基础的。

2、系统动力学把研究对象划分为若干子系统，并且建立起各个子系统之间的因果关系网络，立足于整体以及整体之间的关系研究，以整体观替代传统的元素观。

3、系统动力学的研究方法是建立计算机仿真模型—流图和构造方程式，实行计算机仿真试验，验证模型的有效性，为战略与决策的制定提供依据。

④ 力学在机械工程专业中的应用，并说明原理

机械设备是零部件的集合体；单元之间的相互作用形成了体系的力学关系。所以，力学是机械专业的基础和内核。最简单的机械是杠杆，其中三个着力点与杆件内部的应力都是要在设计时考虑的。复杂的机械设计就需要更加周密的系统思考与计算了。

以齿轮变速箱设计为例，第一步，机构与结构设计；设计好速比分配与齿数计算。第二步，数字设计，根据速比与扭矩设计齿轮模数；齿轮几何形状计算，轴的直径计算。第三步，轴承选择。第四步，齿轮箱箱体设计。所有这些步骤无一不与力学计算密切相关。

如果承重不行，在使用过程中发生折断，那都是大型事故，涉及的伤亡和损伤，所以说很危险的，设计完后必须经过力学校核，至于你所说的数学基础不好，其实关于经典的力学模型，前人早就给我们建好了模型和分析公式，并不需要自己再去建立公式，当然前提你要根据自己的设计需要选择好正确的力学模型。

⑤ 研究机械的转动问题时，应根据什么定理来建立机械系统的等效力学模型

方程（1）两边同除以m1的到：v0-va=m2vb/m1(3)方程（2）两边同除以m1得到：v0²-va²=m2vb²/m1..(4)v0²-va²化为（v0+va)(v0-va)所以(4)可化为（v0+va)(v0-va)=m2vb²/m1..(5)让（5）（3）两边分别相除得到：v0+va=vb..(6)然后再把（3）（6）联立就解出vavb的表达式了。

⑥ 什么叫机械力

机械应力(mechanical stress)是指物体由于外因(受力、湿度变化等)而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。常见的应力现象就是钢丝不容易拉直，回卷起来。

(6)机械装置的基本力学模型扩展阅读：

一、消除法

1、消应力原理

机械应力消除法是在焊接结构中施加外部压力，焊接残余应力和外部压力叠加，由于较高残余应力的地方不能再承受任何外部压力而产生塑性变形，当外部压力去除之后，导致焊接残余应力减小。

2、加载压力与时间的关系

全焊接阀体球阀的工作压力为10 MPa，机械应力消除法的外加压力为工作压力的1.5 倍，即15MPa。根据阀体结构的尺寸和日本《载油舱机械应力消除法及水压试验》说明，设计了阀体机械应力消除试验加载压力与时间的曲线图。从中可以看出，机械应力消除法试验需要进行四步。

(1)首先以一定的加载速率将水压加载到设计压力，然后保持10 min 左右，接着继续以该加载速率将水压加到试验压力，然后将压力以一定的卸载速率逐渐降低到0 MPa。

(2)再将水压以一定的加载速率加到试验压力，随后以一定的卸载速率逐渐降低到0 MPa。

(3)以一定的加载速率增加水压到应力释放压力，在加压过程中分别在3 MPa、设计压力和密封试验压力三个地方各保持10 min，加到应力释放压力后，保持30 min，然后将压力以一定的卸载速率逐渐降低到0 MPa。

二、相关作用

焊接残余应力和变形，一直是国内外焊接学者们关注的焦点问题。自从出现焊接技术以来，人们就已经注意到在焊接结构的生产、制造过程中不可避免的产生焊接残余应力和变形。

焊接残余应力和变形不但可能引起焊接工艺缺陷，而且在一定条件下将影响结构的承载能力：诸如强度，刚度和受压稳定性；除此以外还影响到结构的加工精度和尺寸稳定性。因此，一直以来，焊接学者们不断的探索对焊接残余应力和变形的控制、调整和减小的工艺方法和措施。

