機(jī)械動力學(xué)

前言

　　這本《機(jī)械動力學(xué)》是在作者多年來講授研究生課程所用講義的基礎(chǔ)上撰寫而成的。　　為適應(yīng)機(jī)械的高速化、輕量化、精密化和自動化，機(jī)械動力學(xué)在過去二三十年間得到了迅速的發(fā)展，不僅有大量的研究成果問世，而且早已成為發(fā)達(dá)國家機(jī)械工程專業(yè)本科生和研究生的重要課程。近十年來，我國許多大學(xué)也都將該課程列為機(jī)械工程類各專業(yè)研究生和本科生的重要選修課?！　≡跈C(jī)械動力學(xué)發(fā)展歷程中，先后形成且目前仍并存著四種分析方法，即靜力分析、動態(tài)靜力分析、動力分析和彈性動力分析。這些分析方法有著不同的基本假定，代表著不同時期所達(dá)到的分析水平。本書試圖對這些分析方法給予歷史的、系統(tǒng)的闡述?！　∵@四種分析方法和相應(yīng)的設(shè)計方法可以劃分為兩大部分：機(jī)械剛體動力學(xué)和機(jī)械彈性動力學(xué)。用這樣一種劃分可以清晰地把同類問題組織到一起，也便于引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識同類問題在基本假定、力學(xué)模型、求解方法等方面的共性。尤其在今天，機(jī)械彈性動力學(xué)迅速發(fā)展，這樣一種劃分可能有利于深化認(rèn)識，加速進(jìn)一步的研究。　　本書是基于上述對機(jī)械動力學(xué)體系的新認(rèn)識來組織內(nèi)容的。全書分為機(jī)械剛體動力學(xué)、機(jī)械振動學(xué)基礎(chǔ)和機(jī)械彈性動力學(xué)三篇。機(jī)械剛體動力學(xué)篇介紹動態(tài)靜力分析方法、動力分析方法和以這兩種分析方法為基礎(chǔ)的綜合方法。機(jī)械彈性動力學(xué)篇介紹各種機(jī)構(gòu)和機(jī)械系統(tǒng)的彈性動力分析方法和綜合方法。機(jī)械振動學(xué)基礎(chǔ)既作為學(xué)習(xí)機(jī)械彈性動力學(xué)的基礎(chǔ)知識，同時它也有著獨(dú)立的、重要的工程應(yīng)用價值?！　∵@本《機(jī)械動力學(xué)》主要用作機(jī)械學(xué)、機(jī)械制造等專業(yè)的研究生教材，也可供機(jī)械類專業(yè)的本科生和從事機(jī)械動力學(xué)教學(xué)、研究和設(shè)計的人員參考。　　本書內(nèi)容反映了作者多年來從事機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)械動力學(xué)研究中形成的獨(dú)特的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)，納入了作者和合作研究者以及研究生的一些研究成果（如博士研究生常宗渝、姚燕安分別撰寫了§5．3和§12．2）。此外，也納入了國內(nèi)外學(xué)者的一些研究成果。在此，向這些學(xué)者表示衷心的感謝?！　C(jī)械工程學(xué)會機(jī)構(gòu)學(xué)專業(yè)委員會副主任黃真教授認(rèn)真地審閱了全書，并提出了寶貴的意見，特表示衷心的感謝?！　∮捎趪鴥?nèi)外機(jī)械動力學(xué)領(lǐng)域的研究發(fā)展迅速，作者對近年發(fā)展之把握難免掛一漏萬，真誠地歡迎學(xué)術(shù)界朋友和廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《機(jī)械動力學(xué)》闡述機(jī)械動力學(xué)的理論和方法。全書除緒論外，包括三篇：機(jī)械剛體動力學(xué)、機(jī)械振動學(xué)基礎(chǔ)、機(jī)械彈性動力學(xué)?！稒C(jī)械動力學(xué)》可作為碩士研究生課程和高年級本科生選修課的教材，也可供高等工科院校的教師和從事機(jī)械設(shè)計和研究的技術(shù)人員參考。

