第一篇：机械系统动力学阅读总结
机械系统动力学笔记
第一章绪论
第二节 离散系统与连续系统
离散系统：具有集中参数元件组成的系统。连续系统：由分布参数元件组成的系统。
第三节 线性系统与非线性系统
系统按照数学模型是否线性可分，分为线性系统和非线性系统。所谓线性系统是指能用线性微分方程所表示的系统。当系统质量不随运动参数而变化，并且系统弹性力和阻尼力可以为线性时，可用线性方程来表示，如：mxCxKx0是两阶齐次线性方程，表示线性系统。凡不能简化为线性系统的动力学系统都称为非线性系统，如：
mxCxK(xx3)0。线性系统很重要的特征是能够满足迭加原理。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。
第二章 两自由度系统的振动
第一节 两自由度系统无阻尼的自由振动
耦合：当质量矩阵的非对角线元素不为零时，称为惯性耦合或动力耦合；刚度矩阵的非对角元素不为零时称为弹性耦合或静力耦合。
固有频率：使系统振动微分方程有非零解时的频率。只由系统的本身结构和特性决定。两自由度系统有两个固有频率。
主振型：当系统按某一阶固有频率振动时其振幅比也由系统的固有特性来决定，与外界的初始条件无关，这说明了振幅比是常数，即系统在振动过程中各点的相对位置是确定的，由此振幅比所确定的振动形态与固有频率一样，也是系统的固有特性，所以通常称为主振型或固有振型，第二节 两自由度系统无阻尼的强迫振动
系统的强迫振动是与简谐干扰同频率的简谐振动，其振幅的大小取决于系统本身的物理特性和激振力的幅值以及激振力的频率，而与初始条件无关。
系统的共振频率即为相应的主振型。
第三节 两自由度系统阻尼的强迫振动
简谐力激励情况下的系统稳定振动仍然是简谐振动。
第三章 多自由度系统的振动
第一节 多自由度系统的振动微分方程
1、用牛顿定律或定轴转动方程来建立方程
2、拉氏方程来建立振动微分方程
3、用刚度影响系数法来建立振动微分方程
4、用柔度影响系数法建立系统的振动微分方程。
第二节 多自由度系统的自由振动
主振动：系统中各振动质量按同一阶固有频率所作的振动。
主振型：系统按照某一阶固有频率作主振动时，其各振动质量的振幅比作为一组合称为主振型。
振型矩阵：设n个自由度系统的n个主振型。将这些主振型按照次序依次排列，构成一个n阶矩阵，这个矩阵称为振型矩阵（模态矩阵），即由主振型列向量构成的矩阵。振型矩阵有个重要的数学性质，就是用其转置左乘系统质量矩阵，再用振型矩阵右乘所得之积，可使质量矩阵成为一对角矩阵。对于刚度矩阵有相同的效果。
正则矩阵：将振型矩阵的各阶主振型分别乘以不同的系数，则得到正则矩阵。正则矩阵的重要性质：其转置矩阵左乘质量矩阵再用正则矩阵右乘所得的积。
主坐标：振型矩阵的逆矩阵左乘几何坐标。
正则坐标：正则矩阵的逆矩阵左乘几何坐标。
微分方程解耦：用主坐标或者正则坐标表示的运动微分方程既无静力耦合，又无动力耦合。变成为n个单自由度系统方程。
综上所述，求解系统响应过程步骤：
1、建立系统振动微分方程。
2、计算系统无阻尼时固有频率、特征向量、主振型以及系统振型矩阵。
3、计算系统正则因子和正则矩阵。
4、利用正则矩阵对系统振动方程去耦，使之成为正则方程并写出方程的正则解。
5、对原几何坐标初始响应进行坐标变换，使之成为正则初始条件，求出正则响应。
6、对正则响应进行坐标变换，使之成为原坐标表示的系统响应。
第二节 多自由度系统的阻尼强迫振动
阻尼矩阵的简化： 当系统存在阻尼时，其运动微分方程中的阻尼矩阵如果不是对角矩阵，就无法解耦。所以在工程实际中常假设原阻尼矩阵是与质量矩阵和刚度矩阵成正比，即称为比例阻尼。该矩阵可以用正则矩阵或振型矩阵解耦。当系统的阻尼系数与质量和弹簧刚度不成正比例时，称为一般粘性阻尼，此时一般不能去耦，经正则化处理后仍为一非对角线矩阵。实用上，将非对角线元素取做零，称为正则振型阻尼矩阵。
第四节 多自由度系统振动的计算机解法
子空间迭代法：该方法适用于求解前几阶特征值和特征向量。这种方法是假设r个初始向量同时进行迭代，以求得前s个特征值和特征向量。一方面它是里茨法的反复运用，另一方面，又可看作是矩阵迭代法的推广。里茨法的最后结果与它所假设的初始向量有关，而要选择较好的初始向量，往往是很困难的，同时，这种方法的误差也难以估计，但子空间迭代法则基本上可以任意假设初始向量。此外，子空间迭代法的收敛性又优于矩阵迭代法。
雅可比方法：该方法可用来求全部固有频率和主振型，这属于一种变换的方法。雅可比方法是运用迭代的思想来构造振型矩阵。
传递矩阵法：用传动矩阵法进行振动分析时，只需要对一些阶次很低的传递矩阵进行连续的矩阵乘法运算，在数值求解时，只需计算低阶次的传递矩阵和行列式值； 第四章 弹性体系统的振动
第一节 弹性体动力学分析的有限单元法
有限元法的基本思想是将一个连续弹性体看成是由若干个基本单元在结点彼此相连接的组合体，从而使一个无限自由度的连续体问题变成一个有限自由度的离散系统问题。
