单自由度动力学建模 1.pptxVIP

;绪论;机械动力学： 1动力学分析——研究机械在力作用下的运动和机械在运动中产生的力。 2动力学综合（动力学设计）——从力与运动的相互作用角度对机械进行设计改进，使之达到运动学和动力学要求。 机械动力学四种分析方法： 静力分析（static） 动态静力分析(kinetio-static) 动力分析(dynamic) 弹性动力分析(elastodynamic);机构动力学模型主要有两种形式: 一类是不含运动副约束反力的纯微分型动力学方程,其维数等于机构的自由度数目; 另一类是含运动副约束反力的代数与微分混合型方程,其维数大于机构的自由度数目。 ; 建立复杂机构动力学模型的常用力学方法有: * 牛顿-欧拉(Newton-Euler)法 * 拉格朗日(Lagrange)法 * 虚功原理法 * 凯恩(Kane)法 * 旋量法和R-W法等。 ; 牛顿-欧拉(Newton-Euler) 的特点是以矢量描述运动和力，从而具有很强的几何直观性，但列写各隔离体的动力学方程不可避免地出现理想约束反力，从而使未知变量的数目明显增多，扩大了求解规模。 Lagrange法是以系统的动能和势能为基础建立动力学方程的, 可以避免出现不做功铰的理想约束反力，使未知量的数目最少，但随着刚体数目和自由度的增多，求导数的计算工作量十分庞大。 凯恩(Kane) 方法 特点是利用伪坐标代替广义坐标描述系统的运动，并将矢量形式的力和力矩包括达朗伯惯性力和惯性力矩直接向偏速度和偏角速度基矢量方向投影以消除理想约束反力，兼有矢量力学和分析力学的特点。 罗伯森(Roberson)和维滕堡(Wittenburg) 应用图论的概念来描述多刚体系统的结构特征，使各种不同结构体系的多体系统能用统一的数学模型来描述.; 第一篇 机械刚体动力学;第一章 单自由度机械系统动力学建模方法;1．2 系统的等效力学模型;等效力矩 Me 等效转动惯量 Je;二、等效参数的确定; 当选取角速度为 的回转构件为等效构件时，等效构件的动能为：; 当选取移动速度为 的滑件为等效构件时，等效构件的动能为：;等效量的计算;1 不知道机构真实运动的情况下，可以求出等效量（Fe、Me、me、Je） 2 等效量（Fe、Me、me、Je）均为为机构位置的函数。 3 等效量（Fe、Me、me、Je）均为假想的量，不是机构真实的合力、合力矩、总质量和总转动惯量。 4 如果考虑惯性力和惯性力矩时，等效力和等效力矩与动态静力法中求出的平衡力和平衡力矩大小相等，方向相反。 ;故有： ;写为： (1-6) 式中 Q——广义力或称为等效力 ——广义惯量或称为等效惯量 (1-7) (1-8) 式（1-6）可表为： (1-9); 1．3 单自由度系统动力学建模统一方程 不失一般性，把系统外力F和力矩M统一记为 ， 记广义坐标为 q ，把质量m和转动惯量 J 统一记为 ，对应的位移和转角统一记为 。则广义力式（1-7）和广义惯量式（1-8）表为： (1-12) (1-13) ; 式中： 则系统的运动方程 可表示为矩阵形式;得运动方程: 例2起升机构 ; 运动方程为: 例3曲柄滑块机构 ; 式中： 因 故有 ; 代入系统运动方程表达式： 得到连杆机构动力学方程： ;