机械原理的定义精选(九篇)

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第1篇：机械原理的定义范文

关键词：机械振动;噪声控制;微分方程

1. 课程描述

《机械振动与噪声控制》课程适用的专业为机械类与近机类，选修学生属于大学本科三年级下学期的范围。本课程侧重机械振动与噪声控制原理，其内容密切联系实际工程，是一门专业基础选修课程。该课程以机械设计、机械原理为理论基础，研究机械工程中广义系统的振动问题;同时它又是一种方法论。

2. 课程目标

本课程的目的在于使学生能以动态而不是静态的观点去看待一个机械工程系统;从整体而不是孤立的视角，从整个系统中的信息之传递、转换和反馈等角度来分析系统的动态行为;能结合机械工程，应用经典振动理论中的基本概念和基本方法来分析、研究和解决其中的问题。要重点研究2个方面：①对机、电、液系统中存在的问题能够以振动力学的观点和思维方法进行科学分析，以找出问题的内质和有效的解决方法;②如何控制一个机、电、液系统，使之按预定的规律运动，以达到预期的技术经济指标，为实现最佳振动奠定基础。

3. 课程内容及安排

授课28学时，实验4学时。

第O章 绪论

本章教学目标：全面掌握机械振动的基本概念和研究对象，了解本课程的研究任务、学习目的和意义。

本章教学基本要求：了解机械振动的基本含义和研究对象，学习本课程的目的和任务;掌握广义系统运动微分方程的含义。了解系统、广义系统的概念，了解系统的基本特性。掌握自由度的含义，学会分析动态系统内振动的过程，掌握系统或过程中存在的耦合。了解力学系统的几种分类方法;掌握振动力学的工作原理、组成;领会激励、响应的意义。了解振动系统中基本名词和基本变量。了解线性系统、非线性系统、确定性振动、随机振动的概念。了解模态的基本组成。

第1章 单自由度线性系统的自由振动

本章教学目标：学会单自由度线性系统的振动微分方程的建立方法、简化方法与分析方法。

本章教学基本要求：了解振动微分方程的基本概念。能够运用动力学、电学及专业知识，列写机械系统、电子网络的振动微分方程。掌握阻尼的概念、特点，学会求等效阻尼。能够用拉普拉斯变换求系统的频率响应函数。掌握频率响应函数的基本形式及相关参数的物理意义。了解无阻尼固有频率、有阻尼固有频率的意义。能够根据系统的振动微分方程，求出系统振动的通解。掌握无阻尼系统、具有黏性阻尼系统的响应求法。掌握相平面方法，了解相平面、相轨迹与奇点的概念。

第2章 单自由度线性系统的受迫振动

本章教学目标：学会通过系统的受迫振动方程来分析系统的时间特性。

本章教学基本要求：了解系统受迫振动的组成。初步掌握系统的特征根的实部与虚部对系统自由响应项的影响情况。了解受迫振动系统时间响应分析中常见的典型输入信号及其特点。掌握简谐激励的定义和基本参数，能够求解单自由度线性系统的单位脉冲响应。掌握受迫振动系统过渡阶段的基本形状及意义。掌握共振现象。掌握幅频响应曲线、相频响应曲线的基本形状，以及振荡情况与系统阻尼比之间的对应关系。掌握半功率带宽的定义及其与系统特征参数之间的关系。了解如何通过半功率带宽的方法，解答系统的阻尼比。掌握共振频率的定义，掌握品质因数与系统阻尼比的关系，掌握频率比的含义。能够求解任意激振力作用下的响应，掌握卷积法，机械阻抗方法。

第3章 多自由度线性系统的振动

本章教学目标：学会通过系统运动方程的矩阵形式来分析系统的特性。

本章教学基本要求：掌握刚度影响系数的定义，掌握广义特征值问题、固有模态与模态正交性。掌握模态质量、模态刚度、模态矩阵、主坐标的求法。掌握复指数算法的基本数学原理，会严格证明。熟悉动柔度矩阵或复频响应矩阵。掌握比例黏性阻尼和实模态理论，瑞利阻尼的定义和具体表达式，瑞利阻尼中两个比例系数的确定。了解自由振动的模态叠加方法。会用模态叠加方法和直接求解方法确定系统的自由振动。了解减振器的概念。

第4章 连续线弹性系统的振动

本章教学目标：学会连续线弹性系统振动的求解方法。

本章教学基本要求：了解连续参数系统的定义。掌握直杆的纵向自由振动方程。学会固支杆、自由杆、一端固定一端自由杆的模态图。掌握模态函数的正交性。理解欧拉-伯努利直梁的弯曲振动动力学平衡方程。掌握均匀悬臂梁、均匀简支梁、均匀自由梁的模态图。理解矩形薄板自由振动，薄板的简单边界条件，前4阶模态的绘制。

第5章 线性振动的近似分析方法

本章教学目标：学会瑞利近似分析方法。

本章教学基本要求：了解近似分析方法的由来。掌握瑞利商。熟练掌握用瑞利法计算均匀简支梁的基频。（作者单位：三峡大学机械与动力学院）

基金项目：三峡大学2013年高等教育科学研究项目（1322）

参考文献：

[1] 田红亮，钟先友，秦红玲，依据各向异性分形几何理论的固定结合部法向接触力学模型[J].机械工程学报，2013，49（21）：108-122.

[2] 田红亮，钟先友，赵春华，区分弹性与塑性变形的结合面法向校正模型[J].机械工程学报，2014，50（17）：107-123.

[3] 田红亮，钟先友，赵春华，计及弹塑性及硬度随表面深度变化的结合部单次加载模型[J].机械工程学报，2015，51（5）：90-104.

[4] 田红亮，赵春华，朱大林，金属材料结合部法切向刚度修正与实验验证[J].农业机械学报，2012，43（6）：207-214.

[5] 田红亮，朱大林，秦红玲， 结合部法向载荷解析解修正与定量实验验证 [J]. 农业机械学报，2011，42（9）：213-218.

[6] 田红亮，赵春华，朱大林，整个螺栓结合部的法向连接动刚度及试验验证 [J]. 西安交通大学学报，2012，46（9）：31-36.

