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《机械动态设计》课程简介

本课程将深入探讨机械系统的动态特性，涵盖运动学、动力学、振动分析和控制等关键领域。

通过理论知识和实践案例相结合的方式，培养学生解决机械系统动态设计问题的能力。

课程目标

培养工程能力

掌握机械动态设计理论和方法，应用于实际工程问题，提高工程设计能力。

提升创新思维

培养学生独立思考、解决问题的能力，激发创新思维，促进学科交叉融合。

增强实践动手

通过课程设计、实验等实践环节，增强动手能力，提升工程实践应用能力。

动力学基础概念

运动学

描述物体的运动，不考虑引起运动的原因。包括位移、速度、加速度等。

动力学

研究力和运动之间的关系，包括牛顿定律、动量、能量等概念。

刚体力学

研究刚体的运动，即物体在运动过程中形状不变。

振动学

研究物体在力的作用下发生的周期性运动，包括自由振动、受迫振动等。

刚体平面运动

刚体平面运动是指刚体在平面内运动，其运动轨迹和位移都可以在平面上表示。它包括平动、转动和复合运动三种基本形式。平动是指刚体上所有点都以相同的轨迹和速度运动，转动是指刚体绕固定轴运动，复合运动则是平动和转动两种运动的组合。

刚体平面运动的研究对于理解机械系统的运动规律和设计具有重要意义。例如，在设计机器设备时，需要考虑其运动方式和运动轨迹，才能保证其安全可靠地运行。

受力分析

自由体图

隔离研究对象，绘制受力图，标明所有作用力。

重力

重力是地球对物体的引力，方向垂直向下。

接触力

物体之间的接触产生的力，如支持力、摩擦力。

非接触力

物体之间不接触产生的力，如重力、磁力。

牛顿定律

牛顿第一定律

又称惯性定律，物体在不受外力作用时，保持静止或匀速直线运动状态。

牛顿第二定律

物体加速度的大小与作用力的大小成正比，与物体的质量成反比，加速度的方向与作用力的方向相同。

牛顿第三定律

作用力和反作用力大小相等，方向相反，作用在不同物体上。

动量与冲量

动量是物体运动状态的度量，表示物体运动的惯性大小。动量是一个向量，其方向与物体运动方向相同。

冲量是作用在物体上的力的累积效应，它等于力的作用时间与力的乘积。

1

动量

质量与速度的乘积

2

冲量

力与时间的乘积

3

动量定理

物体动量的变化等于它所受冲量

4

冲量应用

冲击力分析、碰撞计算等

动能与势能

动能

物体运动所具有的能量

势能

物体由于其位置或状态而具有的能量

动能与势能是机械能的重要组成部分，用于描述物体运动状态和位置状态的能量。

功和能量

1

功的概念

功是力对物体在力的方向上移动的距离，是力对物体所做的功。

2

能量的定义

能量是物体做功的能力，是物体所储藏的做功的潜在可能性。

3

功和能量的关系

功是能量转移的形式，物体做功时，能量从一种形式转化为另一种形式。

4

能量守恒定律

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，总量保持不变。

平面机构运动分析

1

位置分析

确定各构件在任意时刻的位置

2

速度分析

分析各构件的速度和方向

3

加速度分析

分析各构件的加速度和方向

平面机构运动分析是机械设计的重要组成部分，通过分析可以了解机构的运动规律，优化机构设计，避免机构出现不稳定或异常运动。

杆件动力学建模

杆件动力学建模是机械动态设计的基础，它将实际机械系统简化为由刚性杆件组成的模型，并用数学方程描述杆件的运动和受力关系，以便分析和预测机械系统的动力学行为。

1

杆件选择

根据机械系统的结构和功能，选择合适的杆件类型和尺寸

2

质量属性

确定杆件的质量、惯性矩等质量属性

3

约束条件

考虑杆件之间的连接方式和运动约束

4

受力分析

分析杆件受到的各种外力和内力

5

动力学方程

建立杆件的运动方程和受力平衡方程

牵引机构设计

工作原理

牵引机构利用摩擦力将动力传递给物体，实现牵引作用。

设计原则

设计牵引机构要考虑动力传递效率、可靠性、安全性和经济性。

设计步骤

确定牵引力大小、选取合适牵引部件、设计传动机构、进行强度校核和优化。

应用领域

牵引机构广泛应用于机械、运输、建筑、农业等领域，例如起重机、运输带、拖拉机等。

齿轮机构分析

齿轮机构类型

包括圆柱齿轮、锥齿轮、螺旋齿轮等，根据传动比和工作方式的不同，可以实现不同的运动转换和能量传递。

受力分析

分析齿轮上的力和力矩，以及齿轮啮合时的接触应力，评估齿轮强度和寿命。

运动分析

研究齿轮的转动速度、加速度和运动轨迹，分析齿轮机构的运动特性和传动效率。

齿轮设计

根据传动要求，选择合适的齿轮类型、模数、齿数、齿形等参数，进行齿轮设计和优化。

凸轮机构设计

1

凸轮轮廓设计

根据运动规律和运动参数，绘制凸轮轮廓图，以确定凸轮的几何形状和尺寸。

2

材料选择

考虑凸轮机构的工作条件、载荷和速度，选择合适的材料，以保证其强度、刚度和耐