机械系统动力学的意义

机械系统动力学报告

题目：利用ANSYS软件进行多物理场耦合动力学分析

随着当今工业对机械设备的要求不断提升，机械系统已经由传统狭义的机械系统发展为包含机械系统本身及液压气压系统、机电系统、热流磁系统为一体的复杂系统。那么如何在产品研发初期进行更为精确的系统动力学模拟，已经关系到产品成本的投入以及生产效率的高低。该报告为大家简单介绍如何利用美国ANSYS公司以及旗下产品进行多物理场耦合动力学分析，以期能让大家从整体上了解该项技术的应用范围及应用前景。

1. CAE发展趋势——系统仿真及多物理场 CAE当前发展充满辩证思想 (1)单场 多场 特点：设计多学科的模拟

流-固耦合 热-固耦合 电-磁耦合

（2）系统

细节 特点：多层次模拟

整体模拟 局部模拟——接触分析 局部模拟——点焊

物理场及控制方程

物理场及物理量 几个关键术语

场（filed）:测量物理量力来源

通量（flux）:场强×材料属性连续性 势（potential）:场积分自由度

多物理场求解：多场多物理量（时间、空间分布和变化规律）

物理场间传递的物理量或物理现象，构成

ww.wtemeghlaleyr.om

chTeor yofMa hicnse& echMnaisms第9 机械章统系力动学基础

作者郭：卫东樊文贵 科学出版高社教等出育版心中王俊家

第9章 机械统动系学基力础1 2 43机械系统动力学题问述机械概系的统等动力效模学型机械真运动实的解求机械 系速度波统动的节调

9.1机械 系统力学问动概题9.1述.1研究机 械系动力统问题学的目的内容和 1) 械机在知已力外作用下的真实动运求解在 析现分有械和设机的新计机的工械作能时性，为对了机进械较行精 的运确分动析力分和，析需首先要解了动件原的实运真动律规这，于对 析分改良现有、械机和设新计机械都十分要重特别是，速高重载、、精高 度和高动自化程的度械。 机) 2机械运转周期速性度波动的调节机械 在转过运中程其，动原件般一况情并非下等做运动速常常外。力 化而导变致驱功和阻抗功不动等，引起能动的增减产，运转速生的度波动(变化) ,导在致动副中运生附产动压力。加如速度果动波较大，影将机响械 的正工常作，降低其命、机械寿率和效作工量，质引起机并械动和振噪。这声 需就要研机究运械速度的转波及其调动方法，设节将法械机转速度的波动运 度限程制在可范许围内。

9之1.

机械系统动力学三级项目报告

指导老师：胡波

小组成员：

班 级：机电1班

完成时间：2015年7月4日

目录

一、四杆机构............................................................................................................ 1

1、初始数据........................................................................................................... 2 2、计算过程........................................................................................................... 2 3、运动仿真.................................................................

太原理工大学研究生试题B

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: 2015.12.11 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 总分 分数 1 求图1系统的当量刚度，钢丝绳的刚度为K1，滑轮的质量忽略不计。(10分)

2 系统如图2所示，圆盘的转动惯量为I，其旋转轴线与垂直方向成α角安装，圆盘上有一偏心质量m，偏心距为a，求系统微幅振动的频率。(10分)

3 试求图3所示系统的固有频率。略去转轴和中间齿轮的转动惯量，已知：

I1=235.2kg.cm2,I2=98kg.cm2, L1=75cm, L2=75cm, D1=15cm, D2=7.5cm, d1=5cm, d2=4cm。(10分)

4 重量为W的薄板挂在弹簧的下端，在空气中上下振动时，周期为T1；在液体中上下振动时，周期为T2。假定空气阻尼略去不计，液体阻力表示为，其中2A为薄板的总面积，为其运动速度。试证明液体的粘性系数：??2?WT22?T12，见图4。(10分)

AgT1T25 如图5所示的单摆，其

第七章 机械动力学第一节 概述一、机械动力学的研究内容及意义低速、轻载的机械进行运动分析和受力分析时，假定机构的原动 件作匀速运动——静力分析。 高速、重载、大质量的机械，上述分析误差大，可能直接影响到 设计的安全性和可靠性。 在实际工况中，作用在机器执行构件的生产阻力绝大多数是变化 的，作用在构件上的摩擦力和摩擦力矩随着机器的运转也在不断 变化。

绝大多数机械系统运转时，其主轴的速度是波动的。 机器主轴速度过大的波动变化会影响机器的正常工作， 增大运动副中的动载荷，加剧运动副的磨损，降低机器 的工作精度和传动效率，激发机器振动，产生噪声。 本章研究内容：外力作用下机械的真实运动规律及机械 速度波动的调节。 研究目的:机器的真实运动；机械的转速在允许范围内 波动。二、机械中作用的力