[7] 田红亮，朱大林，秦红玲.固定接触界面法向静弹性刚度 [J]. 应用力学学报，2011，28（3）：318-322.

[8] 田红亮，赵春华，方子帆，微动结合部的一次加载过程 [J]. 振动与冲击，2014，33（13）：40-52.

[9] 田红亮，赵春华，方子帆，基于各向异性分形理论的结合面切向刚度改进模型 [J]. 农业机械学报，2013，44（3）：257-266.

[10] 田红亮，方子帆，朱大林，固定接触界面切向静弹性刚度问题研究[J].应用力学学报，2011，28（5）：458-464.

[11] 田红亮，陈从平，方子帆，应用改进分形几何理论的结合部切向刚度模型[J]. 西安交通大学学报，2014，48（7）：46-52.

[12] 田红亮，刘芙蓉，方子帆，结合部静摩擦因数修正与定量实验验证[J]. 农业机械学报，2013，44（10）：282-293.

[13] 田红亮，赵春华，方子帆，金属材料表面静摩擦学特性的预测研究――理论模型[J].振动与冲击，2013，32（12）：40-44，66

[14] 田红亮，刘芙蓉，赵春华，金属材料表面静摩擦学特性的预测研究――实验佐证[J].振动与冲击，2014，33（1）：209-220

第2篇：机械原理的定义范文

关键词：有限元；量纲；容差；机械设计

摘要：有限元分析法在科学计算和分析设计中得到了广泛应用，可以有效解决很多复杂问题，同时也已经成为机械设计中的重要工具。本文首先对有限元分析法在机械设计中的应用及其过程进行了分析，重点对有限元模拟环节中的量纲选择和容差设计等关键问题进行了探讨；最后对影响精度的几个因素进行了阐述。

关键词：有限元；量纲；容差；机械设计

引言

科学技术的不断发展使得机器设备制造的精密度越来越高，在具体设计阶段，工程师需要准确的预测出产品的相关技术性能和强度等，同时计算出机械结构的动静力强度等相关技术参数。有限元分析法结合了计算机技术和数值分析技术，已经成为解决复杂设计问题的重要手段；它可以应用于对机体结构应力应变的确定，对静强度进行校核，对耐久性进行分析等等。有限元分析法的最终结果受软件和建模等的影响，不同的处理方式也会造成不同的结果，所以在设计中应该综合分析判断。

1.有限元分析法在机械设计中的应用及其过程

在传统的机械设计中，开发新产品的主要依据是历史资料以及设计经验，在此基础上进行合理改造，这种设计方法不仅耗时长，所设计出来的产品机械性能也不尽人意，导致生产效率低，成本高。分析传统设计方法中的局限，主要是采用的设计思路有限，导致工作具有较大的盲目性，方案的选择没有确定的衡量标准。近年来，有限元分析法被引入我国，其在机械设计中所体现出的优越性很快受到人们的重视，它不仅能优化设计，还大大节省了人力物力，提高了工作效率；有限元分析法已经成为当前机械设计中最为有效的方法[1]。

对有限元分析法在机械设计中的应用过程进行分析，本节通过一个橡胶衬套设计的实例进行说明。1）简化模型。在传统的橡胶衬套模型中，将不影响整体分析结果的部分去掉，如：产品结构的倒角和圆角等，其目的是消除这些部分对单元格划分的质量的影响，同时减小运算量。在本实例中，橡胶衬套是由以下几个部分组成：内衬套、外衬套以及天然橡胶；对其径向受载进行分析，其内衬套是固定的，在径向上的加荷载是沿着没有孔的方向，荷载大小为5000N，速度为5mm/min，图1给出了1/4的截面示意图[2]。

2）划分单元格。在该步骤中，首先需要离散整体模型，找出离散数据中的规律以便进行模拟分析；在进行单元格的划分时，要注意不同的模型有不同的需要，有的还需要建立相应的数据集合，便于在定义特性材料和边界条件时选取部分的方便；3）几何特性定义。将几何特征赋予给建立的模型，如：模型厚度、属于哪一种分析等等。4）材料特性定义。将材料的参数赋予给构成模型；如果是各向同性材料，主要进行杨氏模量和泊松比的定义。5）定义接触条件。对建立模型的各个接触状态进行定义，如：橡胶在受力之后会发生形状的改变，这种接触是橡胶自身之间的接触，称之为变形体；在本例的设计中，，内衬套和外衬套的受力较小，可以认为是刚体；6）定义边界条件。在本实例中，内衬套是固定不动的，其边界条件为fix inner；7）定义荷载状况。8）定义作业。将定义过的工况选择到作业中，一些复杂的模型还需要进行初始载荷的定义。9）定义单元类型。在该软件中，不同的类型结构有不同的单元类型和输出结果。

2.有限元分析法中的关键问题

2.1有限元结果的认识问题

由于有限元分析法的最终结果受到离散和网格密度、单元类型以及边界条件等的影响，另外，一些商用软件在做法上还进行了一些简化。因此，弄清楚软件的算法原理十分重要。在分析商业有限元软件上，几何建模、有限元建模以及边界条件等的处理如果不合理都会造成最终的结果偏离实际，因此要谨慎对待有限元的分析结果。要对有限元结果的可行性进行验证，重视常规强度的计算。在有限元常规强度计算上有三种观点：“替代论”、“对立论”以及“衔接难论” 。

第3篇：机械原理的定义范文

一、萌芽阶段

功和能的概念在历史上比它的名称要古老得多，我们至少可以追溯到伽利略（Galileo， 1564～1642）时代.

在17世纪初，伽俐略注意到：提升重量（用滑轮系）所需的力乘以作用力所经过的距离是保持不变的.尽管两个因子本身都可以变化.他将力和路程的乘积称为“矩”.无疑，这里的“矩”已包含了功的含义；同时，他在研究落体运动时还发现：物体下落过程中所能达到的最大速度能够使它跳回到原来的高度，但不会更高，很明显，这里隐含了机械能守恒的思想.

