机械动力学与动态特性分析
课程名称：机械动力学与动态特性分析
任课老师：蒙艳玫
学院：机械工程学院
专业：机械制造及其自动化
姓名：韦荣发
学号： 1211301011
1、用机械网络分析一下系统的简化模型：
碎石机（用双重动力减震器）
画出上述系统的机械网络图，设计和分析减振效果
解：（1）由上图可得其机械网络图，如图1-1所示。
图1-1
（2）设计与分析
由图1-1机械网络图可知，整个系统会因偏心质量而发生振动，已知偏心质量m ，偏心距为e ，因此，激振力为：
由以上条件，根据基尔霍夫 节点定律列出位移响应方程：
pcos wt （1）
导纳阵为：
所以，若要消除m2、K2系统的振动，即在m2点激振时，其位移响应等于零，
则其自导纳H22=0，所以，。所以：
即，，此频率就是反共振频率，当激振力的频率等于该频率时，m2
和m3的位移等于零.因此在设计减振器时，只要合理的选择减振器的质量、刚度，使它在单独振动时的固有频率等于激振力的频率，就能够消碎石机的振动。
2、结合实际研究课题，以一实际结构或机器为对象，
（1）作FRFS测试分析，试述：
1）目的
结合甘蔗实地种植情况和蔗地地形, 利用ADAMS View建立一个轮式小型甘蔗收割机的样机模型, 对其行走转向性能进行仿真分析, 并在平路面基础上建立了田间常见障碍物模型,进一步对收割机越障性能进行仿真研究; 通过虚拟仿真和物理试验相结合的方法,分析比较了不同轴承及间距对刀轴刚性及甘蔗断面切割质盆的影响,并在此基础上提出了一种高刚性的轴承布局方法,为设计低破头率的小型甘蔗联合收获机切割器提供了依据.
2）方法、原理
①选用多体动力学仿真软件ADAMS View作为仿真分析的软件平台
②将切割器的结构在Pro/E软件中建立三维实体模型,然后将模型导入到ANSYS软件中,将轴承利用弹性单元进行模拟
3）实验装置，过程
选用多体动力学仿真软件ADAMS View作为仿真分析的软件平台, 对轮胎、悬架转向盘和地面进行。简化建模。模型中所用到的是全局坐标系: 坐标原点在两前轮中心连线中点, 收割机前进方向为X轴负向, 垂直水平面向上为Y轴正向, Z轴正向由右手定则确定, 其质量和转动惯量与实际底盘相同。根据甘蔗种植情
况, 模型的一些基本参数设定如下: 前、后轮距为2.3m, 两侧轮距为1.1m, 整机质量为2.89×103kg, 重心位置坐标为( 0, 600, 0), 左、右根切器刀盘上表面中心位置坐标分别为( - 2361, 164,-230)和( - 2361, 164, 230)。前悬架弹簧分别置于前悬架左、右侧上横臂处, 其刚度和阻尼值参照文献分别取1298N/mm和6000; 后悬架弹簧分别置于后悬架左、右侧斜置臂处, 其刚度和阻尼值参照文献[ 3]分别取1602N/mm和6000。在ADAMS中选择轮胎文件(mdi_fiala01.tir)和路面谱文件(mdi_2d_flat rdf), 轮胎特性数值如表1所示。收割机转向样机模型采用前轮转向、后轮驱动。
耦合副COUPLER_1分别连接转向摇臂与底盘之间的旋转副JOINT_48和转向横拉杆与底盘之间的移动副JOINT_41, 其作用是将方向盘的转动转换成转向横拉杆的水平移动, 从而改变车轮的转向。耦合副COUPLER_1的数值设置界面如图2所示。
构趁弹性联接徽型首先构建切割器旋转轴的弹性联接模型用轴承支撑的梁或轴,可以将轴承简化为弹性联接单排的滚珠轴承可简化为径向刚度系数为kr,轴向刚度系数为ka。的弹摘一阻尼单元切割器的旋转轴采用一对圆锥滚子轴承作为支撑,各个尺寸参数采用文献提供的较优水平组合刀盘直径为380mm,刀片伸出长度为50mm,刀轴直径为40mm,盘转速为800r/min 而,甘蔗进给速度为400mm/s,刀盘无倾角轴承间距分别设为50,125和200mm 3种水平根据上述分析,首先将切割器的结构在Pro/E软件中建立三维实体模型,然后将模型导入到ANSYS 软件中,将轴承利用弹性单元进行模拟,在刀轴的相应位置处立弹黄一阻尼单元,外圈节点用建立,内圈节点采用建立,同时保证弹焚单元的有限元数目为,外圈节点全部限制自由度,内圈节点限制轴向自由度,同时采用划分单元,质量采用单元添加,翰入单元定义所需要的实常数,三维实体采用单元进行网格划分,划分网格后的有限元模型见图。
4）数据处理，结果讨论
图3a所示为收割机转向时后轮驱动力的变化曲线, 从图3a中可知, 后轮驱动力在转向时稳定在7~95kN。
图3b所示为转向时整机的速度变化曲线。速度随时间不断增加是因为驱动力一直存在, 并且路面平整无障碍, 仿真结束时达到5m/ s。
图3c所示为转向时整机的加速度变化曲线, 仿真刚开始出现的加速度值高达1×104mm/s2, 主要是因为模型中轮胎和地面有一定的初始间隙所致, 此后整机加速度逐步稳定在2×103mm/ s2以内。
图3d所示为整车转弯半径变化曲线, 仿真刚开始出现的转弯半径值高达5×104m, 主要是因为施加转向力的Step函数是在仿真后2s才开始作用, 4s后转弯半径值稳定在较低的范围内。转弯时后轮驱动力稳定; 收割机速度平稳增加;转弯半径和加速度在仿真刚开始时出现一个峰值, 主要是因为转向力矩施加的时间是在仿真开始后2s, 以及轮胎和地面之间存在一定距离。由于实际运用甘蔗收割机时其速度一般不会达到图3b中5m/s的速度, 并且田间路面一般存在田埂、坡坎和土堆等障碍物, 所以有必要对此甘蔗收割机在低速时越障性能进行仿真研究。
由此可知, 收割机在田间作业时前轮越障对割刀跳动的高度和速度影响较大, 障碍物对收割机直线行驶能力的影响微乎其微。
利用双刀盘切割力的经验计算公式,在刀片的边缘点处施加F=80N的侧力,模拟得到力施加点X,Z切割边缘点和刀片伸出中点相对应的各点的,方向的位移量图显示轴承间距为时,个采样点在加载切割时间范围内的位移变化曲线间距分
别为50mm,条件下的个采样点的,方向位移变化量见表。
靠背设置的角接触球轴承和2个深沟球轴承组合运用,排布方式见下图。
3.将实际课题和机械振动学科前沿技术相结合，写一篇综述（6000字）。
小型甘蔗收割机刀盘振动研究摘要：切割系统是甘蔗收割机重要的组成部分，切割系统设计的好坏直接影响着收割机的收割质量和被砍断后甘蔗能否顺利进入后面的剥叶断尾机构。根据课题组前期的研究成果可知，刀盘的振动是引起甘蔗收获过程中破头率过高的主要原因。本文主要是针对整机布局中，发动机、剥叶机、刀盘本身等机构，在工作工程中产生的激振对刀盘刀片的响应进行分析研究，找出影响刀盘刀片振动的主要振源。通过验证当前我们物理样机切割系统的刚性以及切割质量而获得宝贵的数据，为下一步物理样机的改进提供依据，也为下一台甘蔗收割机的设计提供理论参考。
关键词：甘蔗收获机破头率刀盘振动
振动的强弱用振动量来衡量，振动量可以是振动体的位移、速度或加速度。振动量如果超过允许范围，机械设备将产生较大的动载荷和噪声，从而影响其工作性能和使用寿命，严重时会导致零、部件的早期失效。例如，透平叶片因振动
