机械系统动力学_何芝仙_9787560643564_安徽万品图书经营有限公司

本书根据机械工程专业机械系统动力学课程的教学要求, 结合多年机械工程专业研究生课程机械系统动力学的教学和科研实践体会, 参考多种同类教材编写而成。
全书共七章，分别为绪论、机械系统运动微分方程的建立、机械系统运动微分方程的求解、固有频率的实用计算方法、考虑构件弹性的机械系统动力学、动力学专题Ⅰ: 轧钢机动力学、动力学专题Ⅱ: ADAMS软件简介及应用。前三章阐述机械动力学的基本理论与方法，后四章讨论工程应用。机械系统动力学基本理论部分按照机械系统动力学模型建立、数学模型建立和求解的线索展开讨论，突出动力学方法的论述。专题应用部分选择轧钢机动力学、压缩机主传动系统动力学以及内燃机曲轴-轴承系统动力学等若干典型问题阐述如何应用动力学基本理论与方法解决机械系统动力学问题。书中还对动力学仿真软件ADAMS作了简要介绍，并在附录中给出典型机械系统动力学算例Matlab程序，以方便读者理解和应用机械系统动力学的基本理论和方法。
本书可作为高等学校机械工程等相关专业本科生、研究生机械系统动力学课程教材，也可供从事机械工程CAD、CAE方面工作的工程师参考使用。

《中国制造2025》中指出制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。制造业的发展，迫切需要大量新型、高效、大功率、高速、高精度、重载荷、高度自动化的机械与技术装备。发展先进制造业，创新是原动力，先进的设计理论是先导。尽管现代机械产品大都是机电一体化的集成产品，但其动力学性能对机械产品的性能却起着决定性的作用，机械系统动力学问题是现代机械设计面临的关键问题之一。高速机械运动部件的惯性力平衡、振动与噪声、减振与隔振、疲劳强度计算等一系列问题，都是机械系统动力学研究的问题。机械系统动力学的基本理论已经成为机械工程师必须具备的基本知识。正因为如此，机械系统动力学课程已经成为高等学校机械类专业本科生和研究生的必修课程。
根据机械工程专业研究生机械系统动力学的学时教学需要，笔者结合多年的教学和科研体会，编写了本书。本书内容主要由机械系统动力学基本理论和专题应用两大部分组成。机械系统动力学基本理论部分将机械振动和机械动力学知识融为一体，按照机械系统动力学模型的建立、数学模型的建立和求解为线索展开讨论，并将机械系统动力学运动微分方程求解方法归纳为解析法、数值法和半解析半数值法进行分类讨论，突出动力学方法的论述。专题应用部分选择轧钢机动力学、压缩机主传动系统动力学以及内燃机曲轴-轴承系统动力学等若干问题阐述如何应用动力学基本理论与方法解决机械系统动力学问题。由于计算机的飞速发展和广泛应用，机械系统动力学仿真软件ADAMS在工程中得到广泛应用，已经成为机械工程师必须掌握的工具，书中对ADAMS软件及其应用实例也作了介绍。本书附录中还提供了典型的机械系统动力学问题求解的MATLAB程序，以方便读者学习。
由于编者水平有限，书中不足和疏漏之处在所难免，诚请读者批评指正。

编者
2016年9月

第1章绪论 1
1.1 系统、机械系统及其分类 1
1.2 动力载荷及其分类 4
1.3 机械系统动力学的研究内容及任务和研究方法 5
1.3.1 机械系统动力学的研究内容及任务 5
1.3.2 机械系统动力学的研究方法 7
第2章机械系统运动微分方程的建立 9
2.1 机械系统的动力学特征参数 9
2.1.1 自由度 9
2.1.2 动力自由度的确定 10
2.1.3 基本动力元件与特性 11
2.2 机械系统动力学模型的建立 13
2.3 机械系统运动微分方程的建立 14
2.3.1 涉及的基本定理 14
2.3.2 单自由度系统 15
2.3.3 单自由度多刚体系统 17
2.3.4 多自由度系统 19
2.3.5 连续系统 28
2.3.6 非线性系统 31
第3章机械系统运动微分方程的求解 34
3.1 机械系统的运动方程求解方法解析法 34
3.1.1 单自由度系统的振动 34
3.1.2 多自由度系统的振动 42
3.1.3 连续系统 53
3.1.4 非线性系统 56
3.2 机械系统的运动方程求解方法数值法 60
3.2.1 欧拉法 60
3.2.2 Newmark法 62
3.2.3 RungeKutta法 63
3.3 机械系统的运动方程求解方法解析数值法 64
3.3.1 等效力矩是等效构件转角的函数 65
3.3.2 等效力矩是等效构件和角速度的函数 69
第4章固有频率的实用计算方法 72
4.1 单自由度系统 72
4.2 多自由度系统 74
4.2.1 求特征值法 74
4.2.2 计算固有频率的近似法 74
4.3 传递矩阵法 77
4.3.1 传递矩阵法分析轴的纵向振动 77
4.3.2 传递矩阵法分析圆轴的扭转振动 81
第5章考虑构件弹性的机械系统动力学 85
5.1 齿轮传动系统 85
5.1.1 齿轮传动系统运动微分方程 85
5.1.2 轮齿变形的计算 88
5.1.3 齿轮传动系统运动微分方程求解 90
5.2 凸轮机构 92
5.3 平面连杆机构的动力学分析 97
5.3.1 引言 97
5.3.2 单元划分 97
5.3.3 单元运动方程 98
5.3.4 机构运动方程的组成 103
5.3.5 机构运动方程的求解 105
5.4 轴-滚动轴承系统动力学 107
5.4.1 系统模型 107
5.4.2 系统建模和求解方法 110
5.4.3 刚性轴滚动轴承系统的动力学行为 110
5.4.4 弹性轴滚动轴承系统的动力学行为 112
5.4.5 结论 114
第6章动力学专题Ⅰ:轧钢机动力学 115
6.1 动力学模型的建立 115
6.2 动力学方程的解 117
6.2.1 数值法和平均法 117
6.2.2 加权平均法 119
6.3 具有随机系数的初轧机自激振动问题 120
6.3.1 近似解析法 121
6.3.2 近似解析法的局限性 122
6.3.3 Runge-Kutta法与人工神经网络相结合的数值解法 122
第7章动力学专题Ⅱ: ADAMS软件简介及应用 126
7.1 ADAMS软件简介 126
7.1.1 用户界面模块(ADAMS/View) 127
7.1.2 求解器模块(ADAMS/Solver) 128
7.1.3 后处理模块(ADAMS/PostProcessor) 128
7.2 活塞式压缩机主传动系统动力学仿真 129
7.2.1 弹性曲轴-滚动轴承系统ADAMS动力学仿真模型 130
7.2.2 求解理论基础 130
7.2.3 求解与仿真结果分析 133
7.2.4 结论 135
7.3 内燃机曲轴-轴承系统动力学与摩擦学耦合仿真 135
7.3.1 系统建模和求解理论基础 135
7.3.2 曲轴动力学行为 139
7.3.3 主轴承摩擦学特性 141
7.3.4 结论 144
附录计算程序 145
参考文献 166