二、十七、十八世纪“力的含义”

在十七、十八世纪时期的力学著作中，力的概念是模糊的.牛顿（Newton， 1643-1727）在他的《自然哲学的数学原理》中也没有从力的本质上来理解力，我们不妨看看牛顿对“力”的定义和解释：

定义1：所谓物质固有的力是每个物体按其一定量而存在于其中的一种抵抗能力，在这种力的作用下，物体保持其原来的静止状态或者在一直线上等速运动的状态.

定义2：外加力是一种为了改变一个物体的静止或等速直线运动状态而加于其上的作用力.在解释中，牛顿还指出：“这种力只存在于作用的过程中，当作用过去以后，它就不再留在物体之中”.

从上面的定义我们可以看出，牛顿当时并不是像我们现在这样着眼于受力分析，而是考虑物质“具有”多少可以使其他物体或本身产生某种效应的“能力”.比如，他把物体的“惯性”称为“物体固有的力”、“抵抗能力”；“外来的力”是物体运动变化的“源泉”，由于强调了“力”对物体来说是外来的，因而包含了物质、运动分离的思想，这样“力”就被看成物体相互作用的数学表示，正如牛顿自己所说的那样“……不是从物理上而是从数学上来考虑的”，有人把牛顿的这句话看成是牛顿在“力”的观点上的“高明”之处，可是，正是由于这一“高明”之处，使一段时间内人们对力、能、运动量的概念混淆不清，这些角色都由“力”来凑合扮演.

三、关于“运动量度”的争论

前面我们已经说了，牛顿时代，力学体系在逻辑上，数学表达上还不够俱全，人们对“力”的概念的内涵的理解是模糊的.这样，在不同意义上使用这一概念描述力的各种效应时，就会有不同的结论，从而引起了笛卡儿（Descartes， 1569-1650）学派和莱布尼兹（leibniz， 1646-1716）学派关于“运动量度”的一场旷日持久的争论.

1644年，笛卡儿在《哲学原理》中论述了整个宇宙体系时，采用了“运动量”一词，他把运动量定义为“物体（当时还未有质量概念）和速率的乘积”，主张用运动量作为机械运动的量度，提出运动量守恒定律——一切物体的总运动量不变.

后来牛顿在《原理》中，沿用了“运动量”，他把质量与速率的乘积mv定义为动量，笛卡儿和牛顿是当时欧洲举足轻重的数学家和物理学家，他们关于运动量度的主张——mv是运动的唯一量度得到许多人的承认.

不久，惠更斯（Hugygens， 1629～1695）等人发现了运动量具有方向性，从而提出，将运动量定义为质量同速度矢量的乘积，这样就具有了现代意义下的动量及动量守恒定律，但是新的运动量守恒定律并不能满意地解释宇宙的运动将永远进行下去.

1669年，惠更斯曾提出如下法则，作为碰撞问题解答的一部分，“在两物体的碰撞中，它们的质量及速率的平方乘积mv2之和，在碰撞前后保持不变.”但他的观点未被人们所重视.

1686年，莱布尼兹利用了惠更斯的上述结论，提出mv2才是运动的“真正”、“惟一”量度，并且在系统中应是∑mv2守恒，而不是∑mv守恒，从而拉开了物理学史上关于运动两种量度的争论.

后来，莱布尼兹也注意到笛卡儿的观点在某些情况下是适用的，但是令人遗憾的是他没有想到把两者综合在一起，却在1695年，提出将“力”分为“死力”和“活力”两种，他把mv2定义为“活力”，提出“活力守恒定律”，活力守恒定律当时得到许多科学家的支持，比如D·伯努利（Bernoulli，1700—1782）运用这一原理得到了著名的伯努利方程.

四、功、能概念的提出

早期的工业革命中，工程师们往往不用活力，而是用与活力等值的物体的重量与路程的乘积作为机械功效的量度，因为这更加直观，卡诺（s.Car'nest，1796—1832）把这个量称为“作用矩”.1820年，法国科学家科里奥利（Coriolis，1792—1843）把这个量称为“功”，1826年，法国科学家蓬瑟勒（Poncelet，1788—1867）明确推荐了“功”，并定义为“力和力的作用点的位移的乘积”，这样功的概念就进人物理学.

至于“能量”一词，早在1807年，托马斯·杨（Young·Thomas，1773—1829）就提出用“能量”一词代替莱布尼兹的“活力”，但是他的建议没有被人们广泛使用，人们仍旧用“力”这个概念，甚至到了1847年，迈尔（Mayer，1814—1878）和亥姆霍兹（Helmhohz，1821—1894）发现能量守恒定律时，仍用“力”表示，普遍称为“力的守恒定律”.现代意义的能量概念，直到1853年才被W·汤姆逊（Thomson，1824—1907）所定义——“当它从一个给定状态无论以什么方式过渡到任意一个固定的零态时，在系统外所产生用机械功单位来量度的各种作用的总和.”这句话明确了功能之间的关系.1867年，汤姆逊又将“活力”定义为“动能”，关于“势能”的既念，1847年，亥姆霍兹在《论力的守恒》一书中已有定义，至此在机械运动的范围内功、能概念已确定.

参考文献：

[1]申先甲，等. 物理学史.湖南人民出版社，1994.

第4篇：机械原理的定义范文

【关键词】电子检测技术；工程机械驾驶室；质量控制；应用

电子检测技术具有很强的综合性，该技术主要涉及了两个方面，一方面是电子计算机技术，另一方面是电子测量技术。随着科技的不断发展，电子检测技术已经广泛应用于各行各业，汽车维修企业也不例外。可是，工程机械驾驶室质量控制工作尚未全面普及电子检测技术。本文将简单介绍工程机械驾驶室的工作现状，分析工程机械驾驶室各电器元件的工作原理，并综合浅谈电子检测技术在工程机械驾驶室质量控制中的应用措施。