研究机械的真实运动规律时，必须知道作用在机械上的 力及其变化规律。

1. 作用在机械上的驱动力和生产阻力 驱动力：

常数

如重力 Fd C

位移的函数 如弹簧力 Fd Fd(s) 内燃机驱动力矩 速度的函数 Md Md(s)

如电动机驱动力矩Md Md( )

生产阻力： 常数 如起重机、车床的生产阻力 执行机构位置的函数 如曲柄压力机、活塞式压缩机的生产阻力 执行构件速度的

西北工业大学研究生院

学 位 研 究 生 课 程 考 试 试 题

考试科目： 机械系统动力学 课程编号：056022 开课学期： 2014-2015学年第二学期 考试时间：2015/07/08 说 明：所有答案必须写在答题册上,否则无效。 共6 页 第 1页

1. 用加速度计测出某结构按频率82 Hz简谐振动时的最大加速度为50g (g?980cm/s2). 求该振动的振幅及最大速度.

解答: 已知振动频率 f?82Hz，最大加速度amax?50g,振动角频率??2?f?164?rad/s

将简谐振动表述为正弦函数 x?Asin(?t??) ，则

??A?cos(?t??) ，加速度为 ????A?2sin(?t??) 其速度为 xx 振幅 A?amax50?9.8??0.185cm ?2(164?)2 最大速度 vmax?A??1.85?164??95.1cm/s

2. 一个机器内某零件的振动规律为x?0.4sin?t?0.3cos?t，x的单位是cm，??10?/s。这个振动是否简谐振动? 求出

太原理工大学研究生试题B

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: 2015.12.11 题号 一 二 三 四 五 六 七 八 总分 分数 1 求图1系统的当量刚度，钢丝绳的刚度为K1，滑轮的质量忽略不计。(10分)

2 系统如图2所示，圆盘的转动惯量为I，其旋转轴线与垂直方向成α角安装，圆盘上有一偏心质量m，偏心距为a，求系统微幅振动的频率。(10分)

3 试求图3所示系统的固有频率。略去转轴和中间齿轮的转动惯量，已知：

I1=235.2kg.cm2,I2=98kg.cm2, L1=75cm, L2=75cm, D1=15cm, D2=7.5cm, d1=5cm, d2=4cm。(10分)

4 重量为W的薄板挂在弹簧的下端，在空气中上下振动时，周期为T1；在液体中上下振动时，周期为T2。假定空气阻尼略去不计，液体阻力表示为，其中2A为薄板的总面积，为其运动速度。试证明液体的粘性系数：??2?WT22?T12，见图4。(10分)

AgT1T25 如图5所示的单摆，其

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Qr。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

《机械系统设计》

一、机械系统设计概论

（一）机械与机械系统

机械是机构和机器的统称。系统是指具有特定功能的、相互间具有有机联系的若干个要素所组成的一个整体。由若干机械装置组成的一个特定系统，称为机械系统。机械零件和构件是组成机械系统的基本要素，它们为完成一定的功能相互联系而分别组成了各个子系统。

（二）机械系统的特性

１．整体性

机械系统是由若干个子系统构成的统一体，虽然各子系统具有各自不同的性能，但它们在结合时必须服从整体功能的要求，相互间须协调和适应。一个系统整体功能的实现，并不是某个子系统单独作用的结果，一个系统的好坏，最终体现在其整体功能上。因此，必须从全局出发，确定各子系统的性能和它们之间的联系，设计中并不要求所有子系统都具有完美的性能，即使某些子系统的性能并不完善，但如能与其他相关子系统得到很好的协调，往往也可使整个系统具有满意的功能， 2．相关性

系统内部各子系统之间是有机联系的，它们之间相互作用、相互影响，形成了特定的关系。如系统的输入与输出之间的关系、各子系统之间的层次联系、各子系统的性能与系统整体特定功能之间的联系等，都取决于各子系统在系统内部的相互作用和相互影响的有机联系。某一子系统性能的改变，将

系统是具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个整体。 ? 构成一个系统必须具备三个条件： ①系统由两个以上的要素组成；

②要素之间存在着相互联系、相互作用（interaction）； ③系统具有不同于各个组成要素的整体功能

系统组成

（1）要素 又称元素。是系统的组成部分，又称为子系统。 （2）结构 系统各要素相对稳定的相互联系、相互作用的方式。 （3）功能 系统整体在内部与外部的联系中表现的作用和能力。 （4）边界 系统所包含的要素的界限，结构表明须有确定边界。 （5）环境 存在于系统外与系统发生作用的各种因素的总体。 功能表明系统需要与环境发生关系。 （6）输入 通过边界进入到系统的事物。 输出 通过边界进入到环境的事物。 1. 系统的6个原理

(1)整体性原理(Principle of system integrality)

系统的整体性的主要表现在于：

系统的性质、功能和运动规律只有从整体上才能显示出来。

整体与部分相对应，整体是各个部分综合的产物。系统整体不等于部分和，表现出了系