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本書根據(jù)機(jī)械工程專業(yè)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程的教學(xué)要求, 結(jié)合多年機(jī)械工程專業(yè)研究生課程機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的教學(xué)和科研實(shí)踐體會, 參考多種同類教材編寫而成。
全書共七章，分別為緒論、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程的建立、機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程的求解、固有頻率的實(shí)用計(jì)算方法、考慮構(gòu)件彈性的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、動(dòng)力學(xué)專題Ⅰ: 軋鋼機(jī)動(dòng)力學(xué)、動(dòng)力學(xué)專題Ⅱ: ADAMS軟件簡介及應(yīng)用。前三章闡述機(jī)械動(dòng)力學(xué)的基本理論與方法，后四章討論工程應(yīng)用。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基本理論部分按照機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型建立、數(shù)學(xué)模型建立和求解的線索展開討論，突出動(dòng)力學(xué)方法的論述。專題應(yīng)用部分選擇軋鋼機(jī)動(dòng)力學(xué)、壓縮機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)以及內(nèi)燃機(jī)曲軸-軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等若干典型問題闡述如何應(yīng)用動(dòng)力學(xué)基本理論與方法解決機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題。書中還對動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS作了簡要介紹，并在附錄中給出典型機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)算例Matlab程序，以方便讀者理解和應(yīng)用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的基本理論和方法。
本書可作為高等學(xué)校機(jī)械工程等相關(guān)專業(yè)本科生、研究生機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程教材，也可供從事機(jī)械工程CAD、CAE方面工作的工程師參考使用。

《中國制造2025》中指出制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國之本、興國之器、強(qiáng)國之基。制造業(yè)的發(fā)展，迫切需要大量新型、高效、大功率、高速、高精度、重載荷、高度自動(dòng)化的機(jī)械與技術(shù)裝備。發(fā)展先進(jìn)制造業(yè)，創(chuàng)新是原動(dòng)力，先進(jìn)的設(shè)計(jì)理論是先導(dǎo)。盡管現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品大都是機(jī)電一體化的集成產(chǎn)品，但其動(dòng)力學(xué)性能對機(jī)械產(chǎn)品的性能卻起著決定性的作用，機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)面臨的關(guān)鍵問題之一。高速機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的慣性力平衡、振動(dòng)與噪聲、減振與隔振、疲勞強(qiáng)度計(jì)算等一系列問題，都是機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究的問題。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的基本理論已經(jīng)成為機(jī)械工程師必須具備的基本知識。正因?yàn)槿绱耍瑱C(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)課程已經(jīng)成為高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)本科生和研究生的必修課程。
根據(jù)機(jī)械工程專業(yè)研究生機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 的學(xué)時(shí)教學(xué)需要，筆者結(jié)合多年的教學(xué)和科研體會，編寫了本書。本書內(nèi)容主要由機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基本理論和專題應(yīng)用兩大部分組成。機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基本理論部分將機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械動(dòng)力學(xué)知識融為一體，按照機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的建立、數(shù)學(xué)模型的建立和求解為線索展開討論，并將機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)微分方程求解方法歸納為解析法、數(shù)值法和半解析半數(shù)值法進(jìn)行分類討論，突出動(dòng)力學(xué)方法的論述。專題應(yīng)用部分選擇軋鋼機(jī)動(dòng)力學(xué)、壓縮機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)以及內(nèi)燃機(jī)曲軸-軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)等若干問題闡述如何應(yīng)用動(dòng)力學(xué)基本理論與方法解決機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題。由于計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS在工程中得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為機(jī)械工程師必須掌握的工具，書中對ADAMS軟件及其應(yīng)用實(shí)例也作了介紹。本書附錄中還提供了典型的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題求解的MATLAB程序，以方便讀者學(xué)習(xí)。
由于編者水平有限，書中不足和疏漏之處在所難免，誠請讀者批評指正。