⑦ 机械动力学都有哪些内容

机械动力学是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。机械动力学的内容：
机械动力学是研究机械在力的作用下的运动和机械在运动中产生的力的一门学科。机械动力学研究的主要内容概括起来，主要有如下几个方面。
一、共振分析
随着机械设备的高速重载化和结构、材质的轻型化，现代化机械的固有频率下降，而激励频率上升，有可能使机械的运转速度进入或接近机械的“共振区”，引发强烈的共振。所以，对于高速机械装置(如高速皮带、齿轮、高速轴等)的支承结构件乃至这些高速机械本身，均应进行共振验算。
这种验算在设计阶段进行，可避免机械的共振事故发生；而在分析故障时进行，则有助于找到故障的根源和消除故障的途径。
二、振动分析与动载荷计算
现代的机械设计方法正在由传统的静态设计向动态设计过渡，并已产生了一些专门的学科分支。如机械弹性动力学就是考虑机械构件的弹性来分析机械的精确运动规律和机械振动载荷的一个专门学科。
三、计算机与现代测试技术的运用
计算机与现代测试技术已成为机械动力学学科赖以腾飞的两翼。它们相互结合，不仅解决了在振动学科中许多难以用传统方法解决的问题，而且开创了状态监测、故障诊断、模态分析、动态模拟等一系列有效的实用技术，成为生产实践中十分有力的现代化手段。
机械动力学的各个分支领域，在运用计算机方面取得了丰硕成果，如MATLAB、AnAMS、CATIA、ANSYS等大型仿真软件得到了广泛的运用。
四、减振与隔振
高速与精密是现代机械与仪器的重要特征。高速易导致振动，而精密设备却又往往对自身与外界的振动有极为严格的限制。因此，对机械的减振、隔振技术提出了越来越高的要求。所以，隔振设备的设计、选用与配置以及减振措施的采用，也是机械动力学的任务之一。
机械动力学在近年来虽然得到了迅速的发展，但仍有大量的理论问题与技术问题等待人们去探索，其中主要包括以下几个方面。
1、振动理论问题
这类问题主要是指非线性振动理论问题。工程上的非线性问题常常采用简化的线性化处理，或在计算机上进行分段线性化处理。在这方面还有待进一步探索。
工程中的大量自激振动(如导线舞动、机床颤振、车轮振摆、油缸与导轨的爬行等)，目前还缺乏统一成熟的理论方法，许多问题尚待研究。
2、虚拟样机技术
机械系统动态仿真技术又称为机械工程中的虚拟样机技术，是20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程(CAE)技术。运用这一技术，可以大大简化机械产品的开发过程，大幅度缩短产品的开发周期，大量减少产品的开发费用和成本，明显提高产品的质量，提高产品的系统及性能，获得最优化和创新的设计产品。因此，该技术一出现，就受到了人们的普遍重视和关注，而且相继出现了各种分析软件，如MATLAB、ADAMS、ANSYS、CATIA、UG、Pro/E、SolidWorks等。对于这方面的工作，目前我国还有相当大的差距。
3、振动疲劳机理的研究
许多机械零件的疲劳破坏是由振动产生的。如何把振动理论与振动疲劳机理结合起来仍是一个热门课题。
4、有关测试技术理论和故障诊断理论的研究
适用、有效、廉价的测试诊断设备与技术的研究，离生产急需尚有相当大的距离。
5、流固耦合振动
流体通过固体时会激发振动，而固体的振动，如导线舞动、卡门涡振动、轴承油膜振荡等，又会反过来影响流体的流场和流态，从而改变振动的形态。
6、乘坐动力学
对于交通机械(如汽车、工程机械、舰船等)，其结构设计、悬挂设计、座椅设计以及减振设计等都需要引入随机振动理论，是一个广阔且重大的课题。
7、微机械动力学问题
微机械并非传统意义下的宏观机械的几何尺寸的缩小。当系统特征尺寸达到微米或纳米的量级时，许多物理现象与宏观世界的情况有很大差别。例如，在微机械中，构件材料本身的物理性质将会发生变化；一些微观尺度的短程力所具有的长程效应及其引起的表面效应会在微观领域内起主导作用；在微观尺度下，系统的摩擦问题会更加突出，摩擦力则表现为构件表面间的分子和原子的相互作用，而不再是由载荷的正压力产生，并且当系统的特征尺寸减小到某一程度时，摩擦力甚至可以和系统的驱动力相比拟；在微观领域内，与特征尺寸L的高次方成比例的惯性力、电磁力等的作用相对减小，而与特征尺寸的低次方成比例的黏性力、弹性力、表面张力、静电力等的作用相对增大；此外，微构件的变形与损伤机制与宏观构件也不尽相同等。
针对微机械的研究中呈现出的新特征，传统的机械动力学理论与方法已不再适用。微机械动力学研究微构件材料的本构关系、微构件的变形方式和阻尼机制、微机构的弹性动力学方程等主要科学问题，揭示微构件材料的分子(或原子)成分和结构、材料的弹性模量和泊松比、微构件的刚度和阻尼以及微机构的弹性动力学特性等之间的内在联系，从而保证微机电系统在微小空间内实现能量传递、运动转换和调节控制功能，以规定的精度实现预定的动作。因此，机械动力学的研究将会取得多方面的创新成果，这些成果不仅有重要的科学意义和学术价值，而且有很好的应用前景。
机械动力学的研究方法可分为两类。
(1)结构动态分析
对于机械动力学正问题，动态分析一般借助于多种动态分析法(如模态分析法、模态综合法、机械阻抗分析法、状态空间分析法、模态摄动法及有限元法等)建立结构或系统的数学模型，进而对结构的动态特性进行分析(如动态仿真等)。
对于机械动力学逆问题，动态分析通常先进行动态实验，在此基础上根据一定的准则建立结构或系统的数学模型，然后借助参数辨识或系统辨识的方法进行分析。
(2)动态实验
结构动态实验包括模态实验、力学环境实验、模拟实验等，它是产品设计和生产过程中不可缺少的环节，不仅可以直接考核产品的动力学性能，也为动态分析建立可靠的数学模型提供必要的数据。

