1、参考答案 1. “机械动力学”主要研究哪些内容，请以任一机器为对象举例说明研究内容及其相互关系。 答： 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， 并从力与运动的 相互作用的角度进行机械设计和改进的科学。 动力学主要研究内容概括起来有： 1，共振分析； 2，振动分析与动载荷计算； 3，计算机与 现代测试技术的运用； 4，减震与隔振。 柴油机上的发动机，发动机不平衡时会产生很强的地面波，从而产生噪声，而承受震动的结 构，发动机底座，会由于振动引起的交变应力而导致材料的疲劳失效，而且振动会加剧机械 零部件的磨损，如轴承和齿轮的磨损等，并使机械中的紧固件变差。通过对共振的研究和分
2、析，使机械的运转 频率避免共振区，避如螺母等变松。在加工时还会 导致零件加工质量免机 械共振事故的发生， 通过振动分析与动载荷计算可以求出在外力作用下机械的真实运动， 运 用计算机和现代测试技术对机械的运行状态进行检测， 以及故障诊断， 模态分析以及动态分 析，现实中机器运转时由于各种激励因素的存在，不可避免发生振动，为了减小振动，通常 在机器底部加装弹簧，橡胶等隔振材料。 2. 机构动态静力分析主要研究哪些内容，请描述分析过程，此分析在机器设计中是为了解决什么问题？ 答：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，求 出为平衡静载荷和动载荷而需要加在原动构件上施加的力或力矩，以及各
3、运动副中的反作用力。这就是动态静力分析。 随着机械速度的提高，构件的惯性力不能再被忽略，而且采取动态静力学方法可以最大限度的优化设计，保证产品没有设计上的问题。使得机械系统在设定的限制条件下得到最佳的动态性能。 机构动态静力分析的基本步骤是：首先将所有的外力、外力矩（包括惯性力和惯性力矩以及待求的平衡力和平衡力矩）加到机构的相应构件上；然后将各构件逐一从机构中分离并加上约束反力后、写出一系列平衡方程式；最后通过联立求解这些平衡方程式，求出各运动 副中的约束反力和需加于机构上的平衡力或平衡力矩。 3. 在振动分析时，“解耦”是指什么？请描述解耦过程。 答：解耦：将二自由度系统的两个振动方程经过一
4、定的处理，使每个方程只含有一个广义坐标，这个过程就是方程的解耦。详细过程书上 145 页 4. 什么是机构的平衡，机构平衡的条件和实现过程。 对于存在有往复运动或平面复合运动构件的机构，其惯性力和惯性力矩不可能在构件内部消除，但所有构件上的惯性力矩可合成为一个通过机构质心并作用于机架上的总惯性力和惯性力矩。因此，这类平衡问题必须就整个机构加以研究，应设法使其总惯 性力和总惯性力矩在机架上得到完全或部分平衡，所以这类平衡又称为机构在机架上的平衡。 1、如图所示为一对心曲柄滑块机构。曲柄以转速度 1 作等速回转运动，曲柄与水平方向夹角为 1 ，曲柄长度为 r ，质心与其回转中心 A 重合。连杆长度
5、 l ，连杆与水平方向夹角为 2 ，连杆质心 2S 到铰链 B 的距离 2BLS ，连杆质量 2m ，对其质心的转动惯量 2J 。滑块质量 3m ，其质心与铰链 C 重合。 1)画出曲柄、连杆和滑块的受力分析图； 2)写出曲柄、连杆和滑块的平衡方程。 2、 如图 所示曲柄滑块机构，已知构件 1 转动惯量 J1， 质心在 O 点， 构件 2质量 m2，质心 C2，转动惯量 Jc2，构件 3 质量 m3，构件 1 上有驱动力矩 M1，构件 3有阻力 F3。以构件 1 为等效构件， 求等效构件的等效 转动惯量、等效力矩、 等效驱动力矩 和等效阻力矩 。 3. 4. 5.如下图所示振动系统中，重物质量
6、为 m，外壳质量为 2m，每个弹簧的刚度系数均为 k。设外壳只能沿铅垂方向运动。（ 1）以 x1 和 x2 为广义坐标，建立系统的微分方程；（ 2）求系统的固有频率和振型。（ 12 分） 6.如下图所示的振动系统中，已知：物体的质量 m1、 m2 及弹簧的刚度系数为 k1、k2、 k3、 k4。（ 1）建立系统的振动微分方程；（ 2）若 k1= k3=k4= k0，又 k2=2 k0，求系统固有频率；（ 3）取 k0 =1， m1=8/9， m2 =1，系统初始位移条件为 x1(0)=9 和x2(0)=0，初始速度都为零，采用振型叠加法求系统响应。（ 12 分） 7.如下图所示， 1 2 3k k k k ， 1mm ， 2 2mm ，（ 1）求系统的固有频率及固有振型，给出振型图；（ 2）设在上作用简谐力 20sinp P t ，求受迫响应。（ 12 分） 如下图所示， K1=K2=K3=K， m1=m m2=2m，（ 1）求系统的固有频率及固有振型，给出振型图；（ 2）设在上作用简谐力 P2=p0sinwt，求受迫响应。（ 12 分）