1工程机械驾驶室的工作现状

对于汽车制造企业来讲，工程机械驾驶室质量控制是本组织的核心工作。一般情况下，经过的涂装的钣金件和各项内饰件只能为客户提供驾驶室的小总成。为了进一步提升客户的满意度，辅助客户优化生产线，大多数汽车制造企业已开始建设驾驶室大总成，也就是在之前的基础上额外增加作为控制各项元器件的装备和电器。客户大多会要求电器产品的质量不能对于最低生产线水平，质量反馈率不应超过3.5%。可是据调查了解，部分企业4个月的质量反馈率平均高达7.53%，不少电器元件会因为出现故障而需要返修，这不仅会损害客户的利益，而且严重形象企业组织的信誉形象和品牌效应。从广义的视角来看，导致驾驶室的电器元件出现故障的原因主要有两方面，一方面是因为企业技术人员在加工电器元件时，没有使用电子化检测设备对其质量进行全面检验，这难免会混入劣质产品；另一方面是部分企业尚未配备用于检测驾驶室大总成的电子设备，传统的人工检验很难保证加工产品的质量。调查结果表明原因比例更倾向于后者，这也说明了企业组织急需添置电子化检测设备的必要性。

2工程机械驾驶室各电器元件的工作原理

从工程机械驾驶室各电器元件的工作原理来看，当前最常使用的三种机型855N、50CN和855一共涉及到了10种电气原理，细分为驾驶室大总成73种、电气系统21种、驾驶室主线束10种。也可以概括为10种驾驶室主线束分别对应了10种电气原理。通常，不同的驾驶室主线束须采用不同的插接件型号，A驾驶室主线束须使用16线的接插件，B驾驶室主线束理应采用48芯的接插件。而且，即使插接件的接口和类型相同，如果驾驶室主线束不同，它们在驾驶室主线束中的信号类型也不同。一般情况，同样是48芯的接插件，在C驾驶室主线束的29号接口的信号类型是预热指示信号，在D驾驶室主线束的29号接口的信号类型会转变为制动气压预警信号。这种变换性原理容易滋生以下四种问题：（1）会额外增加人工成本和电器元件设计成本。因为车型不同，线束定义也不同，所以线束安装信息也更加复杂，如果装备人员没有全面掌握繁杂的信息，就容易导致装备出错，一旦要返修，人工成本和电器元件设计成本都会增加。（2）为技术操作人员带来了很大的安装难度。从宏观的角度来看，大多数车型都有相似性和微小的差异性，这些细微的差异性是导致线束定义不一致的根本原因，技术操作人员在工作中很难注意到各种细小的差别。（3）给电器加工制造维护工作带来了诸多不便，制造工艺更为复杂。插接件的不同和接口型号的差异增加了技术操作人员在生产、加工与制造工作中的难度系数。（4）提高了驾驶室电器及其元件的检测成本。传统的人工检测无法满足现代产品质量的要求，企业组织必须添置充足的电子化检测设备，这是一笔不小的支出，对于中小型企业而言，配置电子化检测设备必然会增加大量的检测成本。对于上述四种问题，可以综合采用各种改良策略，如统一不同驾驶室主线束中相同插口的型号，为相同电器进行相应的编号，尽量保持这些电器插接件接口的一致性，对于特殊电器元件，理应采用预留插接件的接口方式。这样有助于节省人工成本、电器元件设计成本和检测成本，降低制造工艺和维护工作的难度系数，提升安装工作效率。

3电子检测技术在工程机械驾驶室质量控制中的应用措施

3.1完善工程机械驾驶室质量检测方案

设计科学的工程机械驾驶室质量检测方案必须针对第一类电器元件、第二类电器元件、第三类电器元件和驾驶室电器检测仪器进行分类，布设正确的电气回路。

3.2优化程机械驾驶室质量检测流程

设计精确的程机械驾驶室质量检测流程，首先要制定全面的电器元件检测清单，然后再接通电子检测平台，打开总开关，对驾驶室大总成进行全面检测，要注意观察各压力开关的仪表对应位置和传感器的指示灯是否正常。

3.3综合分析工程机械驾驶室质量检测要求

生产线通常只能完成工程机械驾驶室内部各种部件的配备工作，如各项钣金件、电器、座椅、开关、内饰件和各电器之间的布线。全面控制工程机械驾驶室质量，必须综合分析其具体需求，运用电子检测技术对线束、仪表、电器、工作灯、元件和各开关进行全面检测，确保其质量合格之后在进行正确的组装，特别要注意实现电器元件的安全性、可移动性和各机型的互换性。

4结束语

综上所述，工程机械驾驶室质量控制是本组织的核心工作，发挥电子检测技术在工程机械驾驶室质量控制中的作用，工作人员应协助本企业组织不断完善工程机械驾驶室质量检测方案，优化程机械驾驶室质量检测流程，综合分析工程机械驾驶室质量检测要求。

参考文献

[1]张晓鹏.浅议电子检测技术在工程机械驾驶室质量控制中的作用[J].汽车加工技术与设计,2013(06):1.

[2]石萌.电子检测技术在工程机械驾驶室质量控制中的作用[J].汽车制造技术与设计,2014(30):2.

[3]苗月.浅谈电子检测技术在工程机械驾驶室质量控制中的作用[J].试验技术研究(电子版),2016(02):3.

第5篇：机械原理的定义范文

乘坐舒适性是车辆的重要性能指标之一，悬架系统的性能直接影响车辆的这个指标。传统被动悬架由于其刚度和阻尼不能随外界状况变化而变化，因而难以满足人们对车辆性能的要求。2002年剑桥大学学者Smith提出惯容器元件，Smith及其团队的研究结果表明，惯容器可以改善机械系统的隔振性能，2006年台湾学者WANG将惯容器应用到火车悬架中，改善了火车的乘坐舒适性、系统动态性能及稳定性，近年来国内学者也对惯容器进行了研究，并将惯容器引入车辆悬架中，提出 ISD（Inerter-Spring-Damper）悬架的概念，并证实应用惯容器能够提高悬架隔振性能。

目前引入车辆悬架中的惯容器都是机械式的，其普遍存在背隙问题，且机械式结构的非线性因素也不容忽视，这在一定程度上限制了机械式ISD悬架的性能。

因此本文提出了一种基于液压惯容器的ISD悬架，液压惯容器相较于机械式惯容器不仅具有结构简单、承载能力大以及加工成本低的优点，而且还可以避免机械式惯容器存在的背隙问题。

