机械动力学-张晓++作参考-间隙机构

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1、机械动力学读书报告——张晓（S201001032）1机械动力学概况1.1问题的提出现代化的工业、农业、交通等各个部门的发展，要求设计出更多生产效率高、性能良好的机械设备，由此而导致机械产品市场的激烈竞争，机械动力学的研究也越加必要。随着机械运转速度的不断提高，动力学的分析方法从静力分析发展到动态静力分析，又发展到动力分析和弹性动力分析，其考虑的因素越来越多，越来越符合客观真实情况，分析复杂程度越来越高。例如、汽车的高速化推动了对整车振动和传动系统与噪声的研究，内燃机和各种自动化机械的高速化推动了高速凸轮机构动力学的研

2、究。长期以来、机械设计普遍采用静态设计方法，动态设计方法是近些年提出的新的设计方法。用静态设计方法设计机械时，只考虑静态载荷和静特性，待产品试制出来以后再作动载荷和动态特性测试，发现问题时再采取补救措施。动态设计方法在设计、制造、管理等各个阶段，采取综合性技术措施，早期直接地考虑动力学问题。例如，高速旋转机械可以用静态方法设计，制造出来以后通过平衡减小振动，还要使运转速度避开共振的临界转速。但是随着转速的提高和柔性转子的出现，不仅在设计时要进行动态分析，而且在运行的过程中还要进行状态监测和故障诊断，并及时维护，排除故

3、障，避免发生重大事故。例如，汽车、飞机的设计早就应用动态设计方法。动态设计的基础就是动力学分析。所以机械动力学的研究势在必行[1]。1.2研究对象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。简单的表述机械动力学的研究对象是运动与受力之前的关系，其中，受力包括内力、运动副之间的反力，外力、外载，非静力（由于运动产生的力）；运动研究的是运动与几何因素以及动力学参数的关系。1.3研究内容1）按研究的功能分类可分为：分析：对现有机械结构进行受力以及运动学、动力学分析，藉此了解机械结构的力学、运动性

4、能，为机械结构的设计改进提供数据理论基础。综合：是设计机械使之达到给定的运动学、动力学要求。2）按机械动力学的发展分类可分为：经典：理想机械。9现代：非理想机械，考虑弹性、摩擦、振动等现实机械无法避免的各种因素的机械。3）按提出的问题分类可分为：基本问题：传统机械动力学所研究的问题，适用范围广专题：针对机械设计过程中出现的问题，提出的专门的解决办法，使用范围有限，但对于解决个别问题很有效。4）动力学的分析方法按功能分类动力学反问题：已知机构的运动状态和工作阻力，求解输入转矩和各运动副反力及其变化规律（即已知运动求力）

5、；动力学正问题：给定机器的输入转矩和工作阻力，求解机器的实际运动规律（即已知力求运动）。1.4研究方法由于动力学研究的复杂性，人们常常引入一些假定，使问题简单化。随着生产实践的发展，对动力学分析的准确度提出了新的要求；而科学技术的发展，为动力学分析提供了新的理论和手段。因而，动力学研究发展的总趋向是：逐步地将这些假定抛弃，日益地使分析更接近客观实际情况，使动力学分析的水平逐步提高[2]。在机械动力学发展历史上，先后提出了四种不同水平的分析方法：1）静力分析（staticanalysis）针对低速机械，运动产生的惯性力

6、可以忽略不计。这是历史上最早出现的力分析方法。对许多速度不太高的机械，现在仍用静力分析方法来计算原动机的功率，进行构件和运动副的承载能力计算。2）动态静力分析（kineto-staticanalysis）采用“原动构件等速回转”这一假定。根据达朗贝尔原理，将惯性力和惯性力矩计入静力平衡方程来求出为平衡静载荷和动载荷而需要在原动构件上施加的力和力矩。可最终归结为代数方程求解。3）动力分析（dynamicanalysis）推翻“原动构件等速回转”这一假定，求出在外力作用下机械的真实运动。最终归结为微分方程或代数-微分混合

7、方程。4）弹性动力分析（elasto-dynamicanalysis）以上三种分析方法中，构件均被假定为刚性的。随着机械轻量化，构件柔度增大，引入弹性动力学分析方法。2含间隙机构的动力学问题2.1含间隙机构的动力学概述1）问题的提出9随着科学技术的飞速发展，特别是航天工程的发展，对现代机械系统性能要求越来越高。在机械系统中,各种铰单元是太空精密展开机构构件连接的中间环节，它不仅要将构件连接起来，还要保证构件间能有一定的相对运动。铰单元不仅存在于太空精密展开机构中，而且广泛存在于各种机构中，也称作运动副。为了保证两构件

8、之间有相对运动，运动副元件间一般需要采用动配合，这就必然存在一定的运动副间隙。为了降低制造成本，若选用精度等级较低的配合，间隙还可能更大；其次，运动副的设计、制造过程中，必然会有一定的误差，这种误差也是产生运动副间隙的一个原因；此外，对于经过一定时期运转的机器，由于摩擦、磨损现象的存在，也将使运动副产生间隙。所以，机构中的运动副间隙是不可避免的