第二篇：机械动力学在机械系统及生活中的应用及其发展前景
机械动力学在机械系统及生活中的应用及其发展前景
41131023 崔旭
现代机械设计已从原来发展较成熟的、为实现某种功能的运动学设计，逐渐转向了以改善和提高机器运动和动力特性为主要目的的动力学综合。机构动力平衡、弹性激斗动力学、含间隙机构动力学等，已成为现代机械动力学领域的重要前沿课题和新分支，在近一二十年有了长足发展。国际上对此开展了全面、深入的研究，取得了丰硕成果。我国学者在这领域也进行了一系列的研究，并已取得了重要的进展，尤其是在机构动平衡理论及方法，连杆机构弹性动力学综合和含间隙机构动力学分析等方面的理论研究成果，已达到国际先进水平。总的来说，机械动力学研究已经发展到了一定阶段。
机械动力学是机械原理的主要组成部分，它主要研究机械在运转过程中的受力情况，机械中各构件的质量与机械运动之间的相互关系等等，是现代机械设计的理论基础。以下针对动力学的研究内容及其应用和发展前景进行论述。
一、机械动力学主要研究的内容
1.在已知外力作用下求具有确定惯性参量的机械系统的真实运动规律。为了简化问题，常把机械系统看作具有理想、稳定约束的刚体系统处理。对于单自由度的机械系统，用等效力和等效质量的概念可以把刚体系统的动力学问题转化为单个刚体的动力学问题；对多自由度机械系统动力学问题一般用拉格朗日方程求解。机械系统动力学方程常常是多参量非线性微分方程，只在特殊条件下可直接求解，一般情况下需要用数值方法迭代求解。许多机械动力学问题可借助电子计算机分析。计算机根据输入的外力参量、构件的惯性参量和机械系统的结构信息，自动列出相应的微分方程并解出所要求的运动参量。
2.分析机械运动过程中各构件之间的相互作用力。这些力的大小和变化规律是设计运动副的结构、分析支承和构件的承载能力以及选择合理润滑方法的依据。在求出机械真实运动规律后可算出各构件的惯性力，再依据达朗伯原理用静力学方法求出构件间的相互作用力。
3.研究回转构件和机构平衡的理论和方法。平衡的目的是消除或减少作用在机械基础上周期变化的振颤力和振颤力矩。对于刚性转子的平衡已有较成熟的技术和方法：对于工作转速接近或超过转子自身固有频率的挠性转子平衡问题，不论是理论和方法都需要进一步研究。
平面或空间机构中包含有往复运动和平面或空间一般运动的构件。其质心沿一封闭曲线运动。根据机构的不同结构，可以应用附加配重或附加构件等方法全部或部分消除其振颤力。但振颤力矩的全部平衡较难实现。优化技术应用于机构平衡领域已经取得较好的成果。
4.研究机械运转过程中能量的平衡和分配关系。这包括：机械效率的计算和分析；调速器的理论和设计；飞轮的应用和设计等。
5.机械振动的分析研究是机械动力学的基本内容之一。它已发展成为内容丰富、自成体系的一门学科。
6.机构分析和机构综合一般是对机构的结构和运动而言，但随着机械运转速度的提高，机械动力学已成为分析和综合高速机构时不可缺少的内容。
二、机械动力学在机械系统和生活中的应用 1.分子机械动力学的研究
作为纳米科技的一个分支，分子机械和分子器件的研究工作受到普遍关注。如何针对纳机电系统(NEMS)器件建立科学适用的力学模型，成为解决纳米尺度动力学问题的瓶颈。分子机械是极其重要的一类NEMS器件．分为天然的与人工的两类。人工分子机械是通过对原子的人为操纵，合成、制造出具有能量转化机制或运动传递机制的纳米级的生物机械装置。由于分子机械具有高效节能、环保无噪、原料易得、承载能力大、速度高等特点，加之具有纳米尺度，故在国防、航天、航空、医学、电子等领域具有十分重要的应用前景，因而受到各发达国家的高度重视。目前已经成功研制出多种分子机械，如分子马达、分子齿轮、分子轴承等。但在分子机械实现其工程化与规模化的过程中，由于理论研究水平的制约，使分子机械的研究工作受到了进一步得制约。
分子机械动力学研究的关键是建立科学合理的力学模型。目前，分子机械动力学采用的力学模型有两类，第一类是建立在量子力学、分子力学以及波函数理论基础上的离散原子作用模型。在该模型中，依据分子机械的初始构象，将分子机械系统离散为大量相互作用的原子，每个原子拥有质量，所处的位置用几何点表示。通过引入键长伸缩能，键角弯曲能，键的二面角扭转能，以及非键作用能等，形成机械的势能面，使系统总势能最小的构象即为分子机械的稳定构象。采用分子力学和分子动力学等方法，对分子机械的动态构象与运动规律进行计算。从理论上讲，该模型可以获得分子机械每个时刻精确的动力学性能，但计算T作量十分庞大，特别是当原子数目较大时，其计算工作量是无法承受的。第二类模型为连续介质力学模型。该模型将分子机械视为桁架结构，原子为桁架的节点，化学键为连接节点的杆件，然后采用结构力学中的有限元方法进行动力学分析。该模型虽然克服了第一类模型计算量庞大的缺陷，但无法描述各原子中电子的运动状态，故没有考虑分子机械的光、电驱动效应和量子力学特性．所以在此模型上难以对分子机械实施运动控制研究。近年来，有学者提出将量子力学中的波函数、结构力学中的能量函数以及机构学中的运动副等理论结合，建立分子机械动力学分析的体铰群模型。在该模型中，将分子机械中的驱动光子、电子、离子等直接作用的原子以及直接构成运动副的原子称为体，联接体的力场称为铰，具有确切构象的体铰组合称为群。将群视为相对运动与形变运动相结合的杆件．用群间相对位置的变化反应分子的机械运动，而群的形变运动反映分子构象的变化，借助坐标凝聚对群进行低维描述。该模型的核心思想来自于一般力学中的子结构理论和模态综合技术。
