授 课

类 别

理论课（ √ ）；实验课（  ）

教 学 

时 数 

2 学时

教学

目的

及

要求 

重点掌握机械系统的主功能和基本特性要求，变换机构及其运动变换分析。了解机械系统的机构静力学特性研究的主要问题和机构动力学特性研究的主要问题

 教 学 内 容 提 要 

备注

本章节重点掌握和了解机械系统、传感系统和执行元件系统等的基本特性，从机电一体化系统构成要素的角度出发掌握其分析方法。

第5.1节  机械系统特性

机械系统的主功能：将一种机械物理量变换成与目的要求相对应的另一种机械物理量（运动参量、力/力矩参量）。

机械系统的基本特性要求：在具有承担外载荷足够的强度（б_b, б_s, б_p）和刚度（结构刚度、接触刚度和局部刚度）的前提下，质量和惯量要小，系统响应要快，带负载的能力要强。

（1）一般线性机械系统的动态特性（传递函数）：X(s)/F_x(s) = 1/[(J_m J_L/i²)s²]

典型机械系统的动态特性（传递函数）：

·齿轮减速：Y = f(x) = (1/i)x

·只有机构转动惯量：X(s)/F_x(s) = 1/J_ms²

·只有负载转动惯量：X(s)/F_x(s) = 1/(J_L/i²)s²

（2）非线性机械系统的动态特性（传递函数）：

5.1.1 变换机构及其运动变换分析

齿轮传动机构（线性）；柔性带/链传动机构（线性）；回转/直线机构（线性）；间歇机构（非线性）；连杆机构（非线性）；凸轮机构（非线性）等。

5.1.2 机构静力学特性

研究的主要问题：

·输出端负载向输入端的转换。

·机构内的摩擦力/矩对输入端的影响。

·各外部和内部载荷或重力载荷产生的加速度对机构内部构件承载能力的影响。

注意：单输入单输出系统（SISO）和多输入多输出系统（MIMO）的区别。

5.1.3 机构动力学特性

研究的主要问题：

·研究机构要素的惯性和机构中各元素、部件以及整机的刚度特性和振动特性。

·平面运动机构要素的动态力及动态力矩。

·空间运动机构要素的动态力及动态力矩。

·机构输出端的弹性与动态特性。

2 学时

教学组织与设计 

教学过程的组织

每次课第一节课开始，学生教师互动相互尊重人性化管理加强课堂纪律的整理；在多媒体教学手段应用的基础上，充分发挥传统教学方法（板书教学与互动）的特点，引用互动提问式教学方法，突出教学重点，图文并茂，尽可能让每一位学生更好地认知教学过程中的难点。

系统组织学生互动掌握好机械系统的机构静力学特性研究和机构动力学特性研究等知识要点。

讨论作业习题的安排

教学手段的应用

多媒体教学手段与传统教学方法（板书教学与互动）相融合的教学手段的应用，将贯穿与整个教学过程中。

参考资料 

教学实施小结