⑧ 机械振动的三大动力学模型是什么

机械振动有不同的分类方法。按产生振动的原因可分为自由振动、受迫振动和自激振动；按振动的规律可分为简谐振动、非谐周期振动和随机振动;按振动系统结构参数的特性可分为线性振动和非线性振动；按振动位移的特征可分为扭转振动和直线振动。
自由振动：
去掉激励或约束之后，机械系统所出现的振动。振动只靠其弹性恢复力来维持，当有阻尼时振动便逐渐衰减。自由振动的频率只决定于系统本身的物理性质，称为系统的固有频率。
受迫振动
机械系统受外界持续激励所产生的振动。简谐激励是最简单的持续激励。受迫振动包含瞬态振动和稳态振动。在振动开始一段时间内所出现的随时间变化的振动，称为瞬态振动。经过短暂时间后，瞬态振动即消失。系统从外界不断地获得能量来补偿阻尼所耗散的能量，因而能够作持续的等幅振动，这种振动的频率与激励频率相同，称为稳态振动。例如，在两端固定的横梁的中部装一个激振器，激振器开动短暂时间后横梁所作的持续等幅振动就是稳态振动，振动的频率与激振器的频率相同。系统受外力或其他输入作用时，其相应的输出量称为响应。当外部激励的频率接近系统的固有频率时，系统的振幅将急剧增加。激励频率等于系统的共振频率时则产生共振。在设计和使用机械时必须防止共振。例如，为了确保旋转机械安全运转，轴的工作转速应处于其各阶临界转速的一定范围之外。
自激振动
在非线性振动中，系统只受其本身产生的激励所维持的振动。自激振动系统本身除具有振动元件外,还具有非振荡性的能源、调节环节和反馈环节。因此，不存在外界激励时它也能产生一种稳定的周期振动，维持自激振动的交变力是由运动本身产生的且由反馈和调节环节所控制。振动一停止,此交变力也随之消失。自激振动与初始条件无关，其频率等于或接近于系统的固有频率。如飞机飞行过程中机翼的颤振、机床工作台在滑动导轨上低速移动时的爬行、钟表摆的摆动和琴弦的振动都属于自激振动。

⑨ 安地基西拉机械装置的结构原理是什么

这个来装置是一台计算机，源是公元前87年前后制造的，用来计算日月星辰的运行。这四件残缺的机械装置有结构复杂的齿轮、标度盘和刻着符号的壳板。普莱斯教授把它比作“在图坦哈门王陵墓中发现的一架喷气飞机”。有些人还在坚信，制造这个机械装置的根本不是古希腊人，而是来到地球上的外星球人。从另一方面，由于安地基西机械装置重见天日，改变了世人对古希腊科技发展缓慢的固有观念。现在，专家们也承认机械工艺是希腊科学的一个重要组成部分，这个机械装置也无疑是现代仪器的鼻祖。