2.往复机械的动力学分析及减振的研究
机械产生振动的原因，大致分为两种，一种是机械本身工作时力和力矩的不平衡引起的振动，另一种是由于外力或力矩作用于机架上而引起机械的振动。下面只研究机械本身由于力和力矩的不平衡而引起的振动问题。往复机械包含有大质量的活塞、联杆等组成的曲柄-活塞机构，这些大质量构件在高速周期性运动时产生的不平衡力和气缸内的燃气压力或蒸气压力的周期性变化构成了机器本身和基础的振动。这样产生的振动通过机架传给基础。此振动只要采用适当的方法克服不平衡力这一因素，便可减小振动。然而由曲柄轴的转动力矩使机架产生的反力而引起的振动将是最难解决的问题。
通过一系列的动力学分析，将产生新的减小振动的思路，即想法将往复机械工作时产生的惯性力和力矩的不平衡性，尽量在发动机内部加以平衡解决，使其不传给机架。以往解决平衡的办法是在曲柄轴中心线另一侧加上适当配重即可平衡，对多缸发动机虽然也可按同样办法来处理，但比较麻烦，且发动机结构笨大。由曲柄-活塞动力学分析可知，若作用于往复机械的力之总和等于零(静平衡条件)和上述作用力对任意点的力矩之总和等于零(动平衡条件)，则作用于往复机械的力和力矩就完全平衡。从理论分析上是可行的，在实际应用上也是可以实现的，即对于多缸发动机的平衡，只要合理安排曲柄角位置和适当选择曲柄、连杆、活 塞构件的质量，则可完全满足关于转动质量的两个平衡条件，因而可达到减小整机振动的目的。
3.机械系统的碰撞振动与控制的研究
机械系统内部或边界间隙引起的碰撞振动是机械动力学的研究热点之一。该领域的近期研究成果有：(1)碰撞振动的间断和连续分析，包括稳定性分析、奇异性问题、擦边诱发分叉、非线性模态等研究；(2)碰撞振动控制，特别是不连续系统的控制方法和控制混沌碰撞振动；(3)碰撞振动分析的数值方法；(4)碰撞振动实验研究。
在稳态运行环境下，机械系统内部或边界上的间隙通常使系统产生碰撞振动，即零部件间或零部件与边界间的往复碰撞。这会造成有害的动应力、表面磨损和高频噪声，严重影响产品的质量。在当代高技术的机电系统中，碰撞振动有时会成为影响系统性能的主要因素。例如：(1)在由机器人完成的柔顺插入装配中，为避免轴、孔对中误差而引起卡阻，需要同时控制操作器的位置和它与环境间的作用力。这类柔顺操作器的关键部分由弹性元件、应变测量模块及力反馈电路组成，通过控制弹性元件的变形，产生对负载变化非常敏感的控制力。操作器研制的难点之一是，传动误差扰动经过间隙环节后成为极复杂的运动，对高灵敏度操作器的动力学特性产生影响。(2)大型航天器中许多大柔性结构(如空间站的天线、太阳能电池帆板)需要在太空轨道装配或自动展开，为此，在关节(或套筒)中留有一定间隙。虽然这些间隙与结构尺寸相比很小，但因关节数目很多而使整个结构呈明显的松动，其振动特性变得非常复杂。另外，这类结构往往还受主动控制，间隙显著增加了控制的难度。
因此，深入研究间隙引起的碰撞振动，才能在高技术机电系统的设计阶段把握其动力学特性，避免后继阶段的大挫折。由于碰撞振动系统是复杂的非线性动力学系统，对它的研究既有理论难度又有重要工程实际意义，得到普遍关注。
4.流体动力学在流体机械领域中的应用
空气、水、油等易于流动的物质被统称为流体。在力的作用下，流体的流动可引起能量的传递、转换和物质的传送。利用流体进行力的传递、进行功和能的转换的机械，被称为流体机械。流体力学就是一门研究流体流动规律，以及流体与固体相互作用的一门学科，研究的范围涉及到风扇的设计，发动机内气体的流动以及车辆外形的减阻设计，水利机械的工作原理，输油管道的铺设，供水系统的设计，乃至航海、航空和航天等领域内动力系统和外形的设计等。计算流体动力学（CFD），就是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型学科。CFD 应用计算流体力学理论与方法，利用具有超强数值运算能力的计算机，编制计算机运行程序，数值求解满足不同种类流体的流动和传热规律的质量守恒、动量守恒和能量守恒三大守恒规律，及附加的各种模型方程所组成的非线性偏微分方程组，得到确定边界条件下的数值解。CFD 兼有理论性和实践性的双重特点，为现代科学中许多复杂流动与传热问题提供了有效的解决方法。
三、展望
近代机械发展的一个显著特点是，自动调节和控制装置日益成为机械不可缺少的组成部分。机械动力学的研究对象已扩展到包括不同特性的动力机和控制调节装置在内的整个机械系统，控制理论已渗入到机械动力学的研究领域。