書籍目錄

緒論§0．1　機(jī)械動力學(xué)的研究內(nèi)容§0．2　研究機(jī)械動力學(xué)的重要意義第一篇　機(jī)械剛體動力學(xué)第一章　機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析§1．1　平面連桿機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析§1．2　平面凸輪機(jī)構(gòu)的動態(tài)靜力分析第二章　平面機(jī)構(gòu)的平衡§2．1　概述§2．2　質(zhì)量代換§2．3　曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的擺動力部分平衡§2．4　平面連桿機(jī)構(gòu)的完全平衡§2．5　平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化綜合平衡第三章　單自由度機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)§3．1　概述§3．2　作用在機(jī)械上的力§3．3　等效力學(xué)模型§3．4　運(yùn)動方程式的求解方法§3．5　穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài)的動力學(xué)分析§3．6　周期性速度波動的調(diào)節(jié)第四章　多自由度機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)§4．1　概述§4．2　二自由度機(jī)械系統(tǒng)動力分析§4．3　二自由度機(jī)械手的動力學(xué)問題§4．4　機(jī)器人操作機(jī)的動力學(xué)問題簡介第五章　含間隙機(jī)構(gòu)的動力學(xué)問題§5．1　考慮運(yùn)動副間隙影響的連桿機(jī)構(gòu)動力學(xué)研究§5．2　凸輪機(jī)構(gòu)和間歇機(jī)構(gòu)中的橫越?jīng)_擊現(xiàn)象§5．3　含間隙機(jī)械系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀第二篇　機(jī)械振動學(xué)基礎(chǔ)第六章　單自由度系統(tǒng)的振動§6．1單自由度系統(tǒng)的自由振動§6．2單自由度系統(tǒng)的受迫振動第七章　多自由度系統(tǒng)的振動§7．1　多自由度系統(tǒng)振動方程的建立§7．2　多自由度系統(tǒng)的自由振動§7．3　用振型疊加法求系統(tǒng)對激勵的響應(yīng)§7．4　機(jī)械振動理論的進(jìn)一步介紹第三篇　機(jī)械彈性動力學(xué)第八章　機(jī)械彈性動力學(xué)基礎(chǔ)§8．1　概述§8．2　有限單元法簡介第九章　軸和軸系的振動§9．1　概述§9．2　軸的橫向振動臨界轉(zhuǎn)速計算§9．3　軸系的扭振固有頻率計算§9．4　轉(zhuǎn)子動力學(xué)概述第十章　凸輪機(jī)構(gòu)彈性動力學(xué)§10．1　概述§10．2　高速凸輪常用運(yùn)動規(guī)律§10．3　凸輪機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型§10．4　凸輪機(jī)構(gòu)的彈性動力分析§10．5　凸輪機(jī)構(gòu)的動力學(xué)設(shè)計第十一章　連桿機(jī)構(gòu)彈性動力學(xué)§11．1　概述§11．2　單元運(yùn)動微分方程的建立§11．3　系統(tǒng)運(yùn)動微分方程的形成§11．4　機(jī)構(gòu)的彈性動力分析§11．5　連桿機(jī)構(gòu)彈性動力響應(yīng)的抑制第十二章　機(jī)械系統(tǒng)彈性動力學(xué)§12．1　僅含定傳動比機(jī)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)的彈性動力分析§12．