而产生的断裂，可以引起严重事故。由于现代机械结构日益复杂，运动速度日益提高，振动的危害更为突出。反之，利用振动原理工作的机械设备，则应能产生预期的振动。在机械工程领域中，除固体振动外还有流体振动，以及固体和流体耦合的振动。空气压缩机的喘振，就是一种流体振动。
设计机械设备时，应周密地考虑所设计的对象会出现何种振动，是线性振动还是非线性振动以及振动的程度，把振动量控制在允许范围内的方法。这是决定设计方案时需要解决的问题。已有的机械设备出现超过允许范围的振动时，需要采取减振措施。为了减小机械设备本身的振动，可配置各类减振器。为减小机械设备振动对周围环境的影响，或减小周围环境的振动对机械设备的影响，可采取隔振措施。系统受到瞬态激励时，它的力、位移、速度、加速度发生突然变化的现象，称为冲击。一般机械设备经受得起微弱的冲击，但经受不起强烈的冲击。为了保护机械设备不致于受强烈冲击而破坏，可采取缓冲措施，以减轻冲击的影响。如飞机着落时，轮胎、起落架和缓冲支柱等分别承受和吸收一部分冲击能量，借以保护飞机安全着陆。减小机械噪声的根本途径主要在于控制噪声源的振动,在需要的场合,也可配置消声器。
自从应用机械阻抗、系统识别和模态分析等技术以来，人们已成功地解决了许多复杂的振动问题。在已知激励的情况下，设计系统的振动特性，使它的响应满足所需要求，称为振动设计。在已知系统的激励和响应的条件下研究系统的特性，即用实验数据与数学分析相结合的方法确定振动系统的数学模型，称为系统识别。若已知机械结构运动方程的一般形式，系统识别则简化为参数识别。参数识别可以在频域内进行，也可以在时域内进行，有的则需要在频域和时域内同时进行。在已知系统的特性和响应的条件下研究激励，称为环境预测。振动设计、系统识别和环境预测三者可以概括为现代振动研究的基本内容。在机械工程领域内，为确保机械设备安全可靠地运行，机械结构的振动监控和诊断也引起人们的重视。在研究方法上，振动测试是与理论分析计算结合采用的。
本文结合甘蔗收获机课题组目前的研究，将机械振动学的理论和收割机刀盘的振动联系起来，寻求降低刀盘垂直方向的振动来提高收割质量的方法，为下一台甘蔗收割机的设计提供理论参考。
一、实验研究背景
甘蔗联合收获机的振源主要来自五个方面，发动机、切割器、输送系统、剥 叶断尾机构和路面的随机激励。本文主要研究切割器振动对刀盘振动幅值的影响。
切割器的振动：
切割器的振动主要由其上的螺旋提升装置动不平衡引起的周期性振动。切割 器处于车架的约束状态下旋转时，由于切割器的安装存在一定的倾斜角度，螺旋不平衡所引起的惯性力在垂直方向上产生分量，所以切割器所引起的振动主要有左右方向和垂直方向的振动，其中垂直方向的振动正是我们关注的焦点。频率为：
）z （60n f H
式中：n —发动机转速（r/min ）
课题组通过模拟试验，对刀盘不同转速下切割后蔗根情况统计如下表： 刀盘转速(r/min)
裂纹数 裂纹平均长度(mm) 裂纹平均厚度(mm) 破头率 600
1.56 15.33 1.34 15.9% 500
1.73 16.7 1.52 18.6% 400 1.86 17.3 1.65 20.8%
表1 切割后蔗根情况统计
上表数据的统计是以30簇为统计样本，对统计项取平均值，当裂纹过节或裂纹长度大于15mm 时就认为蔗根损坏。所以从表1的统计结果可以看出，原有样机的破头率都是在15%以上，并且裂纹的平均长度也比较长，根据课题组前期的研究成果[1]可知，破头率与刀盘的振动幅值的关系如图1，根据论文对砍蔗质量的统计指标，数值越大砍蔗质量越差，并且此数值是无量纲量。
图1 刀盘振幅与砍蔗质量的关系
从上图可以看出，切割质量是随着刀盘振动幅度的增加而下降[2]，所以刀盘工作时振动幅值大是引起破头率过高的原因之一，当振动幅值从0.461mm 增大
到1.054mm，增幅仅0.593mm时，切割质量评分从4.71增大到7.21，也就是说切割质量下降了46.5%。由此可知，刀盘的振动对切割质量产生重大影响，要降低破头率，就要研究刀盘振动的机理，设法降低刀盘的振动幅值来提高切割质量。
二、实验设计
1.实验目的
通过振动测试系统测得前面切割台架切割部分刀盘的振动幅度的大小，分析振动影响的原因，以及分析本台样机振动对切割质量的影响，找出原有样机存在的问题。原物理样机如图2所示。
图2 物理样机
2.试验指标
本试验的主要试验指标为切割刀盘的振幅、破头率。
3.实验指标评定方法
1、以刀片与甘蔗接触点的振幅作为砍蔗机构刚度的衡量指标。
2、收割机在切割过程中甘蔗破头的个数。
4.实验测试原理
刀盘振动对切割质量有很大的影响，通过本次对前面切割台架切割部分刀盘的试验，得到前面刀盘的轴向位移，为后面的优化提供依据。通过几个方案进行分别做试验，本实验用涡流传感器和utekl数据采集处理与分析软件采集数据刀盘的振动数据并且进行分析，得到宝贵数据。
试验测试系统工作原理框图如图3所示，测试系统连接如图4所示。
图3 试验测试系统工作原理框图 图4 电涡流传感器测试系统
图5 Utekl 数件据采集软件
图3中串联两电阻(R1=5k Ω，R2=15k Ω)为调节电涡流传感器的输出电压信号，使之衰减到±5V 的范围内，以适应Utekl 数据采 集软件的输入电压要求；将R1两端的电压信号接入Utekl 数据采集软件之前，先用万用表测量R1两端电压值的变动范围是否超过±5V ，，分压前后电压信号波形完全一致。如图4为电涡流传感器测试系统，图5为Utekl 数据采集软件界面。
5.电涡流传感器的静态标定
参考文献[3]，电涡流位移传感器的特点在于它可以实现不接触式测量，它与被测对象无直接的机械联接，这对于转轴的径向振动或轴向窜动的测量都是非常有利的。它是利用涡流效应将检测导体与电涡流探头之间的间距变化转换成涡流传感器线圈自感(即线圈阻抗)的变化来进行测量的，传感器的工作原理如图6所示。
电涡流传感器的间隙-电压曲线是指以间隙d 为横坐标，以前置器(即涡流变换器)的输出在R1上的电压U 为纵坐标所得到的曲线，标定在表面用纱布打磨过的所测刀盘上进行，涡流传感器的安装见图7所示，传感器的安装位置一般要求为其他非测试导体与线圈外边界的距离都应大于传感器的端部直径（11mm ）。标定数据见表2，间隙电压灵敏度是指在现行范围内，输出电压增量与间隙增量之比，即间隙电压灵敏度[3]：()()m /mV mm /V μ或d
U s ??=。
图6 电涡流传感器工作原理图图7 电涡流传感器安装图序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 间隙（mm）0.3 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3.0 3.3 3.6
电压（mv）
1096.
4 1321.
8
1573.
8
1823.
7
2086.
6
2373.
9
2656.
8
2929.
6
3195.
9
3431.
7
3660.
8
4070.