在高速、精密机械设计中，为了保证机械的精确度和稳定性，构件的弹性效应已成为设计中不容忽视的因素。一门把机构学、机械振动和弹性理论结合起来的新的学科——运动弹性体动力学正在形成，并在高速连杆机构和凸轮机构的研究中取得了一些成果。在某些机械的设计中，已提出变质量的机械动力学问题。各种模拟理论和方法以及运动和动力参数的测试方法，日益成为机械动力学研究的重要手段。
四、小结
当代科学技术的飞速发展，尤其是电子、信息技术的日新月异加快了人类前进的步伐。作为现代社会进行生产和服务五大要素之一的机械，也面临着一次又一次的挑战，使得机械产品不得不向完全科学化发展，向最优发展。因此机械动力学在越来越多的领域得到广泛的应用，如由于机器速度的提高，一方面使得惯性作用明显增加，由此产生的振动、噪声等问题严重影响机器的工作性能和使用寿命；令一方面，由于高速度以及轻化型的要求，机构杆件的弹性变形已不可避免，这大大改变了传统理想机械的运动和动力特性。另外，随着机器运转速度和载荷的增加，机构中运动副间隙、制造和加工误差、摩擦、磨损等因素对机器工作性能的影响也更加明显。以上问题说明，要满足现代机械的要求，提高机器的动态性能和工作质量，关键是要解决好机械动力学的问题。
机械动力学的研究已成为当前机械学领域的重要前沿课题，这在日常对机械产品的使用过程中已达到共识，所以应该从实现某种功能的运动学设计，逐渐向以改善和提高机器运动和运动特性为主要目的的动力学综合方向发展，总的来说，机械动力学研究已经发展到了一定的阶段，还需要不断的总结归纳，慢慢向新领域发展，这才能真正让动力学为我们创造更多的价值，造福人类。
第三篇：机械系统设计知识点总结
《机械原理》是研究各种机械的组成原理、机器常用机构的运动及动力性能分析与设计、机器动力学等问题的一门主干技术基础课。
系统：由相互之间有机联系的要素组成，具有特定功能的整体。
2,系统具有6个特性：整体性、相关性（结构性和开放性）、动态性、层次性、目的性和环境适应性。整体性是系统所具有的最重要和最基本的特性。
3,任何机械都可以看成是由若干个装置、部件和零件按照一定的结构组合而成的有特定功能的整体，这个整体就机械系统。而组成机械系统的基本要素是机械零件。
4,从实现系统功能的角度出发，机械系统应有以下必备的子系统组成：动力系统、传动系统、执行系统、操纵与控制系统等。
5,传动系统的功能包括以下四项:减速或增速,变速,有级变速和无级变速,改变运动规律或形式。
6,机械系统设计的目的是提供优质高效、物美价廉，应能够在市场竞争中取得优势，能够赢得用户，取得较好的经济效益和社会效益的机械产品。
7,方案设计是机械系统设计的核心环节，方案设计是保证设计水平和质量的重要工作，在很大程度上决定了机械系统设计的成败。
方案设计是一个创造性思维的过程，在进行方案设计时，重要的是要创新，采用新原理、新技术、新机构、新工艺，才能设计出有突破性的新产品。
8任何机械系统都可以看成是实现某种能量流、物料流和信息流传递和转化的装置。
机械系统可抽象为：实现输入的能量、物料、信息和输出的能量、物料、信息转化的机械装置。
9用“黑箱”抽象地表示技术过程，不需要事先涉及具体的解决方法，就可以知道机械系统的基本功能和约束条件：基本功能为物料、能量、信息的传递和转化，约束条件表现为内、外部系统的相互作用和相互影响
10技术过程是若干个分过程和工序组合而成的复合过程
11技术系统是实现技术过程各项转化的人为系统。
12功能分解是在系统分解的基础上进行的。对各子系统的功能可逐项分解，直至得到不能再分解的功能元为止。
13系统边界是技术系统功能范围的界限，即内部系统与外部系统的分界
14总体设计必须在方案设计基础上进行。总体设计是机械系统设计第3阶段—内部设计阶段的主要部分，是以后进行系统技术设计的依据.总体布置设计的目的：确定各零、部件的相互位置和运动关系。总体布置设计的原则：简单、合理、经济。保证机械系统内部的能量流、物料流和信息流的流动途径合理，各零部件运动时不产生干涉，是对机械系统总体布置的首要要求
15为保证机械系统能平衡、稳定地工作，就应当尽量使机械系统的质心高度较低，尽量相对于支承对称布置，这对于行走式机械和工程机械尤为重要
17对机械系统的执行系统，应尽量使振动源远离执行系统，采用分离驱动的方法，把电动机和变速箱、主轴箱分置，用有缓冲减振的传动装置将它们联接起来，就可使振源与执行系统隔开.布置执行系统时应首先确定执行构件的位置。工作机械就是机械系统的执行系统。
16载荷是对机械及零部件进行强度、刚度、稳定性、可靠性和寿命计算的依据，也是进行机械系统动力机类型和容量选择时需要考虑因素之一。恒转矩负载特性又可分为两类：位能性负载特性和反抗性负载特性
17周期载荷包含3个要素：幅值、频率和相位角
18确定载荷有3种方法：类比法、计算法和实测法。
19按励磁方式不同，直流电机可分为：他励、并励、串励、复励等形式,按转子转速和旋转磁场转速的不同，交流电机可分为同步电动机和异步电动机。按电源不同，电动机分为交流电动机和直流电动机。
