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燕山大学 Yanshan University 燕山大学 Yanshan University 燕山大学机械工程学院 School of Mechanical Engineering, Yanshan University 燕山大学机械工程学院 School of Mechanical Engineering, Yanshan University 机 械 系 统 动 力 学 董 世 民 2013年9月 机械系统动力学：研究机械系统在运行过程中的受力以及在这些力作用下运动规律的一门学科。 绪 论 研究对象：机械系统 本课程的主要内容： 1、刚性构件系统动力学 (1)单自由度刚性构件系统动力学 (2)两自由度刚性构件系统动力学 2、振动理论 (1)单自由度线性系统振动理论 (2)两自由度线性系统振动理论 (3)多自由度线性系统振动理论 教材与参考书： 1、李友堂.机械系统动力学，国防工业出版社，2010 2、邵忍平.机械系统动力学，机械工业出版社，2005 考核方式：结合自己的研究方向，写1篇与本课程相关的学术论文或文献综述报告。 课程内容、参考书、考核方式 系统：由相互关联、相互制约、相互影响的元素所组成的整体。 常用概念：系统、信号、力学模型、 数学模型 机械 系统 驱动系统 传动系统 执行系统 机械系统：由机械元件组成的系统。 例如：平面连杆机构系统；凸轮机构系统；齿轮系统等等。 机械系统常与电气系统、液压系统、气动系统等结合，组成一种新的机械系统。 机和电结合形成的机电一体化系统； 机和液压液力结合形成的机液系统； 机、电和液压液力结合起来形成的机电液系统等。 信号：在系统之间连接通道中“流动”着的物理量。 信号是一个“动态”量 在研究机械系统的动力学问题时，总是给系统施加一个输入信号，观察、检测或计算其输出信号。 激励：系统输入信号称为系统激励； 响应：系统在激励作用下的动态行为，即系统的输出信号。 力学模型：对实际系统抽象所得到的模型。 数值模型：能够用数值实现数学模型定量计算而建立的模型。 数学模型：描述系统特性的数学表达式。 (1)对实际系统进行描述。根据研究目的，建立力学模型。力学模型显著影响系统动态分析结果。 (2)根据力学模型，建立数学模型。 力学模型不同，数学模型也不同，动态响应分析结果也不同。 数学模型是分析问题的关键。不能建立数学模型，就无法对系统进行分析。 (3)数值模型是实现数值定量计算、图表曲线分析的基础。在实际科学研究，数值模型与结果分析往往占据大量时间。 动力学模型元件：质量元件、弹性元件和阻尼元件。 系统激励 机械 系统 分类 力学模型 离散系统 连续系统 数学模型 线性系统 非线性系统 确定性系统 随机性系统 刚性构件 机械系统 单自由度 多自由度 弹性构件 机械系统 (振动系统) 弹簧—质量：离散系统 简支梁：连续系统 对实际机械系统进行简化时，简化系统是唯一的吗？ 运动微分方程： 系统为非线性系统。 运动微分方程： 系统为线性系统。 若假设： (1)系统质量m为常数； (2)系统弹簧力与变形之间为非线性关系。例如： (3)系统阻尼力为非线性的。例如： ) ( 2 x C F C = 假设： (1)系统质量m为常数； (2)系统弹簧力为线性的； (3)系统阻尼力为线性的； 线性系统的特性：满足迭加原理，即对于同时作用于系统的两个 不同的输入，所产生的输出是这两个输入单独 作用于系统所产生的输出之和。 在实际工程当中，不存在严格的线性系统。只有在小位移或小变形的情况下，才可将实际系统简化为线性系统，否则将简化为非线性系统。 例如：单摆系统。 系统运动微分方程： 将上式简化： 当摆作微小摆动时 ： 线性系统 非线性系统 振动演示——单自由度系统振动 振动演示——两自由度系统振动 振动演示——三自由度系统振动 连续系统振动演示——板的振动 连续系统振动演示——梁的振动 振动演示——弦的振动 研究机械系统动力学的意义 (1)机械产品高速化的迫切要求 高速化是现代机械产品最为突出的特征之一。为了提高高速化机械产品的设计质量，动力学分析方法从动态静力分析发展到动力分析和弹性动力分析。例如： 汽车的高速化推动了整车振动和传动系统振动与噪声的研究； 内燃机和各种自动机械的高速化推动了高速凸轮机构动力学的发展。 (2)机械产品精密化的必然需要 精密化要求机械的实际运动尽可能与期望运动相一致。因此在分析误差时，必须尽可能考虑各种因素的影响,如间隙、弹性、制造误