9 注：表中d表示静态标定时的间隙，V表示静态标定时所测的电压值，电涡流传感器安装螺
纹的螺距P=1.5mm。
图8 电涡流传感器的标定曲线
对涡流传感器进行标定，通过两次标定，求平均得到涡流传感器的灵敏度
k=852.7mv/mm，标定曲线如图8所示。
6.试验的测试结果与分析
本试验是用涡流传感器，测得物理样机刀盘、刀盘部分的位移，通过得出各
个振源对切割器产生的影响，分析其原因，为改进样机样机提供设计数据支持。
物理样机的提升切割器和提升刀架悬在车架前端，形成简支梁形式，刚性不好且切割器转动过程中轴向位移会增大，因此可以在切割器刀架和驾驶上焊接矩形钢管，使刀架处于固定状态，降低刀盘轴向位移，在此通过试验对比分析在为固定和固定后两种方案刀盘的位移。
1.刀盘无螺旋提升、台架未加固和加固的两种状态下刀盘部分位移测试，采集结果如下：
图9 刀盘部分采集的位移数据
表3 刀盘部件位移表
刀盘转速加固未加固
左刀盘700r/min 1.216 1.315 800r/min 1.156 1.182 900r/min 1.034 1.081
右刀盘700r/min 1.719 1.731 800r/min 1.835 1.832 900r/min 1.869 1.930
由表3可看到在固定和未固定两种状态下，左刀盘的测试点的位移都是随转速的增加，振动的最大位移（峰峰值）逐渐减小，而右刀盘测试点的位移都是随转速的增加逐渐增大的。左刀盘的位移随转速的增加而减小的原因是受某振源低频的影响，随转速的增加，频率增加，影响减小，位移减小；对于右刀盘理论上得到的结果应该和左刀盘所得到的结果是一样的，但是结果则相反，存在这种结果的原因是由于加工出现误差，导致右刀盘和刀轴间隙配合，安装存在缺陷，实验过程发现，刀盘在没有转动的过程中，在刀盘上面施加很小的载荷，都会让刀
盘上下小范围的摆动，这是主要原因。另外从上表还可以看到，台架在加固状态刀盘位置的位移明显的要比未加固的状态要小，说明加固状态提升了台架的刚性，相应的也会提升切割器的切割刚性，后边对切割系统改进的时候，要从切割系统的刚性发出。
2.刀盘有螺旋提升，台架加固状态刀盘部分位移测试
700r/min 1.428 2.589
800 r/min 1.263 2.514
900 r/min 1.312 2.626 由表4得出左右刀盘在800r/min的时候振幅最小，从表3和表4的结果比较来看，安装上螺旋对振动影响较大，振幅增加。主要的原因是螺旋安装不平衡，在转动过程中，产生很大的惯性力，导致轴向振幅很大。
3.刀盘有螺旋提升，台架加固状态试验，刀片部分位移测试
表5 刀盘部件位移表
加固有螺旋刀片左刀盘振动（mm）右刀盘振动（mm）700r/min 2.857 4.131
800 r/min 2.814 4.253
900 r/min 2.655 4.327
图10右刀盘刀片采集位移图11左刀盘刀片采集位移
由表3和表4做对比可以清楚的看出刀片的轴向位移大于刀盘的位移，在上面两个图上可以看出，左右两刀盘上刀片上的轴向位移相差还是很大的，左刀盘两个刀盘的位移曲线变化平稳，而右刀盘上两个刀片的位移相差很多，说明左边刀盘装配良好，右边刀盘存在问题，和前面分析一致。
综上所述，切割器振幅还是比较大，振动对切割器动不平衡是影响最大的原因，通过观察左右刀盘的振幅情况就可以看出，所以下台样机对切割器刀盘部分
做动平衡试验机。
三、实验数据收集与处理
利用数据采集系统收集传感器测到的数据信号，然后通过计算机处理采集到的数据。将采集到的时域振动信号转化成幅频信号[4]，分别对比各工况下的时域、频域振动信号并且找出影响刀盘振动的主要振源，然后根据实际结构分析原因。针对主要振源，改进车架结构，重新布置发动机、剥叶机或切割器的位置，改进小型甘蔗收获机的整机布局，减小刀盘的振动，降低破头率，优化整机性能。1. 频域分析
（1）背景噪声信号如图12、13
图12 通道噪声信号
图13 通道噪声信号
在振动测试前，所有振源未启动时，对各工作通道采集噪声信号，通过对噪声信号和不同工况下采集到的信号对比观察发现，无论是噪声信号还是工作信号，都存在0.98Hz这样一个频率峰值，所以可以判定这是一个稳定的噪声信号。在后面的信号的处理中，将0.98Hz这个频率信号滤掉。
（2）引起刀盘振动的振源分析[5]
图14 发动机的振动频谱信号
图15 剥叶机的振动频谱信号
图16 刀片的振动频谱信号
以上振动频谱对应刀盘不转、发动机转速为1700r/min左右、剥叶机转速750r/min左右时的时域信号的FFT变换，从刀片振动的频谱图16可以看出，55.8Hz和75.38Hz对其振动的贡献最大；从发动机的频谱图14可以看出55.8Hz 对其振动贡献最大；从剥叶机处的频谱图15可以看出，55.8Hz和75.38Hz对其振动的贡献最大。根据发动机和旋转体振动频率的计公式可知，55.8Hz是由发动机的二次惯性力引起的振动，而75.38Hz正好与剥叶机的转速和剥叶刷的排数相一致，主要原因就是每排剥叶刷的重量不一，在旋转时动不平衡所引起的振动。所以当切割器不转时，发动机的对刀盘的振动贡献值最大，剥叶机次之。
（3）切割器转动时，切割器齿轮箱和发动机测点处的频谱图如17、18
图17 刀盘转动时发动机的振动功率谱信号
图18 刀盘转动时切割器齿轮箱的振动功率谱信号
以上功率谱对应刀盘转速为650r/min左右、发动机转速为1900r/min左右时的频域信号，从刀片振动的频谱图可以看出，10.77Hz和60.7Hz对其振动的贡献值最大，并且10.77的贡献值要远大于60.7的贡献值，根据发动机和旋转体振动频率的计公式可知，10.77Hz的频率是刀盘转速650r/min左右时，提升螺旋动不平衡所引起的振动，而60.7Hz的频率是由发动机的二次惯性力引起的。从前面分析可知当刀盘不转动时，发动机对刀盘振动的影响最为明显,但是当刀盘转动时,发动机对切割器的影响明显低于自身转动产生的10.77Hz频率的影响。
总结
根据以上测试数据，我们发现当切割器不转时，发动机的对刀盘的振动贡献值最大，剥叶机次之，但是当刀盘转动时,发动机对切割器的影响明显低于自身转动产生的10.77Hz频率的影响。所以发动机和切割器的振动是影响刀片振动的主要原因，直接导致刀片振幅过大，破头率过高。
切割系统是甘蔗收割机的关键部件，在工作中，砍蔗系统明显的伴随着发动机、剥叶机等动力元件的运转而振动。在这众多中低频激励源的影响下，如果甘蔗收获机砍蔗系统刚度低、振动大，就难以保证甘蔗收割的质量。所以要提高甘蔗收获机收割的效果，不单要研究甘蔗切割器本身的设计性能，还要探讨甘蔗收割机整个砍蔗系统的动态特性，提高砍蔗系统的刚度，降低砍蔗系统振动来提高收割机的工作性能。由此可见，将机械振动学的相关理论结合课题组的研究，能从根本上掌握引起整个车身和刀盘等关键部位振动的原因，进而寻求积极隔振的方法。这对降低甘蔗收割机收获过程中甘蔗破头率有显著意义，为下一台物理样机的研究提供理论依据，具有很大的现实指导意义。
[1] 戴小标.小型甘蔗收获机切割器结构设计、动力学分析及试验研究[D]. 南宁：广西大学，2009.5
[2] 魏智，程耀东. 发动机对车辆振动影响的分析[fJl.振动与冲击.1997, 16(4) : 74-78
[3] 李方泽.刘馥请.工程振动测试与分析[M].北京：高等教育出版社，1992.10：178
[4] 师汉民，机械振动系统—分析.测试.建模.对策[M]，华中科技大学出版社，2004
[5] 张立彬，蒋帆. 基于LMS https://www.360docs.net/doc/9c12509994.html,b 的小型农业作业机振动测试与分析[J]. 农业工程学报，2008，（5）：100-104.
