機械系統動力學

第1章 緒論

1.1 機械系統中常見的動力學問題

1.2 解決機械動力學問題的一般過程

1.3 機械系統的動力學模型

1.3.1 剛性構件

1.3.2 彈性元件

1.3.3 阻尼

1.3.4 流體潤滑動壓軸承

1.3.5 機械系統的力學模型

1.4 建立機械系統的動力學方程的原理與方法

1.4.1 牛頓第二定律

1.4.2 達朗貝爾原理

1.4.3 拉格朗日方程

1.4.4 凱恩方程

1.4.5 影響係數法

1.4.6 傳遞矩陣法

1.5 動力學方程的求解方法

1.5.1 歐拉法

1.5.2 龍格？庫塔法

1.5.3 微分方程組與高階微分方程的解法

1.5.4 矩陣形式的動力學方程

1.6 機械動力學實驗與模擬研究

第2章 剛性機械系統動力學

2.1 概述

2.2 單自由度機械系統的動力學模型

2.2.1 系統的動能

2.2.2 廣義力矩的計算

2.2.3 動力學方程

2.3 不同情況下單自由度系統的動力學方程及其求解方法

2.3.1 等效轉動慣量和廣義力矩均為常數

2.3.2 等效轉動慣量為常數，廣義力矩是機構位置的函數

2.3.3 等效轉動慣量為常數，廣義力矩為速度的函數

2.3.4 等效轉動慣量是位移的函數，等效力矩是位移和速度的函數

2.3.5 等效轉動慣量是位移的函數

2.4 基於拉格朗日方程的多自由度機械系統建模方法

2.4.1 系統的描述方法

2.4.2 兩自由度五桿機構動力學方程

2.4.3 差動輪系的動力學方程

2.4.4 開鏈機構的動力學方程

2.5 具有力約束的兩自由度系統的動力學方程

2.6 凱恩方法及其應用

第3章 剛性平面機構慣性力的平衡

3.1 機械系統中構件的質量替代

3.1.1 兩點靜替代

3.1.2 兩點動替代

3.1.3 廣義質量靜替代

3.2 機構平衡的基本條件與平衡方法

3.2.1 機構總質心的位置

3.2.2 機構的慣性力和慣性力矩在坐標軸上的分量

3.2.3 平面機構慣性力和慣性力矩的平衡條件

3.2.4 平面機構的慣性力的平衡方法

3.3 機構慣性力平衡的質量替代法

3.3.1 含轉動副的機構慣性力平衡

3.3.2 含移動副的廣義質量替代法

3.4 機構慣性力平衡的線性獨立向量法

3.4.1 平衡條件的建立與平衡量的確定

3.4.2 用加重方法完全平衡慣性力需滿足的條件

3.4.3 使慣性力完全平衡應加的最少平衡量數

3.5 機構慣性力的部分平衡法

3.5.1 用迴轉質量部分平衡機構的慣性力與最佳平衡量

3.5.2 用平衡機構部分平衡慣性力

3.6 在機構運動平面內的慣性力矩的平衡

3.6.1 機構慣性力矩的表達式

3.6.2 任意四桿機構的慣性力矩

3.6.3 慣性力平衡的四桿機構的慣性力矩

3.6.4 慣性力矩平衡條件

3.6.5 用平衡機構平衡慣性力矩

第4章 含彈性構件的機械系統動力學分析與設計

4.1 概述

4.2 考慮軸扭轉變形時傳動系統動力學分析

4.2.1 串聯傳動系統的等效力學模型

4.2.2 串聯齒輪傳動系統的動力學方程

4.2.3 用振型分析法研究無外力作用時系統的自由振動

4.2.4 有外力作用時的振動分析

4.2.5 傳遞矩陣法在傳動系統扭轉彈性動力學分析中的應用

4.3 含彈性構件的平面連桿機構的有限元分析法

4.3.1 單元坐標和系統坐標

4.3.2 系統力和單元力

4.3.3 單元位移函數

4.3.4 單元動力學方程

4.4 含彈性從動件的凸輪機構

4.5 含多種彈性構件機構的機械系統

4.6 考慮構件彈性的機構設計

4.6.1 特定運動規律下的凸輪機構設計

4.6.2 高速凸輪運動規律設計

4.6.3 高速平面連桿機構設計

第5章 撓性轉子的系統振動與平衡

5.1 轉子在不平衡力作用下的振動

5.1.1 剛性轉子在彈性支承上的振動

5.1.2 撓性轉子在剛性支承上的振動

5.1.3 撓性轉子在彈性支承上的振動

5.2 單圓盤撓性轉子的振動

5.2.1 轉子的自由振動

5.2.2 轉子有不平衡時的不平衡響應

5.2.3 圓盤運動的動坐標表示法