編者
2016年9月

第1章緒論 1
1.1 系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)及其分類 1
1.2 動(dòng)力載荷及其分類 4
1.3 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究內(nèi)容及任務(wù)和研究方法 5
1.3.1 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究內(nèi)容及任務(wù) 5
1.3.2 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究方法 7
第2章機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程的建立 9
2.1 機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征參數(shù) 9
2.1.1 自由度 9
2.1.2 動(dòng)力自由度的確定 10
2.1.3 基本動(dòng)力元件與特性 11
2.2 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的建立 13
2.3 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程的建立 14
2.3.1 涉及的基本定理 14
2.3.2 單自由度系統(tǒng) 15
2.3.3 單自由度多剛體系統(tǒng) 17
2.3.4 多自由度系統(tǒng) 19
2.3.5 連續(xù)系統(tǒng) 28
2.3.6 非線性系統(tǒng) 31
第3章機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程的求解 34
3.1 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程求解方法解析法 34
3.1.1 單自由度系統(tǒng)的振動(dòng) 34
3.1.2 多自由度系統(tǒng)的振動(dòng) 42
3.1.3 連續(xù)系統(tǒng) 53
3.1.4 非線性系統(tǒng) 56
3.2 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程求解方法數(shù)值法 60
3.2.1 歐拉法 60
3.2.2 Newmark法 62
3.2.3 RungeKutta法 63
3.3 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程求解方法解析數(shù)值法 64
3.3.1 等效力矩是等效構(gòu)件轉(zhuǎn)角的函數(shù) 65
3.3.2 等效力矩是等效構(gòu)件和角速度的函數(shù) 69
第4章固有頻率的實(shí)用計(jì)算方法 72
4.1 單自由度系統(tǒng) 72
4.2 多自由度系統(tǒng) 74
4.2.1 求特征值法 74
4.2.2 計(jì)算固有頻率的近似法 74
4.3 傳遞矩陣法 77
4.3.1 傳遞矩陣法分析軸的縱向振動(dòng) 77
4.3.2 傳遞矩陣法分析圓軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 81
第5章考慮構(gòu)件彈性的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 85
5.1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng) 85
5.1.1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程 85
5.1.2 輪齒變形的計(jì)算 88
5.1.3 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程求解 90
5.2 凸輪機(jī)構(gòu) 92
5.3 平面連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析 97
5.3.1 引言 97
5.3.2 單元?jiǎng)澐?97
5.3.3 單元運(yùn)動(dòng)方程 98
5.3.4 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程的組成 103
5.3.5 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程的求解 105
5.4 軸-滾動(dòng)軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 107
5.4.1 系統(tǒng)模型 107
5.4.2 系統(tǒng)建模和求解方法 110
5.4.3 剛性軸滾動(dòng)軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為 110
5.4.4 彈性軸滾動(dòng)軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為 112
5.4.5 結(jié)論 114
第6章動(dòng)力學(xué)專題Ⅰ:軋鋼機(jī)動(dòng)力學(xué) 115
6.1 動(dòng)力學(xué)模型的建立 115
6.2 動(dòng)力學(xué)方程的解 117
6.2.1 數(shù)值法和平均法 117
6.2.2 加權(quán)平均法 119
6.3 具有隨機(jī)系數(shù)的初軋機(jī)自激振動(dòng)問題 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法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的數(shù)值解法 122
第7章動(dòng)力學(xué)專題Ⅱ: ADAMS軟件簡介及應(yīng)用 126
7.1 ADAMS軟件簡介 126
7.1.1 用戶界面模塊(ADAMS/View) 127
7.1.2 求解器模塊(ADAMS/Solver) 128
7.1.3 后處理模塊(ADAMS/PostProcessor) 128
7.2 活塞式壓縮機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真 129
7.2.1 彈性曲軸-滾動(dòng)軸承系統(tǒng)ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真模型 130
7.2.2 求解理論基礎(chǔ) 130
7.2.3 求解與仿真結(jié)果分析 133
7.2.4 結(jié)論 135
7.3 內(nèi)燃機(jī)曲軸-軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與摩擦學(xué)耦合仿真 135
7.3.1 系統(tǒng)建模和求解理論基礎(chǔ) 135
7.3.2 曲軸動(dòng)力學(xué)行為 139
7.3.3 主軸承摩擦學(xué)特性 141
7.3.4 結(jié)論 144
附錄計(jì)算程序 145
參考文獻(xiàn) 166