机械系统动力学
机械系统动力学报告 题目：电梯机械系统的动态特性分析 姓名： 专业： 学号：
电梯机械系统的动态特性分析 一、课题背景介绍 随着社会的快速发展，城市人口密度越来越大，高层建筑不断涌现，因此，现在对电梯的提出了更高的要求，随着科技的进步，在满足客观需求的基础上，电梯向着舒适性，高速，高效的方向发展。在电梯的发展过程中，安全性和功能性一直是电梯公司首要考虑的因素，其中舒适性也要包含在电梯的设计中，避免出现速度或者加速度出现突变，或者电梯运行过程中的振动引起人们的不适。因此，在电梯的设计过程中，对电梯进行动态特性分析是十分必要的。 二、在MATLAB中编程、绘图。 通过同组小伙伴的努力，已经得到了该系统的简化模型与运动方程。因此进行编程： 该系统的微分方程：[][][]{}[]Q x k x c x M= + ? ? ? ? ? ? + ? ? ? ? ? ?? ? ? ，其中矩阵[M]、 [C]、[K]、[Q]都已知。 该系统的微分方程是一个二阶一元微分方程，在MATLAB中，提供有求解常微分方程数值解的函数，其中在MATLAB中常用的求微分方程数值解的有7个：ode45，ode23，ode113，ode15s，ode23s，ode23t，ode23tb 。 ode是MATLAB专门用于解微分方程的功能函数。该求解器有变步长（variable-step）和定步长（fixed-step）两种类型。不同类型有着不同的求解器，其中ode45求解器属于变步长的一种，采用Runge-Kutta
算法；和他采用相同算法的变步长求解器还有ode23。 ode45表示采用四阶，五阶Runge-Kutta单步算法,截断误差为(Δx)^3。解决的是Nonstiff(非刚性)常微分方程。 ode45是解决数值解问题的首选方法，若长时间没结果，应该就是刚性的，可换用ode23试试。 Ode45函数调用形式如下：[T,Y]=ode45(odefun,tspan,y0) 相关参数介绍如下： 通过以上的了解，并对该微分方程进行变换与降阶，得出程序。MATLAB程序： （1）建立M函数文件来定义方程组如下： function dy=func(t,y) dy=zeros(10,1); dy(1)=y(2); dy(2)=1/1660*(-0.006*y(2)+0.003*y(4)-0.0006*y(10)-1.27*10^7*y(1)+1.27*10^7*y (3)+2.54*10^6*y(9)); dy(3)=y(4); dy(4)=1/1600*(+0.03*y(2)-0.007*y(4)+0.003*y(6)+1.27*10^7*y(1)-7.274*10^8*y(3 )+1.27*10^7*y(5)); dy(5)=y(6);
第13章 机械传动系统的设计
第十三章一般机械传动系统设计 现代机器由原动机部分、传动部分、执行部分三个基本部分组成。原动机部分是驱动整部机器以完成预定功能的动力源。通常，一部机器只用一个原动机，复杂的机器也可能有几个动力源。它们都是把其它形式的能量转换为可以利用的机械能。现代机器中使用的原动机多是以各式各样的电动机和热力机为主。执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分。一部机器可以只有一个执行部分，也可以把机器的功能分解成好几个执行部分。传动部分由图13-1可知，是把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需要的运动形式、运动及动力参数的中间传动装置。机器的传动部分多数使用机械传动系统。它是绝大多数机器不可缺少的重要组成部分，其质量和成本在整台机器的质量和成本中占有很大的比例。机器的工作性能在很大程度上取决于传动装置的优劣。因此，本章仅对机械传动系统的设计作一个简单的介绍。 原动机→→→???→ 传动机构传动机构传动机构→执行机构 图13-1 单路传动 §13.1机械传动方案的设计 传动系统方案设计是在完成了执行系统的方案设计和原动机的选型后进行的。机械传动系统除了进行运动和动力传递外，还可实现增速、减速或变速传动；变换运动形式；进行运动的合成和分解；实现分路传动和较远距离传动等。满足原动机和工作机性能要求的传动方案，是由不同的组合方式和布置顺序构成的。 13.1.1传动类型的选择 传动机构的类型很多，选择不同类型的传动机构，将会得到不同形式的传动系统方案。为了获得理想的传动方案，需要合理选择传动机构类型。常用传动机构及其性能见表13-l。 表13-1 常用传动机构及其性能 传动类型传动效率传动比圆周速度 1 /m s- ? 外廓 尺寸 相对 成本 性能特点 带传动0.94～0.96 (平带) 0.92～0.97 (V带) ≤5～7 5～25 (30) 大低 过载打滑，传动平稳，能缓冲吸振， 不能保证定传动比，远距离传动 0.95～0.98 (齿型带) ≤10 50(80) 中低 传动平稳，能保证固定传动比 链传动0.90～0.92 (开式) 0.96～0.97 (闭式) ≤5(8) 5～25 大中 平均传动比准确，可在高温下传 动，远距离传动，高速有冲击振动
机械系统的载荷特性及动力机的选择
机械系统的载荷特性及动力机选择原则 本章介绍机械系统的载荷特性及动力机选择，掌握机械系统的载荷特性及动力机选择原则 26.1.1工作机械的载荷 载荷类型机械设计中载荷的组合及其类别工作载荷的确定方法1）按作用形式分 直接作用载荷--载荷以力或力矩形式直接作用在机器上；如由工作阻力产生的载荷、惯性载荷、风载荷、驱动力、制动力等。 间接作用载荷--以变形的形式间接作用在机器上；如温度、地震的作用引起的载荷。 对于绝大多数的机器来说，直接作用的载荷是主要的。 2）按照载荷产生的来源分 (1) 工作载荷由机器工作阻力产生的载荷。工作载荷是各种机器最重要最基本的载荷。 (2) 动力载荷动力载荷包括惯性载荷、振动载荷和冲击载荷。当机器或机器的某机构运动速度的大小或方向发生变化时(如起动或制动)将产生惯性载荷。 (3) 自重载荷设备自身重量产生的载荷。 (4) 风载荷具有一定质量的空气以一定速度流动被结构物表面阻挡时，对结构物产生压力。 (5) 温度载荷温度变化使构件热胀冷缩，当构件的胀缩受到约束时，在构件中产生附加力。 (6) 水力载荷水对构件产生的压力和流动阻力等。 3）按载荷是否随时间变化分 静载荷指大小，位置和方向不变的载荷。在工程中大多数机械承受的都是变载荷，严格意义的静载荷是很少见的，但在设计上常把变化不大或变化速度缓慢的载荷，近似地作为静载荷来处理 变载荷指随时间有显著变化的载荷。一般机械承受的变载荷主要有周期载荷，冲击载荷和随机载荷等几种。 a）周期载荷 载荷的大小是随时间作周期性变化的，它可用幅值、频率和相位角三个要素来描
述。 b）冲击载荷 载荷作用时间短，而且幅值较大，例如，锻锤在锤打坯料时所受的载荷就属于冲击载荷。在设计中对于数值较小，频率较高的多次冲击载荷，常按一般的周期载荷来处理。 c）随机载荷 载荷的幅值和频率都是随时间变化的，且变化规律不能用一个函数确切地进行描述，只能应用数理统计方法才能获得它们的统计规律。 26.1.2 动力机的种类及其机械特性 电动机液压马达气动马达内燃机 电动机在额定电压和额定频率下工作，并按规定的接线方法，定子和转子电路中不外接电阻，此时获得的机械特性称为电动机的固有机械特性。右图是电动机的机械特性曲线。根据转矩增加使电动机转速下降的程度不同，电动机的机械特性分为硬特性和软特性两类。同步电动机、一般交流异步电动机和直流并激电动机属于硬特性，即其负载转矩在允许范围内变化时，电动机转速变化不大，而且同步电动机的转速可保持恒定。转子回路串电阻的交流绕线型异步电动机和直流串激电动机则属于软特性，即随负载转矩的增加，电动机的转速显著下降，但是它们的起动转矩比较大。 电动机改变某些参数时获得的机械特性称为人为机械特性。可通过降低供电电压、在转子或定子电路内串接对称电阻及在转于电路接入并联电阻等方法，获得人为机械特性。 交流电动机根据电动机的转速与旋转磁场的转速是否相同，分为同步电动机和异步电动机两种。 同步电动机是一种用交流电流励磁建立旋转的电枢磁场，用直流电流励磁构成旋转的转子磁极，依靠电磁力的作用旋转磁场牵着旋转磁极同步旋转的电动
研究生《机械系统动力学》试卷及答案