20电动机的机械特性可分为固有机械特性和人为机械特性
三相异步电动机可分为笼型电动机和绕线型电动机。
选择原则：满足使用要求的前提下，交流电动机优先于直流电动机；笼型电动机优先于绕线型电动机；专用电动机优先于通用电动机
21执行系统是由执行构件和执行机构组成。执行构件是执行机构中的一个或几个构件，是执行系统中直接完成功能的零部件。
执行机构是带动执行构件运动所需要的机构,执行系统的作用是传递或变换运动和动力，把传动系统传来的运动或动力进行变换后传递给执行构件，满足其要求。
22执行系统的功能是多种多样的，归纳起来有：夹持、搬运、输送、分度与转位、检测、实现运动形式或运动规律的变换、完成工艺性复杂动作等。夹持功能可分解为：抓取、夹持和放开三个过程。2输送是按给定的路线将工件从一个位置移动到另一个位置
24工程中使用的机械，大都是由若干个基本机构通过各种连接方法组合而成的机构系统—机构组合。
25并联组和:若干个单自由度基本机构的输入构件连接在一起，保留各自的输出运动；或若由干个单自由度机构的输出构件连接在一起，而保留各自的输入运动；或有共同的输入构件与输出构件的连接（称为并行连接）。其特征是各基本机构均是单自由度机构。
26机器的运动循环至少包括一个工作行程和空回行程，有时有的执行构件还有一个或若干个停歇阶段。
27传动系统是位于动力机与执行机构（或执行构件）之间的中间装置，它的作用是将动力机的运动和动力传递给执行机构（执行构件）。传动系统是由运动链及相应的联系装置组成的。
28动力机输出的一般是等速连续的回转运动，而执行系统的运动形式是多种多样的。当两者的运动形式不相同时，要求传动系统能够改变动力机输出的运动形式，以满足执行机构的要求。当两者运动形式相同时，还有转速、转矩是否相同的问题，这就要求传动系统具有减速增矩或增速减矩的作用。
29按传动比变化情况传动系统可分为：固定传动比传动系统和可调传动比传动系统。可调传动比传动又可分为：有级变速传动系统、无级变速传动系统和周期性变速传动系统
30传动系统按驱动形式可分为：独立驱动传动系统、集中驱动传动系统和联合驱动传动系统.按工作原理不同，传动系统可分为：机械传动系统、流体传动系统和电
传动系统。
31常用的离合器按工作原理分有两种形式：啮合式离合器和摩擦式离合器。
32最简单最基本的有级变速装置是两轴变速传动装置，可采用两个或两个以上的两轴变速机构串联的方法，组合成多轴变速装置。
第四篇：机械系统设计概念总结
1)机械工程学科是研究机械产品（或系统）的性能、设计和制造的基础理论和技术的科学；分为机械学和机械制造 2)机械学：对机械进行功能综合并定量描述及控制其性能的基础技术科学；
3)
机械制造：接受设计输出的指令和信息，并加工出合乎设计要求的产品的过程。分为热加工和冷加工。
热：研究如何将材料加工成产品，如何保证、评估、提高这些产品的安全可靠度和寿命的技术科学.冷：研究各种机械制造过程和方法的技术科学；
1)系统：是指由特定功能的、相互间具有一定联系的许多要素构成的一个整体，即有两个或以上的要素组成的具有一定结构和特定功能的整体
二1.2机械系统设计
一、任务：开发新的产品和改造老产品，最终目的是为市场提供
优高效、价廉物美的机械产品，以取得较好的效益。设计角度的种类：完全创新
二、设计的的基本原则和要求 1)
需求、信息、系统（输入输出；三大流）、优化和效益 要求：功能、适应性、可靠性、生产能力、使用经济性、成本
三、产品设计、生产过程
1)产品策划（指导性作用）、产品设计、产品生产、产品销售、产品运转、产品报废或回收
2)功能原理方案设计、结构总体设计和技术设计阶段
第二章机械系统总体设计是产品设计的关键，对产品的技术性能、经济指标和外观造型均具有决定性意义
2.1功能原理设计必要功能（基本功能和附加功能）非必要功能 1)定义：针对所设计的产品的主要功能提出一些原理性的构思，即针对产品的主要功能进行原理性设计
2)任务：针对某一确定的功能要求，去寻求一些物理效应并借助某些作用原理来求得一些实现该功能目标的解法原理来。1)输入输出量只涉及物料流、能量流、信号流 2)用来描述产品的功能，内部结构未知
3)
特点：暂时不考虑附加和非必须功能、突出。将这些功能用抽象的形式（）表达，通过抽象化清晰掌握设计产品功能和主要约束条件，从而突出设计中的主要矛盾问题本质
基本的功能单位：功能元：能直接从技术效应及逻辑关系中找到可以满足功能要求的最小单位
功能元：物理反映系三大流的基本物理动作、数学：逻辑 结构总体设计任务：将原理方案设计机构化 1)
1、明确原则：功能、工作情况、结构的工作原理
2、简单原则
3、安全可靠原则：构件可靠性、功能可靠性、工作安全性、环境安全性 步骤 1)
初步设计：
1、明确设计要求
2、主功能载体的初步设计
3、按比例绘制主要结构草图
4、检查主、辅功能载体结构5设计结果触屏机选择
2)详细设计1各功能载体的详细设计2补充、完善结构总体设计草图3对完善的结构总体草图进行审核4进行技术经济评分