第1章緒論 1 1.1 系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)及其分類 1 1.2 動(dòng)力載荷及其分類 4 1.3 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究內(nèi)容及任務(wù)和研究方法 5 1.3.1 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究內(nèi)容及任務(wù) 5 1.3.2 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究方法 7 第2章機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程的建立 9 2.1 機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特征參數(shù) 9 2.1.1 自由度 9 2.1.2 動(dòng)力自由度的確定 10 2.1.3 基本動(dòng)力元件與特性 11 2.2 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的建立 13 2.3 機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程的建立 14 2.3.1 涉及的基本定理 14 2.3.2 單自由度系統(tǒng) 15 2.3.3 單自由度多剛體系統(tǒng) 17 2.3.4 多自由度系統(tǒng) 19 2.3.5 連續(xù)系統(tǒng) 28 2.3.6 非線性系統(tǒng) 31 第3章機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程的求解 34 3.1 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程求解方法解析法 34 3.1.1 單自由度系統(tǒng)的振動(dòng) 34 3.1.2 多自由度系統(tǒng)的振動(dòng) 42 3.1.3 連續(xù)系統(tǒng) 53 3.1.4 非線性系統(tǒng) 56 3.2 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程求解方法數(shù)值法 60 3.2.1 歐拉法 60 3.2.2 Newmark法 62 3.2.3 RungeKutta法 63 3.3 機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程求解方法解析數(shù)值法 64 3.3.1 等效力矩是等效構(gòu)件轉(zhuǎn)角的函數(shù) 65 3.3.2 等效力矩是等效構(gòu)件和角速度的函數(shù) 69 第4章固有頻率的實(shí)用計(jì)算方法 72 4.1 單自由度系統(tǒng) 72 4.2 多自由度系統(tǒng) 74 4.2.1 求特征值法 74 4.2.2 計(jì)算固有頻率的近似法 74 4.3 傳遞矩陣法 77 4.3.1 傳遞矩陣法分析軸的縱向振動(dòng) 77 4.3.2 傳遞矩陣法分析圓軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 81 第5章考慮構(gòu)件彈性的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 85 5.1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng) 85 5.1.1 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程 85 5.1.2 輪齒變形的計(jì)算 88 5.1.3 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)微分方程求解 90 5.2 凸輪機(jī)構(gòu) 92 5.3 平面連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析 97 5.3.1 引言 97 5.3.2 單元?jiǎng)澐? 97 5.3.3 單元運(yùn)動(dòng)方程 98 5.3.4 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程的組成 103 5.3.5 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程的求解 105 5.4 軸-滾動(dòng)軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 107 5.4.1 系統(tǒng)模型 107 5.4.2 系統(tǒng)建模和求解方法 110 5.4.3 剛性軸滾動(dòng)軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為 110 5.4.4 彈性軸滾動(dòng)軸承系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為 112 5.4.5 結(jié)論 114 第6章動(dòng)力學(xué)專題Ⅰ:軋鋼機(jī)動(dòng)力學(xué) 115 6.1 動(dòng)力學(xué)模型的建立 115 6.2 動(dòng)力學(xué)方程的解 117 6.2.1 數(shù)值法和平均法 117 6.2.2 加權(quán)平均法 119 6.3 具有隨機(jī)系數(shù)的初軋機(jī)自激振動(dòng)問題 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法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的數(shù)值解法 122 第7章動(dòng)力學(xué)專題Ⅱ: ADAMS軟件簡介及應(yīng)用 126 7.1 ADAMS軟件簡介 126 7.1.1 用戶界面模塊(ADAMS/View) 127 7.1.2 求解器模塊(ADAMS/Solver) 128 7.1.3 后處理模塊(ADAMS/PostProcessor) 128 7.2 活塞式壓縮機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真 129 7.2.1 彈性曲軸-滾動(dòng)軸承系統(tǒng)ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真模型 130 7.2.2 求解理論基礎(chǔ) 130 7.2.3 求解與仿真結(jié)果分析 133 7.2.4 結(jié)論 135 7.3 內(nèi)燃機(jī)曲軸-軸承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與摩擦學(xué)耦合仿真 135 7.3.1 系統(tǒng)建模和求解理論基礎(chǔ) 135 7.3.2 曲軸動(dòng)力學(xué)行為 139 7.3.3 主軸承摩擦學(xué)特性 141 7.3.4 結(jié)論 144 附錄計(jì)算程序 145 參考文獻(xiàn) 166

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