1 惯容器ISD悬架基本原理

惯容器悬架结构如图1，构成ISD悬架的基本元件有三个，即惯容器（Inerter）、弹簧（Spring）和阻尼器（Damper），根据新机电相似理论，它们分别与电学网络中的电容、电感和电阻相对应。类比电学元件的特性可知，弹簧具有位滞后及“通低频，阻高频”的作用，惯容器具有相位超前及“通高频，阻低频” 的特性。

图1 惯容器悬架示意图

如图1（a）所示的惯容器悬架，第一级采用惯容器和阻尼弹簧并联，第二级采用弹簧和阻尼并联，然后将两级串联起来。理论上该悬架结构可在全频域范围内缓冲和衰减由路面不平度引起的冲击和振动。

2 液压式惯容器结构与原理

液压式惯容器液压缸结构如图2所示：

图2 液压式惯容器结构图

当外力F沿活塞杆轴向方向施于活塞杆时，活塞相对于缸体做直线运动，上下两腔形成压差，推动液压马达转动；根据牛顿定律，在液压缸中：

（1）

式中A为活塞的截面积，P2为下腔的压力，P1为上腔的压力，

通过高压软管流向液压马达的流量可以近似的计算为：

（2） 其中Q为输入液压马达的油液流量，x为活塞的轴向线位移；由于液压马达本身存在泄漏问题，输入量并非完全作用于液压马达上，定义液压马达的容积效率为？浊？淄，值小于1，则作用于马达的有效流量Q1为：

Q1=Q・？浊？淄 （3）

而有效作用于液压马达的流量又可以用液压马达转速表示：

Q1=Q・■ （4）

其中D为流量与角速度比，将（2）（3）带入（4）得：

D■=A■？浊？淄 （5）

假设？浊？淄，D为常数（不随时间而变化），对（5）对时间作微分，则可得到

（6）

根据能量守恒的原理，马达的输入的压力能功率等于马达的输出功率，则：

（7）

其中？驻P为马达的压力差，即为P2-P1，T为理想转矩，？浊M为马达的机械效率。输出的功率作用轮上，则

（8）

将（6）（8）代入（7）得

（9）

将（4）代入（9）得；

（10）

联立（1）跟（10）可得；

（11）

第6篇：机械原理的定义范文

【关键词】 智能GIS 机械特性 波形相关性 合闸行程 偏离度

目前断路器机械特性的在线监测装置中，其状态评价基本上停留在对一些特征量的阈值是否超限的判断上，没有充分挖掘监测波形数据的内在信息，没有实现对操作机构状态的深入评价与风险预测。

1 智能GIS中机械特性参数的获取

光栅位移传感器用于采集机构行程—时间数据、小电流传感器用于采集分（合）闸线圈的电流数据、储能电机的电流数据。每次断路器动作后GIS间隔智能监测装置中的断路器机械特性模块接收以上数据通过处理可给出断路器的行程、平均速度、刚分（合）速度、储能状态、分（合）闸电流等参数，并可将这些数据传输至后台监控，监控主机可根据数据绘制位移曲线图。

2 波形相关性原理及实现方法

智能开关机械特性相关的两个特征量值指：

（1）分（合）闸线圈电流波形中的电流特征值和时间特征值。

（2）储能电机电流波形中的电流特征值和时间特征值。

（3）分（合）闸过程的时间—位移波形中的分（合）闸位移特征值和分（合）闸时间特征时间特征值。

将智能开关机械特性的特征值波形曲线与其基准特征值的典型波形放在一个时间坐标轴上，在二维平面坐标上找到特征量值，包括基准特征值和在线采集特征值；然后可以通过与典型波形之间的动作时序进行比较，采用定量计算，计算基准特征值与在线采集特征值的距离，定义为偏差距离；所谓的偏差距离就是指在两个相关的特征值构成平面坐标，以特征基准值为圆心，所采集的基准值在平面坐标上找到对应的点，该点与圆心间所对应的距离。

定量计算具体包括以下步骤：

（1）找偏差距离。在以（t，i）构成的平面坐标上，以基准特征值（t1基准，i1基准）（A点）为圆心，所采集的特征值在平面坐标上找到对应的点（t1′，i1′）（A′点），以该点到圆心间的距离作为半径作圆，定义D为采集的特征值所在的点到基准特征值的距离为偏差距离，即D1=（（t1′-t1基准）2+（i1′-i1基准）2）1/2。

（2）归一化偏差距离。归一化是一种简化计算的方式，即将有量纲的表达方式，经过变换，化为无量纲的表达式，成为纯量。以偏差距离为分子，以基准特征值到二维平面坐标原点为分母，相除得到归一化偏差距离。定义系数α1=D1/（t1基准2+i1基准2）1/2，αn=Dn/（tn基准2+ in基准2）1/2；这样使偏差距离的绝对值变成某种相对值关系，简化计算，缩小量值。

（3）特征值偏离度和相似度分析。定义特征值偏离度系数λ=α1 +α2+…+αn/n。特征值偏离度系数越小，说明具有相关性特征波形在距离上越接近经典波形，性能越好。

3 基于波形相关性解析方法的断路器行程曲线的在线评估仿真

根据断路器机械状态评估现行标准和运行经验所述，可以将断路器的机械状态分为正常状态、注意状态和严重状态，对应的波形也可以分为三种程度，也就是三种不同劣化程度的波形图，下面对其分别进行曲线模拟和波形相关性定量分析。

通过某厂家试验数据得出断路器标准的合闸行程曲线图，通过综合分析比较断路器合闸行程三种劣化波形，将机械状态参考评价标准设置如下：

（1）当偏离度系数λ在0-0.25范围内，判断断路器处于正常状态。

（2）当偏离度系数λ在0.25-0.4范围内，可以判断出断路器处于注意状态。

（3）当偏离度系数λ大于等于0.4且小于0.5时可以判断出断路器处于异常状态。此时波形图跟典型波形图有明显偏差。

（4）当偏离度系数λ大于0.2355时，可以判断出断路器处于严重状态；此时波形图跟典型波形图明显有很大的偏差。

为了验证以上结论的准确性，通过对在断路器实际运行当中获取的一合闸行程曲线进行相关性分析。波形相关性分析结果，偏离度λ=0.0607，根据上述得出的结论可以判断出此时的断路器处于正常状态与实际相符。其它曲线分析方法与合闸行程曲线相同，在此不再一一赘述。

4 结论

（1）波形相关性解析方法能够对断路器在线机械状态定量分析，提取特征波形中的特征量，具有直观的故障识别能力。

（2）在智能断路器机械特性的状态监测中可将波形相关性解析方法列为辅助判断方法，使高压断路器故障诊断具有更高的诊断准确率。

参考文献：

[1]李建基.高压断路器及其应用[M].北京：中国电力出版社，2004.