3)机构总体设计的完善和审核
总体布置设计 1)任务：确定机械系统中各子系统之间的相对位置及相对运动关系，使总系统具有一个协调完善的造型 2)
基本要求1功能合理2结构紧凑、层次清晰、比例协调3充分考虑产品的系列化及发展
总体参数是结构总体设计和零部件设计的依据，参数：性能生产能力、结构、运动、动力；
最高、最低转速的确定；转速相对损失A与公比ψ、变速范围Rn与级数Z；确定公比ψ的原则
执行系统设计要求：保证设计提出的功能目标、使用寿命强度刚度、各执行机构结构合理配合协调
轴静刚度：轴尺寸形状、轴承数量预紧配置、前后支撑距离、前悬伸量、传动件布置、主轴组件的制造和装配质量 导轨：导向和承载3类要求：导向精度及精度保持性（几何和接触精度、刚度、高灵敏度间隙：镶条和压板 传动：独立、集中、联合驱动组成：变速改变动力源的输出转矩和力矩适应执行间的要求；离合器：牙嵌式、齿轮、摩擦片式：减小尺寸、超速、结构因素
起停换向：方便省力、操作安全、结构安全可靠并能传递足够动力：齿轮-摩擦离合器、齿轮换向机构
制动：与离合器互锁、合理确定制动器的安装位置、闸带式制动器的操纵力应作用在松边
安全保护：销钉安全联轴器、钢珠、摩擦安全离合器内联：保证传动精度指各执行末端之间的协调性和均匀性；提高精度原则：缩短传动链、降速传动、合理分配传动比、合理选择传动件、合理确定传动副的精度、教正装置 支承件作用：支撑零件部件、并保持被支撑零部件的相互位置关系及承受各种力和力矩：静刚度、动、热、内应力 变形及刚度:自身、局部、接触 截面积：空心、形状、封闭
操纵系统集中、独立控制操纵系统：操纵件、变送、执行 要求：操纵灵活省力、方便舒适、安全可靠 设计原理方案和机构设计
安全：目的系统运行和人身位置、手段：电气液机械 润滑：减少摩擦损失、工作表面的磨损发热、提高寿命及精度、工作效率冲洗、防腐。
油：粘度、粘温特性、闪点、凝固点脂:表现粘度、针入度、滴点、腐蚀
微电系统特征：微机械中起主导作用力是表面力、微机械并不是传统的模拟缩小、微机械一般采用静电力供能或者使用静电力激励供能。
第五篇：机械系统设计课程总结
2011—2012学年第1学期
《机械系统设计》结课综合设计（论文）
专业班级 机械设计制造及其自动化 08-4 姓 名 123456789 学 号 08041406 开课系室 机电工程学院 机电工程系 结课日期 2011年 11月30日
机械系统设计课程总结
总体概述：本门课程名叫机械系统设计，不同于我们以前所学的机械设计。上学期我们所学的机械设计是以机械零件为研究对象进行具体的设计；而在本门课程中的研究对象是整个机械系统，包括原动机、传动系统、执行系统、控制系统以及辅助系统，进行的是整机设计。
下面就根据本课程所学的内容，对机械系统设计过程做一个较为详细的介绍：
一：方案设计
在接到一个设计任务后，首先要明确设计任务是什么，并对其进行功能方面的分析，针对要实现的功能设计出合理的方案，大体步骤如下：
1、设计任务抽象化——一般用黑箱原理来表示。
2、确定工艺原理——设法确定黑箱所要求的能实现作业对象转化的工艺原理。
3、确定技术过程——按照选定的工艺原理确定转化所需的程序及其顺序。
4、引进技术系统并确定系统边界——根据技术过程的要求确定机械系统的具体任务，并把这些任务分配给各个子系统。
5、确定功能结构——进行功能分解。
6、确定设计方案——分以下三步：寻找实现分功能的方法和载体；构建形态学矩阵；确定基本结构布局。二：总体设计
1、初步总体设计——根据设计方案绘制总体布置草图，进行初步计算和运动分析，并进行初步技术经济分析。注意改进薄弱环节，必要时应对方案中的关键技术系统进行试验研究。
2总体设计——对初步总体设计做进一步完善，形成技术文件和图纸。1）设计任务书、技术任务书；2）机构运动简图和系统简图；3）总装配图及关键部件装配图；4）电、光、气、液控制图；5）总体设计报告书及技术说明书。
在此过程中，主要涉及步骤有：执行系统的布置、传动系统的设置、操纵件的布置、总体主要参数的确定等。
三：原动机的选择
动力机的选取的依据是工作载荷的类型，常用的原动机主要类型有：电动机、液压马达、气压马达、以及内燃机。
电动机作动力有以下优点：驱动效率高，与工作机连接简便，种类和型号较多，可以满足不同类型机械的工作要求。此外，电动机还具有良好的调速性能，起动、制动、反向和调速的控制简单，可实现远距离测量和控制，便于集中管理和实现生产过程自动化。其不足之处就是要用电源，这对野外工作的机械及移动式机械如钻机来讲，使用受到限制，因为可能有时无电源。
液压马达作动力机时有以下优点：可以获得很大的机械力或转矩。与电动机相比，功率/重量比大，因而运动件惯性相对小，快速响应灵敏度高。液马达还可以通过改变流量来调节执行机构的速度，改变运动速度方便，易实现无级调速。其局限性为：要有高压油供给系统，液压元件加工、装配要求高，易漏油并影响工作效率和工作机械的运动精度。