2從機(jī)械系統(tǒng)彈性動力學(xué)出發(fā)進(jìn)行凸輪廓線設(shè)計附錄附錄I　平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的子程序附錄Ⅱ　求解超越方程的二分法和線性插值法附錄Ⅲ　常微分方程的數(shù)值解法-龍格-庫塔法參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　由上一章的分析可知：高速機(jī)械和重型機(jī)械中，運(yùn)動構(gòu)件要產(chǎn)生較大的慣性力和慣性力矩；機(jī)構(gòu)傳給機(jī)座一個擺動力和一個擺動力矩。它們對機(jī)械的運(yùn)轉(zhuǎn)造成多方面的不利影響。要克服這些不利影響就要進(jìn)行機(jī)構(gòu)的平衡。機(jī)構(gòu)平衡問題，在本質(zhì)上是一種以動態(tài)靜力分析為基礎(chǔ)的動力學(xué)綜合，或動力學(xué)設(shè)計?！　∫弧C(jī)構(gòu)的平衡　　機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的慣性載荷會造成如下的危害：　　1）慣性力（力矩）的大小和方向是周期性變化的，因而通過構(gòu)件和運(yùn)動副傳到機(jī)座上的擺動力（力矩）的大小和方向也是周期性變化的。周期性變化的力和力矩會引起機(jī)構(gòu)在機(jī)座上的振動，使機(jī)械的精度和工作可靠性下降，并產(chǎn)生噪聲；引起共振時還會導(dǎo)致機(jī)械的損壞，甚至危及人身和廠房的安全。　　2）慣性力（力矩）的周期性變化加劇了作用于驅(qū)動構(gòu)件上的平衡力矩的波動，在傳動系統(tǒng)中產(chǎn)生沖擊載荷，或造成系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動。　　3）慣性載荷在構(gòu)件中引起附加的動應(yīng)力，影響構(gòu)件的強(qiáng)度；在運(yùn)動副中引起附加動反力，加劇磨損并降低機(jī)械的效率。　　因而，為了適應(yīng)機(jī)械高速化和精密化的發(fā)展趨勢，就必須減小慣性力的不良影響，必須研究機(jī)械的平衡問題。在機(jī)械原理課程中曾研究了繞固定軸線回轉(zhuǎn)的構(gòu)件的平衡，本章則研究機(jī)構(gòu)的平衡。在大多數(shù)機(jī)構(gòu)中，除驅(qū)動構(gòu)件等速回轉(zhuǎn)外，其余構(gòu)件均往復(fù)運(yùn)動或平面一般運(yùn)動，慣性載荷是普遍存在的。當(dāng)驅(qū)動構(gòu)件等速回轉(zhuǎn)時，各構(gòu)件的慣性力和慣性力矩均與驅(qū)動構(gòu)件轉(zhuǎn)速的平方成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時，慣性載荷的影響是很大的?！　∷^平衡，就是采用構(gòu)件質(zhì)量再分配等手段完全地或部分地消除慣性載荷。平衡，是在機(jī)構(gòu)的運(yùn)動設(shè)計完成之后進(jìn)行的一種動力學(xué)設(shè)計。雖然由于慣性載荷的作用會引起機(jī)械在機(jī)座上的振動，但是，在進(jìn)行平衡分析時，一般并不列出振動的微分方程。也就是說，并不進(jìn)行振動的頻率分析和響應(yīng)分析，而僅著眼于全部消除或部分消除引起振動的激振力?！　≡谄胶庠O(shè)計中進(jìn)行慣性力的分析時，均假定驅(qū)動構(gòu)件作某種理想運(yùn)動（如假定作等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動）。因而，用緒論中介紹過的四種不同水平的分析方法來衡量，平衡在本質(zhì)上是一種以動態(tài)靜力分析為基礎(chǔ)的動力學(xué)綜合?！　《⑵胶獾姆N類和方法　　針對上述的慣性載荷造成的三種危害，機(jī)構(gòu)的平衡也有三種：　　1）機(jī)構(gòu)在機(jī)座上的平衡：機(jī)構(gòu)在機(jī)座上的平衡是將各運(yùn)動構(gòu)件視為一個整體系統(tǒng)進(jìn)行的平衡，目標(biāo)是消除或部分消除擺動力和擺動力矩，從而減輕機(jī)構(gòu)整體在機(jī)座上的振動。

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