第1章绪论 1 1.1 系统、机械系统及其分类 1 1.2 动力载荷及其分类 4 1.3 机械系统动力学的研究内容及任务和研究方法 5 1.3.1 机械系统动力学的研究内容及任务 5 1.3.2 机械系统动力学的研究方法 7 第2章机械系统运动微分方程的建立 9 2.1 机械系统的动力学特征参数 9 2.1.1 自由度 9 2.1.2 动力自由度的确定 10 2.1.3 基本动力元件与特性 11 2.2 机械系统动力学模型的建立 13 2.3 机械系统运动微分方程的建立 14 2.3.1 涉及的基本定理 14 2.3.2 单自由度系统 15 2.3.3 单自由度多刚体系统 17 2.3.4 多自由度系统 19 2.3.5 连续系统 28 2.3.6 非线性系统 31 第3章机械系统运动微分方程的求解 34 3.1 机械系统的运动方程求解方法解析法 34 3.1.1 单自由度系统的振动 34 3.1.2 多自由度系统的振动 42 3.1.3 连续系统 53 3.1.4 非线性系统 56 3.2 机械系统的运动方程求解方法数值法 60 3.2.1 欧拉法 60 3.2.2 Newmark法 62 3.2.3 RungeKutta法 63 3.3 机械系统的运动方程求解方法解析数值法 64 3.3.1 等效力矩是等效构件转角的函数 65 3.3.2 等效力矩是等效构件和角速度的函数 69 第4章固有频率的实用计算方法 72 4.1 单自由度系统 72 4.2 多自由度系统 74 4.2.1 求特征值法 74 4.2.2 计算固有频率的近似法 74 4.3 传递矩阵法 77 4.3.1 传递矩阵法分析轴的纵向振动 77 4.3.2 传递矩阵法分析圆轴的扭转振动 81 第5章考虑构件弹性的机械系统动力学 85 5.1 齿轮传动系统 85 5.1.1 齿轮传动系统运动微分方程 85 5.1.2 轮齿变形的计算 88 5.1.3 齿轮传动系统运动微分方程求解 90 5.2 凸轮机构 92 5.3 平面连杆机构的动力学分析 97 5.3.1 引言 97 5.3.2 单元划分 97 5.3.3 单元运动方程 98 5.3.4 机构运动方程的组成 103 5.3.5 机构运动方程的求解 105 5.4 轴-滚动轴承系统动力学 107 5.4.1 系统模型 107 5.4.2 系统建模和求解方法 110 5.4.3 刚性轴滚动轴承系统的动力学行为 110 5.4.4 弹性轴滚动轴承系统的动力学行为 112 5.4.5 结论 114 第6章动力学专题Ⅰ:轧钢机动力学 115 6.1 动力学模型的建立 115 6.2 动力学方程的解 117 6.2.1 数值法和平均法 117 6.2.2 加权平均法 119 6.3 具有随机系数的初轧机自激振动问题 120 6.3.1 近似解析法 121 6.3.2 近似解析法的局限性 122 6.3.3 Runge-Kutta法与人工神经网络相结合的数值解法 122 第7章动力学专题Ⅱ: ADAMS软件简介及应用 126 7.1 ADAMS软件简介 126 7.1.1 用户界面模块(ADAMS/View) 127 7.1.2 求解器模块(ADAMS/Solver) 128 7.1.3 后处理模块(ADAMS/PostProcessor) 128 7.2 活塞式压缩机主传动系统动力学仿真 129 7.2.1 弹性曲轴-滚动轴承系统ADAMS动力学仿真模型 130 7.2.2 求解理论基础 130 7.2.3 求解与仿真结果分析 133 7.2.4 结论 135 7.3 内燃机曲轴-轴承系统动力学与摩擦学耦合仿真 135 7.3.1 系统建模和求解理论基础 135 7.3.2 曲轴动力学行为 139 7.3.3 主轴承摩擦学特性 141 7.3.4 结论 144 附录计算程序 145 参考文献 166

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