气动马达作动力机时有以下优点：与液压马达相比，工作介质为空气，易获得、无污染。维护简单，成本低，对易燃、易爆、多尘和振动环境适应性好。其不足之处在于：由于空气可压缩，因而气动马达工作稳定性差，噪音大，输出扭矩不大，只适用于小型和轻型机械。
内燃机作动力时有以下优点：自持能力高（只要备足燃料和油料，可独立工作），功率范围宽。其缺点是：对燃料（柴油或汽油）的要求高，内燃机排气污染。噪音都较大，而且结构复杂，对零部件的加工精度要求较高。不能带负载启动。
在进行机械系统设计时，如何选择动力机的类型，主要从以下三个方向考虑：
1、工作机的负载特性和要求：包括工作机的载荷特性、工作制度、结构布置和工作环境等。
2、动力机本身的机械特性：包括动力机的功率、转矩、转速等特性，以及对工作环境的适应性，要使动力机的机械特性和工作机械的负载特性相匹配。
3、进行经济性比较：包括能源的供应和消耗，动力机的制造、运行和维修成本的对比等。
除上面所说的三个方面外，有些动力机的选择还要考虑对环境的污染，包括空气污染和噪声污染等。例如，室内工作的机械就尽量不要用内燃机作动力机。四：传动系统设计
传动系统的作用是联接动力机与工作机，即把动力机的运动和动力传给执行机构或执行构件。在实际应用中，常用的传动系统有：带传动、链传动、齿轮传动、液力传动、气力传动。
传动系统通常包括以下几个组成部分：变速装置，起停和换向装置，制动装置及安全保护装置。
变速装置是传动系统中最重要的组成部分，它的作用是改变动力机的输出转速和转矩，以满足执行机构的要求；常见的变速装置有以下几种：变速齿轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器变速机构、啮合器变速机构。
起停和换向装置的作用是控制执行机构的起动、停车以及改变运动方向，那么对起停和换向装置的基本要求是：起停和换向方便省力，操作安全可靠，结构简单，能传递足够的动力。
常用的起停和换向装置有两类：一类是通过按钮或操纵杆直接控制电动机实现起停和换向，另一类是用离合器实现起停和换向。选择方案时应考虑执行机构所要求的起停和换向的频繁程度、动力机的类型与功率大小。
制动装置：动构件具有惯性，所以制动停车时不能立即停止，而是逐渐减速后才能停止运动。为节省停车时间，对于起停频繁或运动构件惯性大、速度高的系统，要设置制动装置。制动装置还可用于机械一旦发生事故时紧急停车，或使运动构件可靠地停在某个位置上。机械系统对制动装置的基本要求是：工作可靠、操纵方便、制动平稳、时间短，结构简单、尺寸小、磨损小、散热良好。
常用的制动器有摩擦式或非摩擦式两大类：带式制动器、外抱块式制动器、张蹄式制动器、磁粉制动器 安全保护装置：
有些机械在工作过程中载荷经常变化，并且变化幅度较大，因此可能过载，如这时本身无保护装置的话，应在传动链中设置安全保护装置，以免传动机构破坏。本身具有保护作用的传动链有带传动、摩擦离合器等，而传动链中的安全保护装置常见的有安全离合器或安全销等。当传动链所传递的转矩超过规定值时，安全保护装置中联接件会折断、分离或打滑来停止或限制转矩的传递。常用的有如下几种：
销钉安全联轴器、钢珠安全离合器、摩擦式安全离合器等。另外，从系统的变速形式（是否连续）来看，变速部分可分为有级变速传动和无级变速传动：
有级变速传动系统常有变速齿轮传动、链传动或变速带传动组成。在一定的变速范围内，其输出轴只能得到有限级数的转速。在有级变速传动中最基本的变速装置是二轴变速运动，即在两根轴之间用一个变速组进行传动，二轴变速传动可实现二至四级变速。若要求的变速级数多于四级时，可以采用两个或两个以上变速组串联而成的多轴传动装置。无级变速传动系统：
主要用于下列场合：
（1）要求转速在工作中连续变化；（2）探求机械的最佳工作状态；（3）带负载启动的机械要求在低速启动；
（4）需要协调机械系统中几个执行机构之间的运转速度。无级变速的类型主要有：电力的（直流变速、交流变速）、流体的（液力的耦合器、变矩器、液压变速）和机械的（利用摩擦传动机构实现）。五：执行系统的选择
执行系统是用来完成机器预定功能的组成部分。一部机器可以只有一个执行部分，也可以有多个执行部分。
常见的可用于执行系统的机构有：连杆机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构等，在选用时要根据预定功能的运动形式选择合理的机构来完成预定的运动。六：控制系统的构建
机械系统在工作过程中，各执行机构应根据生产要求，以一定的顺序和规律运动，而各执行机构的开始、结束及其顺序一般由控制系统保证。
机械控制系统的主要任务有：
1）使各执行机构按一定的顺序和规律运动。2）改变各运动构件的运动方向和速度大小。3）使各运动构件间有协调的动作，完成给定的作业环节要求。4）对产品进行检测、分类以及防止事故，对工作中出现的不正常现象及时报警并消除。控制系统的要求: 1）稳定性要求