[2]吕超.SF6断路器状态监测与故障诊断的研究[D].哈尔滨工业大学，2007.

[3]杨武，荣命哲，王小华等.结合机构动力学特性仿真将ANN用于高压断路器机械状态识别初探[J].中国电机工程学报，2003，23（6）：99-102.

[4]苗红霞，王宏华，齐本胜等.高压断路器操动机构的动力学建模与仿真研究[J].计算机工程与应用，2010，46（17）：212-215，248.

第7篇：机械原理的定义范文

[关键词]机械原理 机构 虚拟样机技术 运动分析

[中图分类号] TH111-4 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2015）03-0125-03

应用型职业人才教育是社会发展与科技进步的产物，也是社会职业岗位分化发展的结果，它以培养高等技术应用型人才为目的。机械原理是高校机械类专业的重要基础课，是一门以机器和机构为主要研究对象的课程。它较理论、材料力学等理论课程更结合工程实际，同时，它又与专业的机械课程不同，其不具体研究某种特定机械，而是研究各种机械中的共性问题，并对常用的机械机构的工作原理进行深入的探讨。对机构进行运动学和动力学分析是贯穿于这门课程的主线，具有知识点多而难的特点，在课堂的教学过程中常涉及到较多的理论分析计算以及机械运动方案的设计实现等问题，由于理论教学占用了大量的时间，往往使学生对课堂教学的兴趣越来越少，导致教学效果较差。为满足复合型工程技术人员培养的需要，需要对传统的以理论教学为主的机械原理课程教学进行有意的改革探索。现有的改革成果更多的把重点放在教学体系和内容的调整上，但该课程与工程实际结合较紧密，具有较强的实践性，而在校学生往往缺乏工程应用背景，这就要求在课堂理论教学过程中将知识点与实际的机构运动相结合，帮助学生理解机械结构原理以及在工程中的应用。这样才能提高机械原理课程的教学效果。为此，本文结合具体案例，借助现代化多媒体教学手段，充分利用机械设计、仿真等软件，直观的实现对机构运动学和动力学分析，以及机械的综合性能分析，充分的提高学生的理解力，调动学生的积极性和主动性。

一、虚拟样机技术在教学中的应用

学生学习水平分为两个层面，初级层面由基本知识，原理和定律组成，这些知识比较抽象；高级层面是指有关知识应用的能力，通过一些案例分析和实际问题解决活动过程，分析各知识之间关系的复杂性，达到灵活应用知识来解决问题。机械原理课程理论性强、内容较抽象，仅凭文字说明、理论公式及大脑的想象，学生很难对机械机构的原理和运动有清晰地认识。传统的教学方法是靠教师的讲解使机构动起来，一些多媒体课件也是停留在预设一些动画的水平上，缺少互动性。而机构是运动着的，在课堂上如何让分析的机构运动起来，是提高学生学习兴趣与掌握相关知识点的关键。虚拟样机技术是随着计算机技术的发展而迅速发展，形成的一项应用广泛地计算机辅助工程技术。虚拟样机通过计算机技术实现对机械模型的数字化建模并进行分析，能够快速方便的实现机械原理教学中对机构的运动学和动力学仿真分析，仿真现实下机械机构的工作特性，并能实现多软件联合仿真分析。例如，可利用PROE强大的造型、变参和装配等功能，帮助学生进行机械结构的参数化设计，并导入到动力学分析软件中进行运动学及动力学分析，再现机构的运动。把理论教学和实际的机构运动展示结合起来，提高学生对本门课程的理解，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。

二、虚拟样机技术教学应用案例

本文以牛头刨床为例，在教学过程中灵活运用虚拟样机技术来讲解其运动特征，直观再现牛头刨床的工作过程，同时分析牛头刨床各从动件的运动规律，教学效果较好。

（一）牛头刨床的机构运动分析

牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。牛头刨床工作时，由导杆机构2-3-4-5-6带动刨刀和刨头做往复运动，刨头向左时，刨刀进行切削，此行程称作工作行程；刨头右行时，刨刀不切削，称空回行程，且要求工作行程的移动速度低于空行程速度，即刨刀有急回现象，机构简图如图1所示。

根据如图1所示的牛头刨床机构，由于结构较复杂，一般采用解析法对其进行运动分析，为求解各从动件的方位角、角速度和角加速度以及刨头的运动学参数，需要建立封闭矢量方程，并列出其投影方程进行求解。课堂教学过程中，理论推算过程较繁琐，学生较难理解实物的真正运动情况。下面，采用虚拟样机技术，运用PROE_ADAMS联合仿真技术直观的再现机构的运动情况，并能输出各种运动曲线，辅助课堂教学，效果较好。

（二）PROE_ADAMS联合仿真技术

ADAMS软件在机械系统仿真分析中应用广泛，包含功能强大的零件库、约束库和力库，其求解器具有的强有力数值分析功能，并基于多体系统动力学理论的拉格朗日方程，能够自动建立系统的动力学方程，准确、快速的求解机械系统的各种静力学、运动学和动力学问题，并能以图形和曲线等可视化方式显示计算结果。

虽然ADAMS / View有零件库、约束库、力库等功能，能够用于机械系统几何模型的创建，但它所提供的实体建模能力并不是很强，所以目前常用的方法是用专业的CAD软件和专业的动力学仿真分析软件进行联合建模仿真，即先用专业的三维建模软件精确建立机械系统各零件的实体模型和装配模型，然后把装配模型导入到动力学仿真分析软件中，并根据实际工况添加适当的约束、驱动和载荷，最终形成机械系统的动力学仿真模型，再对其进行仿真分析。本文采用MSC公司提供的PRO / E和ADAMS专用接口模块MECH / PRO实现其两者之间的数据传递。