太原理工大学研究生试题 姓名： 学号： 专业班级： 机械工程2014级 课程名称: 《机械系统动力学》 考试时间: 120分钟 考试日期: 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 总分 分数 1 圆柱型仪表悬浮在液体中，如图1所示。仪表质量为m ，液体的比重为ρ，液体的粘性阻尼系数为r ，试导出仪表在液体中竖直方向自由振动方程式，并求固有频率。（10分） 2 系统如图2所示，试计算系统微幅摆动的固有频率，假定OA 是均质刚性杆，质量为m 。（10分） 3 图3所示的悬臂梁，单位长度质量为ρ，试用雷利法计算横向振动的周期。假定梁的 变形曲线为?? ? ?? -=x L y y M 2cos 1π（y M 为自由端的挠度）。（10分） 4 如图4所示的系统，试推导质量m 微幅振动的方程式并求解θ(t)。（10分） 5 一简支梁如图5所示，在跨中央有重量W 为4900N 电机，在W 的作用下，梁的静挠度δst=，粘性阻尼使自由振动10周后振幅减小为初始值的一半，电机n=600rpm 时，转子不平衡质量产生的离心惯性力Q=1960N ，梁的分布质量略去不计，试求系统稳态受迫振动的振幅。（15分） 6 如图6所示的扭转摆，弹簧杆的刚度系数为K ，圆盘的转动惯量为J ，试求系统的固有频率。(15分) 7如图7一提升机，通过刚度系数m N K /1057823?=的钢丝绳和天轮（定滑轮）提升货载。货载重量N W 147000=，以s m v /025.0=的速度等速下降。求提升机突然制动时的钢丝绳最大张力。(15分) 8某振动系统如图8所示，试用拉个朗日法写出动能、势能和能量散失函数。(15分) 太原理工大学研究生试题纸
机械传动系统方案设计
机械传动系统方案设计 一、传动系统的功能 传动系统是连接原动机和执行系统的中间装置。其根本任务是将原动机的运动和动力按执行系统的需要进行转换并传递给执行系统。传动系统的具体功能通常包括以下几个方面： （1）减速或增速； （2）变速； （3）增大转矩； （4）改变运动形式； （5）分配运动和动力； （6）实现某些操纵和控制功能。 二、机械传动的分类和特点 1、机械传动的分类 1) 按传动的工作原理分类 2) 按传动比的可变性分类 机械传动 动 啮合传动 摩擦传动 有中间挠性件 齿轮传动 蜗杆传动 螺旋传动 齿轮系传动 定轴轮系传动 周转轮系传动 链传动 同步带传动 普通带传动 绳传动 摩擦轮传动
2、机械传动的特点 (1) 啮合传动的主要特点 优点：工作可靠、寿命长，传动比准确、传递功率大，效率高（蜗杆传动除外），速度范围广。 缺点：对加工制造安装的精度要求较高。 (2) 摩擦传动的主要特点 优点：工作平稳、噪声低、结构简单、造价低，具有过载保护能力。 缺点：外廓尺寸较大、传动比不准确、传动效率较低、元件寿命较短。 三、机械传动系统的组成及常用部件 1、传动系统的组成 减速或变速装置 起停换向装置 制动装置 安全保护装置 2、常用机械传动部件 1）减速器 减速器是用于减速传动的独立部件，它由刚性箱体、齿轮和蜗杆等传动副及若干附件组成，常用的减速器如图1所示。 2）有级变速装置 ① 交换齿轮变速装置 ② 离合器变速装置 机械传动 定传动比传动 齿轮传动 蜗杆传动 螺旋传动 链传动 带传动 有级变速传动 变传动比传动 无级变速传动 摩擦轮无级变速传动 带式无级变速传动 链式无级变速传动
机械系统动态设计理论
机械系统动态设计理论 授课教师 专业： 班级： 姓名： 学号：
机械动态优化设计综述 1 机械动态优化设计的概念、目的及必要性 机械产品和机械设备日益朝着高速、高效、精密、轻量化及自动化的方向发展,产品结构日趋复杂,产品更新换代的速度日益加快, 对产品的性能要求越来越高,这要求产品或设备的结构系统具有良好的静态和动态特性。如何降低产品或设备在工作情况下的振动和噪声, 保护操作者的身心健康以及设备本身,同时尽量不影响周围的环境, 成为一个必须解决的问题。传统的静态理论规范越来越难以满足市场的迅速变化,同时,传统的设计方法,很难综合考虑各方面的约束条件, 得到的往往只是复杂问题的可行方案,而非最优方案,也难以很好的满足机械设备动态特性要求。对产品进行动态优化设计,可以在很大程度上解决此类问题, 特点是把问题解决在设计阶段;其优点是代价较小, 能够适应当前激烈的市场竞争的需要。 机械动态优化设计主要是指系统参数的数值优化,其研究内容是将数学规划理论、机械振动理论和数值计算方法结合起来,以计算机为工具,建立一整套科学的、系统的、可靠而又高效的方法。其主要内容有:(1)建立符合实际情况的结构动力学模型。(2)选择有效的结构动态优化设计方法。本质是在产品的设计阶段就将系统的动态特性问题考虑进去,从而取代传统设计中所使用的先依据静态设计规范及理论设计出样品或样机,再不断进行修改的设计方法,即进行动态优化设计。其目的是在产品的开发阶段就对产品的动态性能进行优化, 这是一项正在迅速发展的技术,它涉及到现代动态分析、计算机技术、产品结构动力学理论、设计方法等许多学科,由于其涉及问题的复杂性,迄今为止还没有提出一套完整的动态优化设计
全球最先进动态热机械分析仪DMA
全球最先进动态热机械分析仪 MICOFORCE 米力光 动态热机械分析仪DMA可以测量的材料范围非常的宽。如：弹性体、热塑性塑料、热固性流体、复合材料、涂料和胶粘剂、陶瓷、金属等。特别是高分子材料方面应用最为广泛，由于其粘弹本质，其机械性能具有温度和频率的依赖性。DMA测量的材料性能包括：模量、阻尼、玻璃化温度、软化温度、固化速率和固化度、粘度、凝胶点、吸声性和抗冲击性、蠕变、应力松弛等性能。橡胶动态热机械分析仪DMA，复合材料动态热机械分析仪DMA，金属动态热机械分析仪DMA,陶瓷动态热机械分析仪DMA.橡胶动态热机械分析仪可以用于聚氨酯、生胶, 母胶和混炼胶、天然橡胶、丁腈橡胶、未硫化橡胶、硫化橡胶、环保油丁苯橡胶、充芳烃油丁苯橡胶、锡偶联溶聚丁苯橡胶、塑性丁苯橡胶、反式异戊橡胶釜内合金TPIR、乳聚丁苯橡胶ESBR、溴化丁基橡胶BIIR、和子午线轮胎的动态弹性模量 BOSE Electroforce DMA是目前国际上动态力和静态力最高的、变范围应最宽、温度范围最大的材料动态热机械分析仪，适用于塑料、橡胶、复合材料、纤维、陶瓷、金属、食品、医药、轮胎、航空航天特种材料等众多高端科研领域。BOSE 公司是世界500强公司，采用了全世界最先进的电磁驱动技术，把静态力和动态力做到最高，使得仪器拥有无与伦比的驱动控制能力和测试精度，测试数据重复性特别好。 通过dma测试，可以得到材料的动态模量、损耗角、阻尼等动态粘弹性能，考察材料的动态性能随温度、频率、时间的依赖关系，了解材料的组成和内部结
构信息，指导材料配方设计和新材料研发。由于材料动态力学测试的目的是要考察试样的微观内部结构和组成对材料实际宏观应用性能的影响，因此一款高性能和高精度的动态力学分析仪是十分必要的，而dma则是您的最佳选择！ 由于Electroforce3550的动态力高，因此，除了常规的塑料树脂类材料测试外，还擅长测试各种金属、橡胶、弹性体、高强度复合材料、金属陶瓷等的动态拉伸、压缩、剪切等动态力学性能。 主要特点： 力值高，不仅满足常规聚合物塑料测试，更满足橡胶弹性体、金属陶瓷等各类材料的动态测试需要，最高力值15KN. 应变大，高应变范围，适合弹性体的动态拉伸应变、疲劳动态测试,，最大位移50mm. 一个电机控制，动态测试更稳定，性能更强大。 可配置各种脉冲动态载荷，例如轮胎脉冲、三角波、矩形波等类型的载荷，模拟实际力学状态。 世界500强制造，质量可靠。 技术参数： 动态力最高15000N，静态力高达10000N； 应变范围达50mm； 低温－150°C，高温可达1500摄氏度；
常用机械传动系统的主要类型和特点
常用机械传动系统的主要类型和特点 2H310000 机电工程技术 2H311000 机电工程专业技术 2H311010 机械传动与技术测量 ――2H311011 掌握传动系统的组成 一、常用机械传动系统的主要类型和特点 机械传动的作用：传递运动和力； 常用机械传动系统的类型：齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、轮系；带传动、链传动； （一）齿轮传动 1、齿轮传动的分类 （1）分类依据：按主动轴和从动轴在空间的相对位置形成的平面和空间分类 两平行轴之间的传动――平面齿轮传动（直齿圆柱齿轮传动、斜齿圆柱齿轮传动、人字齿轮传动；齿轮齿条传动） 用于两相交轴或交错轴之间的传动――空间齿轮传动（圆锥齿轮传动、螺旋齿轮传动（交错轴）） 用于空间两垂直轴的运动传递――蜗轮蜗杆传动 （2）传动的基本要求： 瞬间角速度之比必须保持不变。 （3）渐开线齿轮的基本尺寸： 齿顶圆、齿根圆、分度圆、模数、齿数、压力角等 2、渐开线齿轮的主要特点： 传动比准确、稳定、高效率； 工作可靠性高，寿命长； 制造精度高，成本高； 不适于远距离传动。