系统的稳定性是系统的固有特性，系统稳定与否取决于系统本身的结构与参数，与输入无关。若控制系统在任何足够小的初始偏差作用下，其响应过程随着时间的推移逐渐衰减为0，则称该系统具有渐近稳定性。反之，在初始条件影响下，若控制系统的响应过程随时间的推移而发散，输入无法控制输出，则这样的系统为不稳定系统。任何一个系统能进行正常工作的首要条件是系统必须是稳定的。2）响应特性要求
系统的响应特性包括动态特性和稳态特性。
① 动态特性：过渡过程中系统的动态性能常用系统的阻尼特性和响应速度来表征。
② 稳态特性：闭环控制系统的稳态性能用稳态误差表示和度量，它是当t时，即过渡过程结束时，系统的实际输出y(t)与参考输入所调整的期望值yr(t)之间的差值。控制系统的组成：
无论多么复杂的控制系统，都是由一些基本环节或元件组成的。
1）给定环节：给出与反馈信号同样形式和因次的控制信号，以确定被控对象“目标值”的环节。给定环节给出的信号可以是电量、非电量，也可以是数字量或模拟量。
2）测量环节：用于测量被控变量，并将被控变量转变为便于传送的另一物理量（一般为电量）的环节，常用的有电位计可将机械转角→电压信号，测速发电机将转速电压信号，光栅测量装置将直线位移→数字信号。
3）比较环节：比较环节是将输入信号X(s)与测量环节发出的有关被控变量Y(s)的反馈信号B(s)进行比较的环节。
4）校正及放大环节：通常偏差信号很小，为了实现控制，要将偏差信号作必要的校正，然后进行功率放大以便推动执行环节，常用的放大类型有电流放大，电气—液压放大等。
5）执行环节：执行环节用来接收放大信号的控制信号，驱动被控对象按照预期规律运动的环节。执行环节一般是能将外部能量传递给被控对象的有源功率放大装置，工作中要进行能量转换，如把电能通过电机转换成机械能，驱动被控对象作机械运动。七：其他辅助系统的配备
1、操纵系统：是把人和机械联系起来，使机械按照人的指令工作的机构和元件所构成的总体。操纵系统的作用和要求
操纵系统的作用是完成信号转换，也就是把人施加于机械的信号，经过转换传递到执行系统，以实现机械的起动、停止、转向、变速、变力及制动等目的。
操纵系统虽然不直接参与机械做功，对机械的精度、强度、刚度和寿命没有直接影响，但机械系统性能的好坏，功能完成情况及操作者工作强度等，都与操纵系统有直接的关系。因此，对操纵系统的设计有下列主要要求：
1）操纵轻便省力。尽可能地减小操纵力，这样不但可以减轻操作者的劳动强度，符合人机工学的要求，以提高劳动生产力；同时还可提高操纵系统灵敏度，达到对机械系统的灵活操纵。
2）操纵行程适当。操纵的行程应尽量在保证人体不动的情况下，上、下肢能舒适达到的范围。
3）操纵件定位可靠。操纵件应能长时间可靠地保持在某一操作状态的位置，不能因其它操纵力的作用而改变其操作状态。
4）操纵系统的反馈准确迅速。操纵系统应具有良好的反馈性，使操纵信号准确迅速地反馈给操作者，以便操作者及时判断操作的效果，并作出新的操纵决策。
5）操纵系统应具有可调性。操纵系统应能进行必要的调节，以保证系统的元件磨损后，经过调节仍能达到操纵的效果。
6）操纵方便和舒适。为达到这一要求，不仅要求操纵力和操纵行程的大小舒适，而且操纵件的形状、尺寸、布置位置、运动方向和各操纵件的标记、操纵顺序等都要符合人体状况和动作习惯。
7）操纵安全可靠。操纵系统应保证实现预定的操作功能，防止错误的操纵或操纵失效。
2、机械基础的设计
机械工作时的全部载荷都由它下面的地层承受。受机械载荷影响的那一部分地层称为地基，机械向地基传递载荷的中间结构体即为基础。机械基础应满足下列基本要求
1）强度方面的要求：避免在载荷作用下产生破坏和开裂； 2）刚度方面的要求：避免在载荷作用下产生过大的变形或倾斜； 3）振动方面的要求：避免过大的振动，以免影响机械本身的正常工作及邻近机械、设备等的正常使用；
4）经济性要求：机械基础在满足上述要求的情况下，应有良好的经济性。
机械基础设计的一般规定：
1）基础设计时应取得机械基础的基本资料；
2）机械基础宜与建筑物的基础、上部结构以及混凝土地面分开； 3）当管道与机械连接而产生较大振动时，管道与建筑物连接处应采取隔振措施；
4）当基础的振动对邻近的人员、精密设备、仪器仪表、工厂生产及建筑物产生有害影响时，应采取隔振措施； 5）基础不得产生有害的不均匀沉降；
6）重要的或对沉降有严格要求的机械，应在其基础上设置永久的沉降观测点，并应在设计图中注明要求。在基础施工、机械安装及运行过程中定期观测沉降情况，并作记录。
以上各个环节是整个机械系统设计的基本组成部分，各个环节的内容只是一些基本概念和要求，而在实际的设计过程中，每个环节的设计都有更加细致的过程，设计时需充分而全面的考虑可各方面的因素，在满足各个环节本身的要求的基础上，还要考虑原动机、传动系统、执行系统、控制系统以及辅助系统各个系统作为整个机械系统的组成部分之间的相互联系，以保证在组成整个系统后依然能较好的完成预定的功能要求。
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