MECH / PRO是美国MSC公司开发的用来联接三维实体建模软件PRO / E与多体动力学仿真分析软件ADAMS的专用接口模块。MECH / PRO允许用户在PRO / E环境下定义机械系统刚体、施加约束和驱动，将装配体按照设计的运动形式定义为机构，并且可以利用ADAMS的求解器进行运动学仿真分析，使PRO / E用户不必退出其应用环境，就能对系统进行动力学仿真，并校验干涉情况、确定运动锁止位置。

（三）机构建模

根据所分析牛头刨床机构的各组成部分建立其三维实体模型并进行虚拟装配。各构件尺寸如下：l1=125mm；l3=600mm；l4=150mm；l6=175mm；lH=575mm。原动件1的方位角θ1=0°～360°，并以等角速度ω1=1rad / s旋转。

（四）施加约束

施加约束就是确定零部件之间的依附关系及相对运动关系，这是进行机构运动学分析重要的一点，约束施加的正确与否直接影响分析的准确性和仿真结果。根据图1所示牛头刨床的结构，在曲柄1和地面、曲柄1和滑块2、连杆3和地面、连杆3和连杆4、以及连杆4和连杆5之间施加旋转副，滑块2和连杆3之间施加移动副，连杆5与固定坐标系间施加移动副，在曲柄1上施加驱动，设置角速度为1rad / s，建立的仿真模型如图2所示。

（五）仿真计算

在软件界面上设置仿真时间和仿真步数，设置完成后点击即可开始仿真。Adams求解器会根据设定自行求解运算，得到牛头刨床各从动件的运动学参数，还能获得计算过程中每一步的信息，并在窗口上动态显示机构的运动过程。图3和图4分别为连杆3和连杆4的的方位角、角速度和角加速度曲线，图5为刨头的位移、速度和加速度曲线。

通过虚拟样机技术，直观模拟了机构的真实运动，让学生真正体会和认识到了理论公式的真正含义，加深了对机构工作原理的掌握。同时，通过仿真，还可得到各从动件的运动曲线，了解各从动件的运动情况，使学生能够在系统的水平上真实预测机械机构的工作性能。

三、结论

为满足复合型机械应用型人才的培养需要，将虚拟样机技术应用于机械原理教学中，可以在授课过程中对各种机构的运动特性进行直观的演示，使学生们观察到模型的虚拟运动及主要参数的变化规律，就像做实际的物理试验一样，能够很好地改善教学效果，提高学生课堂学习的积极性，加深学生对课程的理解，从而提高了教学效果和质量。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 陈文华等.ADAMS2007机构设计与分析范例[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2] 王湘.基于虚拟样机技术的机械原理课程设计教学探索[J].广西大学学报，2007，9：345-347.

第8篇：机械原理的定义范文

Abstract： The hydraumatic manipulator mainly takes hydraulic manipulator as the media， and uses the liquid pressure to drive the movement of the actuator. Its main features are： First， it can realize the automation of circulation work and automatic overload protection. Then， the control is simple， convenient and effort. Finally， the non-clearance transmission can be better achieved in this way， and the operation is more smooth and steady.

关键词：液压；机械手；控制

Key words： hydraumatic；manipulator；control

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）01-0145-02

0 引言

机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、执行轨迹、实现自动抓举或搬运的自动化机械装置。产品机械手价格昂贵，一些小型机械企业望而止步。文中所研究的机械手采用液压驱动方式，主要功能是实现上下料过程的自动化。其造价低廉、控制性好，可为小型机械行业所用。现将设计过程简单介绍。

1 机械手的技术参数

①自由度（四个自由度）

臂转动 180°

臂上下运动 175mm

臂伸长（收缩） 400mm

手部转动 ±90°

②手指握力 392N

③驱动方式 液压驱动

2 主要设计内容

2.1 结构原理设计 根据设计要求绘制出其机械手结构原理图，如图1所示。

2.2 系统结构分析 本次液压机械手的设计主要是由执行机构，驱动装置，被抓取工件等部分组成，各系统之间的相互关系如图2所示。

2.3 机械手机械系统结构设计 机械手的机械结构部分主要是由执行机构构成的，其中执行机构又包括末端操作器、手腕、手臂和机身。

2.3.1 末端操作器

机械手为了进行作业，在手腕上装上了操作机构被定义为末端操作器。它的最为基本作用是：直接抓取工件、工具或物体等，末端操作器的功能与人手相似，工件的形状和特征直接决定末端操作器的机构形式。本次设计手部的结构选择为滑槽杠杆式夹钳。

2.3.2 手腕

机器手的手腕是连接手部和手臂的桥梁，其主要用途是调节、改变工件的坐标，因此具有相对独立的自由度，从而使机器人的手部能够完成各种复杂的动作。一般，按照自由度分类，手腕可以设计为三个自由度。分别为：单自由度、二自由度和三自由度。本次设计中选用的是单自由度手腕。

2.3.3 手臂

手臂是机械手执行机构的尤为重要组成部件。手臂根据它的运动方式可以分成四种类型，它们分别是“直线运动、回转运动、俯仰运动和复合运动。此次设计选用的是直线运动、回转运动的复合运动。

2.3.4 机身

机械手的最基础的部分是机身，它的主要作用是连接、支撑。所以机械手主要承受动力装置、液压装置的重量。

通过Pro/E软件完成机械手的三维造型如图3所示。

2.4 液压驱动系统总体设计 机械手液压系统原理图如图4所示。

3 结束语

四自由度液压机械手系统运转平稳，能准确完成上下料工作，机械密封可靠，说明液压回路的设计及液压元器件的选择满足产品使用的需求。最为重要的是整套设备的制作费用在五千元左右，与产品工业机器手数万元的价格相比，很大程度上满足了小型机械企业向自动化、智能化发展的需求，可为同类产品的设计提供经验。

参考文献：

[1]康立新，马建华.工业机械手的设计[R].工程技术.

