Wyróżnia się trzy działy teorii mechanizmów i maszyn. 1. Teoria mechanizmów obejmująca zagadnienia struktury oraz analizy i syntezy układów mechanicznych. 2. Teoria drgań i dynamika maszyn. 3. Teoria sterowania automatycznego. Eksploator (niezbędne elementy wykształcenia dotyczy eksploatowania statku) - wiedza o istnieniu i źródłach drgań, - wiedza o skutkach oddziaływania drgań na organizm człowieka i maszyny, - wiedza o możliwościach ograniczania nawet całkowitej eliminacji drgań i ich skutków. Cechy ogólne elementów układów mechanicznych. 1. Geometryczne, - skończoność wymiarów, - skończoność zmienności wymiarów i kształtu (ograniczona odkształcalność), 2. Odkształcalności inaczej podatność, - statyczna, - dynamiczna. 3. Bezwładność której miarą jest masa (tutaj niezmienna względem prędkości). 4. Rozpraszalność energii mechanicznej, - sprężystej tj. energii odkształcenia, - kinetycznej tj. energii ruchu. Charakterystyki własności dynamicznych. 1. Częstości i postacie drgań własnych układu. 2. Charakterystyki częstościowe m.in. tzw. podatność dynamiczna przedstawiająca zależność amplitudy i fazy drgań punktu układu od częstości jednostkowej siły wymuszającej harmonicznie zmiennej przyłożonej w wybranym punkcie układu i działającej wzdłuż wybranego kierunku. 3. Charakterystyki czasowe przedstawiające ruch układu pobudzonego do drgań siłą np. o przebiegu skoku jednostkowego zwaną funkcją Heaviside,a lub o charakterze impulsowym zwaną delta Diraca. Modelowanie układów mechanicznych. Modelowanie - praktyczna działalność wykorzystująca pewne podobieństwo między obiektem rzeczywistym a modelem w celu otrzymania określonych charakterystyk. Tutaj charakterystyk dynamicznych obiektu lub modelu. Model - układ pomyślany (teoretyczny) lub materialny o zasadniczych cechach (tutaj dynamicznych) istniejącego lub projektowanego układu mechanicznego. Cechy modelu: - jest pewnym uproszczeniem układu rzeczywistego, - jest zgodny, tutaj wg kryterium własności dynamicznych z układem rzeczywistym, - jest możliwie prosty. Etap modelowania: - budowa modelu nominalnego ( fenomenologicznego), - budowa modelu fizycznego ( empirycznego), budowa modelu matematycznego ( analitycznego). Budowa modelu fenomenologiczno-fizycznego: - pomija się małe wpływy nieistotne z punktu widzenia mechanicznego, - wyodrębnia się obiekt z otoczenia, - zakłada się zdeterminowany charakter oddziaływań, rzeczywiste elementy zastępuje się nieodkształcalnymi bryłami połączonym między sobą bezmasowymi elementami sprężystymi i tłumiącymi, - poszczególnym elementom przypisuje się parametry skupione: masę lub moment masowy bezwładności, współczynnik sztywności podłużnej i skrętnej lub giętnej oraz współczynnik tłumienia. Otrzymuje się w ten sposób model mechaniczny fizyczny dyskretny, zdeterminowany, stacjonarny. Budowa modelu matematycznego. Model matematyczny - tutaj równanie lub układ równań różniczkowych zwyczajnych o stałych współczynnikach ( dla modelu dyskretnego, stacjonarnego). C= F/ΔX , N/m lub C= M/Δφ , Nm/red - współczynnik liniowy elementu sprężystego. (Rys). sposoby wyznaczenia równań ruchu: 1. Dla układów o niewielkiej liczbie stopni swobody - II prawo Newtona lub zasada d'Alemberta. 2. Dla układów o dowolnej liczbie stopni swobody - równanie Lagrangea II rodzaju: d/dt (∂L/∂q'i) - ∂L/∂q'i + ∂R/∂q'i = Fi , i = 1,2,3...które dla układów mechanicznych o energii potencjalnej niezależnej od prędkości uogólnionych przyjmuje postać: d/dt (∂Ek/∂qi) - ∂Ek/∂qi + ∂Ep/∂qi + ∂R/∂q'i= Fi , i = 1,2,3... gdzie: t - czas, s - liczba stopni swobody, L=Ek-Ep - funkcja Lagrange'a, R- funkcja Rayleigha dyssypacji energii układu, qi, q'i - i-ta współrzędna oraz prędkość uogólniona, Fi - i-ta siła uogólnienia, tj. nie spełniająca warunek: Fi= ∂Ep/∂qi, u nas ∂Ep/∂qi = 0.