5.3 多圓盤撓性轉子的振動

5.3.1 多圓盤轉子的動力學方程

5.3.2 多圓盤轉子的臨界速度和振型

5.3.3 多圓盤轉子的不平衡響應

5.4 具有連續質量的撓性轉子振動

5.4.1 自由振動的自然頻率和振型函數

5.4.2 不平衡響應分析

5.5 複雜轉子系統動力學分析

5.5.1 複雜轉子系統的力學模型

5.5.2 傳遞矩陣

5.5.3 狀態向量間的傳遞關係

5.5.4 自然頻率和振型的求解

5.5.5 系統的強迫振動

5.5.6 不平衡響應計算

5.5.7 系統阻尼影響

5.6 撓性轉子平衡原理

5.7 撓性轉子平衡方法

5.7.1 振型平衡法

5.7.2 影響係數法

5.7.3 平衡量的優化

第6章 含間隙運動副的機械系統動力學

6.1 採用連續接觸間隙副模型的機械運動精度分析——小位移法

6.1.1 轉動副和移動副中的間隙

6.1.2 用小位移法確定機構位置的誤差

6.2 採用連續接觸間隙副模型的機械動力學分析

6.2.1 機構運動分析

6.2.2 動力學方程

6.2.3 方程的求解

6.2.4 鉸銷力及輸出角誤差

6.3 採用兩狀態間隙移動副模型的機械動力學分析

6.3.1 兩狀態間隙移動副的力學模型

6.3.2 動力學方程

6.3.3 方程的求解

6.4 採用兩狀態間隙轉動副模型的機械動力學分析

6.4.1 間隙轉動副模型的建立

6.4.2 動力學方程

6.4.3 方程的求解

6.4.4 計算步驟

6.5 間隙對機械動力學性能的影響

6.5.1 兩狀態間隙模型

6.5.2 動力學方程

6.5.3 方程求解結果與實驗結果

第7章 含變質量構件的機械系統

7.1 變質量質點運動的基本方程

7.2 變質量構件的動力學方程

7.2.1 變質量剛體的動力學方程

7.2.2 由相對運動產生的變質量構件的動力學方程

7.3 能量形式的變質量構件的動力學方程

7.3.1 以能量形式表示的動力學方程

7.3.2 動能的計算

7.4 含變質量構件的單自由度系統的動力學分析

7.4.1 含變質量構件機械系統分析

7.4.2 等效力與等效轉動慣量

7.4.3 能量形式的動力學方程

第8章 機械系統動力學數值模擬演演算法基礎

8.1 概述

8.2 數值積分方法

8.3 常微分方程的數值解法

8.4 齊次方程與非齊次方程的解

8.5 矩陣迭代法

8.6 演演算法程序

第9章 機械系統動力學模擬軟體與實例

9.1 ADAMS動力學建模與模擬

9.1.1 軟體簡介

9.1.2 動力學問題的求解方法與坐標系

9.1.3 ADAMS的建模與求解過程

9.1.4 ADAMS模擬分析模塊

9.2 Pro/E動態模擬與工程分析

9.2.1 集成運動模塊

9.2.2 機構運動與有限元法分析

9.3 機械系統模擬分析實例

9.3.1 具有冗餘自由度機械臂的構型優化

9.3.2 粗糙表面磨削機械臂的動力學模擬

《機械系統動力學》內容是集20多年的課程教學經驗，在唐錫寬和金德聞1984年編寫的《機械動力學》一書的基礎上進行體系變更、內容更新、擴充和改寫后編著而成的。全書共9章：第1章緒論，介紹了機械系統中常見的動力學問題、機械動力學問題的類型和解決問題的一般過程，是學習後面內容的基礎；第2、3章講述剛性機械系統的動力學分析與設計，包括機構慣性力平衡的原理與方法；第4章和第5章是含彈性構件的機械系統的動力學，後者內容為含柔性轉子機械的平衡原理與方法；第6章是含間隙副機械的動力學；第7章是含變質量機械系統動力學；第8、9章介紹機械動力學數值模擬數學基礎與相關軟體，並給出了模擬實例。書後附有103道練習題。《機械系統動力學》可作為高等院校機械工程專業本科和研究生教材，也可作為從事機械工程研究和設計的技術人員的參考書籍。

楊義勇，中國地質大學（北京）副教授，研究生導師。師從清華大學金德聞教授並於2004年獲博士學位，長期從事機械系統動力學、機械設計、數控技術方面的工程研究和教學工作。主要研究領域：機械系統動力學，康復工程和生物機械學。主編或翻譯出版教材（專著）3部，發表學術論文70多篇。