[2]谢明广，孔祥战，何宸光.机器人概述[M].哈尔滨：哈尔滨大学出版社，2013.

第9篇：机械原理的定义范文

关键词：机构组合；机械原理；实验；机械系统

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-9324（2014）22-0175-02

随着我国由“制造大国”向“制造强国”转变的历史性跨越，高校的实践教学愈加受到广泛的重视[1，2]。而对于培养目标为“培养具有社会责任感、基础扎实、知识面宽、富有创新精神与实践能力的应用型高级专门人才”和“以工为主，以轨道交通为特色”的大学来说，逐步将演示性、验证性实验改变为综合性、设计性实验，以强化对学生的机械综合设计能力、实践动手能力及工程意识、创新意识与创新能力的培养，更是迫在眉睫。

一、问题的提出

《机械原理》课程是工科机械类各专业的一门承上启下的重要技术基础课，在学生从理论学习到实际设计的转化过程中起到重要的桥梁作用。该课程的任务是使学生掌握机构学和机器动力学的基本理论、基本知识和基本技能，学会常用机构的分析和综合方法，并具有进行机械系统设计的初步能力。由此可见，实验教学在整个机械原理课程的教学体系中，具有十分重要的地位，除了能使学生巩固和加深对理论知识的认识与理解外，更是理论结合实际、提高学生的动手能力、启迪学生的创新思维的必要手段。以往传统的机械原理实验项目多为《机构运动简图测绘》、《渐开线齿廓范成原理》和《回转件的动平衡》等验证性实验。经过近几年的努力，实验室研发了《平面连杆机构设计实验》，为开创设计性实验探索了道路。为了进一步深入开展综合性、设计性实验的设计、开发与实践，课题组研发了此项机构组合设计与搭接实验。

二、实验的目的及任务

设计性、综合性实验――《机构组合设计实验》的训练内容涉及常用机构、组合机构设计与分析、机械系统方案设计等，该实验的目的为：

1.培养学生机构运动方案的构思与设计，提高其综合利用所学知识解决实际问题的能力和动手能力；

2.通过对实际工程问题的机构设计及搭接，加深学生对机构运动特性、运动干涉等问题的理解，培养学生观察问题、发现问题的能力；通过实验的多方案设计培养发散思维和创新设计能力；

3.培养学生协作能力及团队精神。此项实验的任务可根据学生理论知识掌握程度，自选或指定以下机构之一：内燃机机构；精压机机构；牛头刨床机构；齿轮―曲柄摇杆机构；齿轮―曲柄摆块机构；双滑块机构插床机构；筛料机构；凸轮―五杆机构；间歇运动组合机构等。

实验以学生为主，构思2～3个可行方案，比较各方案优缺点；对优选方案进行详细设计，绘制机构运动简图，进行实物搭接和试运转；在老师引导下学生发现所搭接机构的不足之处，并提出改进措施。

三、实验原理、方法与步骤

1.实验装置。实验选用湖南长庆机电科教有限公司生产制造的CQJP―D机构运动创新设计方案实验台为实验装置：

①实验台机架（如图1所示）：

②实验台组件：该试验台组件涵盖了机械原理课程中讲到的各种机构的典型构件：连杆和滑块、齿轮和齿条、凸轮、槽轮和拨盘等，如图2所示。另外还提供了用于连接、固定和锁紧等辅助功能的组件：复合铰链、主/从动轴、铰链支座、压紧螺栓、层面限位套、高副锁紧弹簧、齿条护板等。

2.实验原理。机构具有确定运动的条件是其原动件的数目等于其所具有的自由度的数目。因此，如将机构的机架及与机架相连的原动件从机构中拆分开来，则由其余构件构成的构件组必然为一个自由度为零的构件组。而这个自由度为零的构件组，有时还可以拆分成更简单的自由度为零的构件组，将最后不能再拆的最简单的自由度为零的构件组称为基本杆组（或阿苏尔杆组），简称为杆组[3]。由杆组定义，组成平面机构的基本杆组应满足条件：F=3n-2P1-Ph=0 式中：n为杆组中的构件数；P1为杆组中的低副数；Ph为杆组中的高副数。由于构件数和运动副数目均应为整数，故当n、P1、Ph取不同数值时，可得各类基本杆组。当Ph=0时，杆组中的运动副全部为低副，称为低副杆组。其F=3n-2P1=0，故n=2P1/3，故n应当是2的倍数，而P1应当是3的倍数，即n=2、4、6……，P1=3、6、9……。当n=2，P1=3时，基本杆组称为Ⅱ级组。Ⅱ级组是应用最多的基本杆组，绝大多数的机构均由Ⅱ级杆组组成。n=4，P1=6时的基本杆组称为Ⅲ级杆组。由上述分析可知，机构的组成原理为：任何平面机构都是由若干个基本杆组（阿苏尔杆组）依次联接到原动件和机架上而构成。此原理即为机构组合设计与搭接实验的基本原理。

3.实验的方法与步骤。①掌握平面机构组成原理；②熟悉实验中的实验设备，各零、部件功用和安装、拆卸工具；③确定设计机构的类型，构思2至3个可行方案，比较各方案优缺点；④对优选方案进行详细设计，绘制机构运动简图；⑤将优选方案正确拆分成基本杆组；⑥正确拼接各基本杆组，将基本杆组按运动传递规律顺序联接到原动件和机架上，进行实物搭接和试运转；⑦按要求完成实验报告。

此项实验从培养学生机构运动方案的构思和动手实践能力出发，能够使学生受到三个层次的训练：①掌握实验的基本技能，验证所学的理论，加深对所学知识的理解；②课程学习与工程实际结合，初步具有进行新型机构创新设计的能力；③鼓励学生自己结合有生产背景的实际课题提出设计目标，进行原理方案设计，在锻炼动手实践能力的同时，加强学生发现问题、分析问题和解决问题能力的培养。

参考文献：

[1]王汝贵，蔡敢为.两自由度可控机构动态性能实验装置研制[J].实验室研究与探索，2012，31（12）：3-5，11.

[2]蔡书平，桂亮.机械运动学与动力学实验教学应用研究[J].高校实验室工作研究，2012，（4）：47-49.