3、应用于工程中的减速器、变速箱等 （二）蜗轮蜗杆传动 1、用于空间垂直轴的运动传递――蜗轮蜗杆传动 2、正确传动的啮合条件――蜗杆的轴向与蜗轮端面参数的相应关系蜗杆轴向模数和轴向压力角分别等于蜗轮端面模数和端面压力角。 3、蜗轮蜗杆传动的主要特点： 传动比大，结构紧凑； 轴向力大、易发热、效率低； 一般只能单项传动。 （三）带传动 1、带传动――适于两轴平行且转向相同的场合。 带传动组成：主动轮、从动轮、张紧轮和环形皮带构成 2、带传动特点： 挠性好，可缓和冲击，吸振； 结构简单、成本低廉； 传动外尺寸较大，带寿命短，效率低； 过载打滑，起保护作用； 传动比不保证。 切记：皮带打滑产生一正一负的作用： 即过载打滑，起保护作用； 打滑使皮带传动的传动比不保证。 （四）链传动 1、链传动――适于两轴平行且转向相同的场合。 链传动组成：主动链轮、从动链轮、环形链构成
机电系统概述
机电控制技术综述 机电控制是在以大规模集成电路和微型计算机为代表的微电子技术高速发展并逐步向传统机械工业渗透的过程中形成的新概念。机电可能告知实现了机械技术与微电子，信息，软件等技术的有机结合，及大地扩展了机械系统的发展空间。 1.机电控制系统的发展历史 大体上可以分为三个阶段： a 20世纪60年代以前为第一阶段，第一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子结束的结合。那时，胭脂盒开发总体上看来处于自发状态。由于但是电子技术的发展尚未达到一定的水平，机械技术与电子技术的结合还不可能广泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。 b 20世纪70-80年代为第二阶段，可称为机电控制技术蓬勃发展阶段。这一时期，计算机技术，控制技术，通信技术的发展，为机电控制技术的发展奠定了技术基础。大规模，超规模集成电路和微型计算机的出现，为机电控制技术的发展提供了充分的物质基础。大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；机电控制技术和产品得到极大的发展；各国均开始对机电控制技术和产品给予很大的关注和支持。 C 20世纪90年代为后期，开始了机电控制技术向智能化方向买进的新阶段，机电控制技术进入深入发展时期。一方面，光学，通信技术等进入机电控制技术，微细加工技术也加入机电控制技术中崭露头脚，出现了光机电控制技术和为机电控制技术等分支；另一方面，对机电控制系统的建模设计，分析和集成设计，机电控制技术的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，人工智能技术，神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电控制技术开辟了发展的广阔天地。 随着相关技术的发展，机电控制技术将向着智能化，网络化一体化方向发展。典型的系统如数控加工中心，数控机床，工业机器人。物料自动传输与识别系统等，以及以这些系统为基础二主城的更大更复杂的系统如柔性制造系统（FMS），计算机集成制造系统（CIMS）等现代制造系统。 纵观国内外机电控制技术的发展现况和高新技术的发展方向，机电控制技术吵着这几个方向发展：绿色化智能化网络化微型化模块化。 2.机电控制系统的基本要素 常见的机电控制系统应包括机械本体、传动装置、检测传感部分、执行装置、驱动部分、控制和信息处理单元及接口等基本要索。 2.1机械本体 机械本体是机电控制系统所有功能元素的机械支持部分，包括机身、框架和机械连接等。 2.2传动装置 传动装置的主要功能是传递转矩和转速，因此,除要求具有较高的定位精度外，还应具有良好的动态响应特性。常用的传动装置包括齿轮传动装置、带传动装置、链传动装置、挠性传动装置、间歓传动装置和轴系传动装置等。
机械工程控制基础作业
第一题：生活中常见开环控制系统与闭环控制系统综合性能分析。 电加热炉开环系统与闭环系统综合性能分析 一、反馈及反馈控制 反馈：所谓信息的反馈，就是把一个系统的输出信号不断直接地或经过中间变换后全部或部分地返回，再输入到系统中去。负反馈：如果反馈回去的信号与原系统的输入信号的方向相反，称为负反馈。正反馈：如果反馈回去的信号与原系统的输入信号的方向相同，称为正反馈。 系统中还会存在外反馈、内反馈。外反馈：在自动控制系统中，为达到某种控制目的而人为加入的反馈，称为外反馈。内反馈：在系统或过程中存在的各种自然形成的反馈，称为内反馈。它是系统内部各个元素之间相互耦合的结果。内反馈是造成机械系统存在一定的动态特性的根本原因，纷繁复杂的内反馈的存在使得机械系统变得异常复杂。 二、开环控制 开环控制是指系统的被控制量（输出量）只受控于控制作用，而对控制作用不能反施任何影响的控制方式。采用开环控制的系统称为开环控制系统。例如： 电加热炉。 被控制对象：炉子 被控制量（输出量）：炉温
控制装置：开关K和电热丝，对被控制量起控制作用。 开环控制的特点： 由于开环控制的特点是控制装置只按照给定的输入信号对被控制量进行单向控制，而不对控制量进行测量并反向影响控制作用。这样，当炉温偏离希望值时，开关K的接通或断开时间不会相应改变。因此，开环控制不具有修正由于扰动（使被控制量偏离希望值的因素）而出现的被控制量与希望值之间偏差的能力，即抗干扰能力差。 开环系统主要问题：无法自动减小或消除由于扰动而产生的误差。 三、闭环控制 闭环控制是指系统的被控制量（输出量）与控制作用之间存在着反馈的控制方式。采用闭环控制的系统称为闭环控制系统或反馈控制系统。闭环控制是一切生物控制自身运动的基本规律。人本身就是一个具有高度复杂控制能力的闭环系统。 如图所示：该电热炉由于有反馈的存在，整个控制过程是闭合的，故也称为闭环控制。 可以看到:控制系统的输出量对系统的控制作用有影响，或控制器与控制对象之间既有顺向作用又有反向联系，故这种控制系统称为闭环控制系统。说明的是：输出量对系统的控制作用的影响称为“反馈”。闭环系统:控制的是控制对象的输出量 (被控量)，测量的是输出量与给定值之间的偏差。因此只要出现偏差，就能自动纠偏，用它可以实现准确的控制,因此,它是自动控制系统工作的主要方式。其框图如下图所示：
机电系统组成原理
第一次形成作业答案 使用的教材：见学校说明。 作业必须手写（做答案）不能用计算机打印 名词解释 1机电一体化：从系统的观点出发，将机械技术、微电子技术、信息技术、控制技术等在系统工程基础上有机地加以综合，以实现整个系统最佳化的一门新科学技术。 2机械传动：是一种把动力机产生的运动和动力传递给执行机构的中间装置,是一种扭矩和转速的变换器,其目的是在动力机与负载之间使扭矩得到合理的匹配,并可通过机构变换实现对输出的速度调节。 3总线：为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。 4故障覆盖率：即被检测的故障数与所有检测的故障数之比的百分数表示，又称为故障被测度。 5压电效应：某些电介质，当沿着一定的方向对它施加力而使它产生变形时，内部就会产生极化现象，同时在它的两个表面上将产生符号相反的电荷。当外力去 掉后，它又重新恢复到不带电的状态，这种现象被称为压电效应。 6三相六拍工作方式：每转换六次为一循环，各拍交替出现单双相通电的模式,定子绕组通电次序为A-AB-B-BC-C-CA-A。 7位置随动系统：位置输出量以一定的精度复现输入量变化的自动控制系统，称为位置随动系统，也称为伺服系统。 8“浴盆”曲线：实质上是一条瞬变故障曲线，它描述了机电一体化系统瞬时故障随时间变化的关系。 9 FMS系统：即柔性制造系统，是以数控机床为基础发展起来的一种高效率、多品种、小批量生产系统。一般来说，一个典型的 FMS 主要由四个子系统组成。它们是：自动加工系统、刀具系统物流系统以及控制与管理系统。 10 D/A转换器：即数字－模拟信号转换器，其功能是将计算机输出的数字信号转换为模拟的电压信号。 填空题 1机电一体化系统的基本组成要素有（1），（2），（3），（4），（5）。（结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素）
《机械动力学》 期末复习题及答案
《机械动力学》期末复习题及答案1、判断 1.机构平衡问题在本质上是一种以动态静力分析为基础的动力学综合，或动力学设计。 答案:正确 2.优化平衡就是采用优化的方法获得一个绝对最佳解。 答案:错误 3.惯性力的计算是建立在主动构件作理想运动的假定的基础上的。 答案:正确 4.等效质量和等效转动惯量与机械驱动构件的真实速度无关。 答案:正确 5.作用于等效构件上的等效力（或等效力矩）所作的功等于作用于系统上的外力所作的功。答案:错误 6.两点动代换后的系统与原有系统在静力学上是完全等效的。 答案:错误 7.对于不存在多余约束和多个自由度的机构，动态静力分析是一个静定问题。 答案:错误 8.摆动力的完全平衡常常会导致机械结构的简单化。 答案:错误 9.机构摆动力完全平衡的条件是：机构运动时，其总质心作变速直线运动。 答案:错误 10.等效质量和等效转动惯量与质量有关。 答案:错误 11.平衡是在运动设计完成之前的一种动力学设计。 答案:错误 12.在动力分析中主要涉及的力是驱动力和生产阻力。 答案:正确 13.当取直线运动的构件作为等效构件时，作用于系统上的全部外力折算到该构件上得到等效力。 答案:正确 14.摆动力的平衡一定会导致机械结构的复杂化。 答案:错误 15.机器人操作机是一个多自由度的闭环的空间机构。 答案:错误 16.质量代换是将构件的质量用若干集中质量来代换，使这些代换质量与原有质量在运动学上等效 答案:正确 17.弹性动力分析考虑构件的弹性变形。 答案:正确 18.机构摆动力矩完全平衡的条件为机构的质量矩为常数。 答案:错误 19.拉格朗日方程是研究约束系统静力动力学问题的一个普遍的方法。 答案:正确
电梯机械系统动态特性研究
电梯机械系统动态特性研究 虽说看起来电梯机械结构非常的简单，但是电梯安装是一种机电一体化程序，它们之间的契合度非常高，牵一发而动全身，采用的自动化技术也是较为先进的，自动化电路管理也相当复杂。鉴于此，本文对电梯机械系统动态特性进行了分析探讨，仅供参考。 标签：电梯系统；机械因素；动态特性 一、电梯的介绍 目前，电梯已经广泛的应用在我国城市高层建筑当中，城市中绝大部分的人都乘坐过电梯，对电梯也有一点了解。但是他们对电梯的了解也仅仅在其功能上，了解程度也在最为基础阶段，对其结构以及分类都一无所知。电梯的定义一般分为狭义与广义，狭义上的电梯也就是大多数人了解的，是一种生活工具，为人们服务的轿厢升降设备，但是不包含扶梯；广义上的电梯定义是将电梯当作一种运动的物体，也当作一种运输机电设备，将电梯看作是一种具有动力能够沿著固定轨道、路线等运输货物的箱体结构。电梯的分类具有很多种，根据不同的功能能够将电梯进行具体的细分：按照电梯的运行速度进行划分，可以将电梯分为低速、快速、高速、超高速四种类型，在一些超高层大厦、楼房当中经常采用的是超高速电梯，因为超高速电梯运行速度为4m/s，这样可以减少人们等待电梯的时间，为出行的人节约时间；高速电梯一般应用在中等的写字楼中，因为楼层相对不是太高，为了保证安全，一般会采用速度为2-4m/s的高速电梯；快速电梯就是-人们一般生活的小区当中，这样的电梯一般多为民用，空间大，速度一般维持在1-2m/s，这样的电梯基本上以人员上下班为主；剩下的就是速度在1m/s的低速电梯了，这种电梯运行速度非常慢，主要是以运送货物为主，也是人们口中经常说的货梯。 二、电梯系统的安全技术分析 1.引起电梯系统振动问题的机械因素 1.1曳引机因素 曳引机引起的电梯系统的振动是日常生产中常见的因素，因为曳引机的正常使用就会产生振动，再加上，一旦电梯在使用年份上过长，曳引机的振动就会越来越大，从而导致电梯系统的振动也越来越大，因此，还是需要对曳引机进行定期的维护处理，才能保证电梯的平稳、安全运行。 1.2减速器的密封圈因素 如果电梯减速器的密封圈有损坏，就会对电梯的减速装置造成影响，在电梯运行中，就会让使用者感觉到电梯下降过快，减速慢，站不稳等现象。而且，不
哈工大机电系统控制第三章答案
3-1 题图3-1所示的阻容网络中，i ()[1()1(30)](V)u t t t =--。当t =4s 时，输出o () u t 值为多 少？当t 为30s 时，输出u o (t )又约为多少？ 解：661(s)111 1(s)1110410141o i U sC U RCs s R sC -====+???+++ (4)0.632(V)o u ≈，(30)1(V) o u ≈ 3-2 某系统传递函数为2 1 ()56 s s s s +Φ= ++，试求其单位脉冲响应函数。 解： 2(s)112 (s)5623o i X s X s s s s +-==+++++ 其单位脉冲响应函数为 23(t)(e 2e )1() t t x t δ--=-+? 3-3 某网络如图3-3所示，当t ≤0-时，开关与触点1接触；当t ≥0+时，开关与触点2接触。 试求输出响应表达式，并画出输出响应曲线。 1V 题图3-1 题图3-3 解： 1(s)1 1(s)2121 ()o i R U RCs s sC U RCs s R R sC + +===++++ 01(t)1(2)1()(V)i i i u u u t =+=+-? 1111212 (s)(s)121212 o i s s U U s s s s s ++-= ==-+++ 则
2 1(t)(e 2)1()(V) t o u t - =-? 12 01(t)1(e 2)1()(V) o o o u u u t -=+=+-? 其输出响应曲线如图3-3所示 图3-3 题图3-4 3-4 题图3-4所示系统中，若忽略小的时间常数，可认为 1d 0.5()d y B s x -=?。其中，ΔB 为阀芯位移，单位为cm ，令a =b （ΔB 在堵死油路时为零）。 (1) 试画出系统函数方块图，并求 (s) (s) Y X 。 (2) 当i ()[0.51()0.51(4)1(40)]cm x t t t s t s =?+?---时，试求t =0s,4s,8s,40s,400s 时的y (t )值，()B ?∞为多少？ (3) 试画出x (t )和y (t )的波形。 解：（1）依题意可画出如图3-4所示的系统函数方块图， 图3-4-1 则
机械结构系统动态设计
机械结构系统动态设计 本文讨论了机械结构系统动态设计取代传统的经验设计、类比设计和静力设计的必然趋势;分析了国内外机械动态设计的现状和发展方向;给出了机械动态设计的一般进程。一、动态设计是机械产品开发的必然趋势 机械产品与其它工业产品一样，都必须通过设计过程，以其创造性劳动实现人们预期的目的。在设计过程中，逐步转向高速、高效、精密、轻量化和自动化方向发展。随着产品结构日趋复杂，对其工作性能的要求越来越高，而在这些特点中.有60 ^'7000是取决于设计的方法和质量}1}。合理的设计应以实际结构在给定环境和载荷条件下的失效机制为依据，但是目前许多设计采用简化的工程分析，以线性、解藕、静力分析的结果作为判别安全和失效的准则，至今仍存在下述问题: 1.关于载荷的输入，是将工作载荷近似为正弦变化的等幅载荷或最大值之和或平方和的方根值，没有考虑到工作载荷的随机性，常常使得设计出来的机械结构偏重偏大; 2.许用应力的选取是基于静力分析的结果。对于要求重量轻、可靠性高的产品，要求破坏概率限定在一给定的很小的范围内，必须用基于概率论 的理论进行可靠性设计; 3.对于非弹性、动力等因素是通过经验性的安全系数或简单公式引人训一算。由于系数选取的经验不同，出入较大，往往采用较大的安全系数，以弥补系数所隐含的各种影响零部件强度因素的不确定性，通常使得计算设计过于保守。 随着机械设备向着大型化、精密化和高效率、高可靠性方向的发展，以经验设计、类比设计和静力设计为主的机械产品与国际先进水平相比，无论在质量或寿命方面都出现了很大的差距，为了提高现有设计水平，必须在设计阶段考虑到实际工作环境下的各种动态因素: 1.在实际工作条件下的随机载荷及结构对机械系统的响应; 2.结构振动产生的附加动载荷; 3.循环交变载荷引起机械结构的疲劳破坏。 因此，机械产品的传统的静态设计方法逐渐为动态设计所取代，是现代设计方法发展的必然趋势。动态设计充分体现了机械的实际动态特性，系统地反映了振动和响应的全过程。在设计阶段可较精确地进行动态预算，在产品设计之前解决机械的强度、刚度、振动、噪声和可靠性等问题，可以较显著地提高机械设备的设计水平。 二.、国内外机械动态设计现状
机械传动系统的运动分
第4单元学时数：学时教案目的与要求： 理解运动链的可动性及运动确定性的条件； 能正确计算平面机构的自由度。 教案重点与难点： 重点：平面机构自由度的计算 难点：自由度计算时应注意的特殊结构 教案手段与方式： 课堂讲授， 教案内容： 第一章机械传动系统的运动分析 第三节平面机构的自由度 一、平面机构自由度的计算 二、机构具有确定运动的条件 三、计算平面机构的自由度时应注意的特殊结构 第四节机械传动系统的运动分析实例 第一章机械传动系统的运动分析 第三节平面机构的自由度 一、平面机构自由度的计算 1．平面机构自由度 机构中各构件相对于机架所能有的独立运动的数目。 构件的自由度
两构件用运动副联接后，彼此的相对运动受到某些约束。 低副引入两个约束！（图形见课件） 高副引入一个约束！（图形见课件） 2．机构自由度计算的一般公式 F ＝3n －2P L －P H n —活动构件数；P L —低副数；P H —高副数 例1：计算曲柄滑块机构的自由度（动画见课件） 解：活动构件数n=3 低副数PL=4 高副数PH=0 F ＝3n － 2PL － PH ＝3×3 － 2×4 ＝1 例2：计算五杆铰链机构的自由度 解：活动构件数n ＝4 低副数PL ＝5 F ＝3n － 2PL － PH ＝3×4 － 2×5 ＝2 例3：计算图示凸轮机构的自由度（动画见课件） 解：活动构件数n ＝2 低副数PL ＝2 高副数PH ＝1 F ＝3n － 2PL － PH ＝3×2 － 2×2 －1 ×1 ＝1 F = 3×2 – 2×3= 0 (桁架)F = 3×3 – 2×5 = -1(超静定桁架) 1．机构自由度数2 1．复合铰链 S 3 1 2 3 1 2 3 4 θ1 1 2 3
机械传动系统设计
机械传动系统设计 第一节概述 一台机器是由原动机、传动系统、工作机构和操纵控制四个部分组成，在这里只讲传动系统设计。它是将电动机的运动和动力传递给工作机构的中间传动装置，用来实现减速（或增速）、变速、转换运动形式等。 机械传动系统设计的一般程序是： 1．机构选型：根据机器的功能要求，工作机构对动力、传动比或速度变化的要求，以及原动机的工作特性，选择机械传动系统所需的机构类型。 2．拟定传动系统总体布置方案：根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动机构的特点和适用条件，合理拟定传动路线，安排各传动机构的先后顺序，以完成原动机到工作机构之间的传动系统的总体布置方案。 3．选择电动机，确定传动系统的总传动比。 4．总传动比分配：根据传动系统的组成方案，将总传动比合理分配到各级传动机构。 5．传动系统的运动和动力参数计算：机械传动系统的运动和动力参数主要指各级传动比、各轴的转速、转矩、功率等。 6．确定机械传动系统的主要参数和几何尺寸：通过各级传动机构的承载能力计算，确定主要参数。在此基础上，进行传动零件及传动系统主要几何尺寸计算，最后绘制出传动系统运动简图及总装配图。
第二节机械传动系统方案设计 机械传动系统的方案设计是机械设计工作中的一个重要组成部分，是最具创造性的设计环节。正确合理地设计机械传动系统，对提高机械的性能和质量、降低机械的制造成本和使用费用等都是至关重要的。 任何机械其传动系统设计方案都不是唯一的，在相同设计条件下，可以有不同的传动系统方案，最后确定的应是其中最佳方案。 传动系统方案设计首先应满足工作机的工作要求（如功率及转速），另外结构简单紧凑、加工方便、成本低、传动效率高、使用维护方便等特点。见图表2－1和2－2 减速器类型和传动系统方案。 在做课程设计时，如果设计任务书已给定传动方案，表中传动方案设计就不必做了，只要按设计任务书要求选电动机，计算有关参数。 第三节选择电动机 1．选择电动机的类型和结构 电动机的类型很多，常用的Y系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。由于三相异步电动机具有结构简单、工作可靠、价格便宜、效率高、使用方便等特点，所以现代机器中应用最广泛。 2．选择电动机的容量（功率） 电动机的功率选择是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。 功率小于工作要求则不能保证工作机的正常工作，或使电动机因长期超载运行而过早损坏；功率选得过大，电动机价格过高，传动能力又不能
数控机床的动态特性概述
数控机床的动态特性概述 李凯旋
研究机床动态特性的重要性和必要性现代机床正向高速，大功率，高精度的方向发展， 除了要求机床重量轻，成本低，使用方便和具有良 好的工艺性能外，对机床的加工性能要求也愈来愈 高。机床的加工性能与其动态特性紧密相关。 由于受到理论分析和测试实验手段落后的限制，传统的机床设计 的主要依据是静刚度和静强度，对机床的动态特性考虑较少。结 果常常是以较大的安全系数加强机床结构。导致机床结构尺寸和 重量加大。并不能从根本上改观机床的动态特性。
机床的动态特性的基本概念 机床的动态性能是指机床运转之后振动、噪声、热变形与磨损等性 能的总称。但长期以来主要指的是机床的振动性能，即主要指机床 抵抗振动的能力。【1】????? ??????===振型）振型（一阶振型，二阶变形大小）动态柔度变形的能力。动刚度：动载荷下抵抗变形的能力。静刚度：静载荷下抵抗为临界阻尼系数为阻尼系数，阻尼比）（固有角频率固有频率(/1r r ,r/r 2/f f co co n n n n d k ωξπωω机床结构的动态特性参数主要参数包括固有频率，阻尼比，振型，动刚度等。机床的动态分析主要是研究抵抗振动的能力，包括抗振性和切削稳定性，【2】??? ?????????切削自激振的能力）切削稳定性（机床抵抗主要零件的固有频率阻尼特性机床的结构刚度振动的能力）抗振性（机床抵抗受迫激振力：由回转的不平衡质量作为振动系统的振动源产生的周期性简谐振动。【1】诸乃雄，机床动态设计原理与应用[M]上海：同济大学出版社，1987:1-3 【2】陈雪瑞，金属切削机床设计[ M ] 太原: 山西科学教育出版社, 1988.147-151 主要指标外力的激励频率与物体的固有频率相等时，物体的振动形态成为主振型或一阶振型。外力的激励频率是物体固有频率二倍时，物体的振动形态为二阶振型，以此类推.......
机械系统动力学作业---平面二自由度机械臂运动学分析
机械系统动力学作业---平面二自由度机械臂运动学分 析 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
平面二自由度机械臂动力学分析 [摘要] 机器臂是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，这里主要对平面二自由度机械臂进行动力学研究。本文采用拉格朗日方程在多刚体系统动力学的应用方法分析平面二自由度机械臂的正向动力学。经过研究得出平面二自由度机械臂的动力学方程，为后续更深入研究做铺垫。 [关键字] 平面二自由度机械臂动力学拉格朗日方程 一、介绍 机器人是一个非线性的复杂动力学系统。动力学问题的求解比较困难，而且需要较长的运算时间，因此，简化解的过程，最大限度地减少工业机器人动力学在线计算的时间是一个受到关注的研究课题。 机器人动力学问题有两类： (1) 给出已知的轨迹点上的，即机器人关节位置、速度和加速度，求相应的关节力矩向量Q r。这对实现机器人动态控制是相当有用的。 (2) 已知关节驱动力矩，求机器人系统相应的各瞬时的运动。也就是说，给出关节力矩向量τ，求机器人所产生的运动。这对模拟机器人的运动是非常有用的。 二、二自由度机器臂动力学方程的推导过程 机器人是结构复杂的连杆系统，一般采用齐次变换的方法，用拉格朗日方程建立其系统动力学方程，对其位姿和运动状态进行描述。机器人动力学方程的具体推导过程如下： (1) 选取坐标系，选定完全而且独立的广义关节变量θr ，r=1, 2,…, n。 (2) 选定相应关节上的广义力F r：当θr是位移变量时，F r为力；当θr是角度变量时， F r为力矩。 (3) 求出机器人各构件的动能和势能，构造拉格朗日函数。 (4) 代入拉格朗日方程求得机器人系统的动力学方程。 下面以图1所示说明机器人二自由度机械臂动力学方程的推导过程。
机械系统设计
1.系统的含义 系统是由具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素所构成的一个整体。 2.系统的特性 整体性相关性自组织性和动态性目的性优化原则 3. 机械系统的构成 物料流系统能量流系统信息流系统机械结构系统机械运动系统 4. 机械系统设计的基本思想 在机械系统设计时不应追求局部最优，而应该追求整体的最优。 5. 机械系统设计的任务 机械系统设计的任务是为市场提供优质，高效，价廉物美的产品，在市场竞争中取得优势，赢得用户，并取得良好的经济效益。 6. 机械系统设计的一般过程 机械系统设计的一般过程包括产品规划、系统技术设计和制造销售三个阶段 7. 设计任务的类型 开发性设计适应性设计变型设计 8.设计任务的来源 （1）指令性设计任务 （2）来自市场的设计任务 （3）考虑前瞻的预研设计任务 9. 系统的功能描述 主功能———物料的输入、转换与输出功能（物料流）； 动力动能——能量传递与变换功能（能量流）； 控制功能——信息传递与控制功能（信息流）； 结构功能 10. 形态学矩阵 在形态学中，将各子系统的目标及基本可能实现的办法列入一个矩阵形式的表中，这个表就称形态学矩阵 11. 设计时的参考原则 运动学原则基面合一原则最短传动链原则保证安全性原则简单化原则12. 系统总体布局的基本形式 （1）按主要工作机构的空间几何位置，可分为平面式、空间式等。 （2）按主要工作机构的相对位置，可分为前置式、中置式、后置式等。 （3）按主要工作机构的运动轨迹，可分为回转式、直线式、振动式等。 （4）按机架或机壳的形式，可分为整体式、组合式等。 13. 物料流的基本概念及其重要性 （1）物料流指的是机械系统工作过程中的一切物料的运动变化过程。 （2）重要性：物料流系统决定了机械系统的总体布置。 物料流系统决定了能量流系统的主要参数 物料流系统是信息流系统的主要控制对象 14. 物料流系统的组成 加工输送储存检验 15. 机械系统的能量流程 书P72