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第1章　绪论1

1.1　机械系统中常见的动力学问题1

1.2　解决机械动力学问题的一般过程2

1.3　机械系统的动力学模型3

1.3.1 刚性构件3

1.3.2　弹性元件4

1.3.3　阻尼5

1.3.4　流体润滑动压轴承5

1.3.5　机械系统的力学模型6

1.4　建立机械系统的动力学方程的原理与方法7

1.4.1　牛顿第二定律7

1.4.2　达朗贝尔原理8

1.4.3　拉格朗日方程8

1.4.4　凯恩方程8

1.4.5　影响系数法9

1.4.6　传递矩阵法10

1.5　动力学方程的求解方法10

1.5.1 欧拉法10

1.5.2　龙格-库塔法11

1.5.3　微分方程组与高阶微分方程的解法12

1.5.4　矩阵形式的动力学方程12

1.6　机械动力学实验与仿真研究13

第2章　刚性机械系统动力学15

2.1 概述15

2.2　单自由度机械系统的动力学模型15

2.2.1　系统的动能16

2.2.2　广义力矩的计算17

2.2.3　动力学方程17

2.3　不同情况下单自由度系统的动力学方程及其求解方法18

2.3.1　等效转动惯量和广义力矩均为常数18

2.3.2　等效转动惯量为常数，广义力矩是机构位置的函数19

2.3.3　等效转动惯量为常数，广义力矩为速度的函数20

2.3.4　等效转动惯量是位移的函数，等效力矩是位移和速度的函数22

2.3.5　等效转动惯量是位移的函数26

2.4 基于拉格朗日方程的多自由度机械系统建模方法27

2.4.1　系统的描述方法27

2.4.2　两自由度五杆机构动力学方程29

2.4.3　差动轮系的动力学方程35

2.4.4　开链机构的动力学方程39

2.5　具有力约束的两自由度系统的动力学方程40

2.6　凯恩方法及其应用43

第3章　刚性平面机构惯性力的平衡46

3.1　机械系统中构件的质量替代46

3.1.1　两点静替代46

3.1.2　两点动替代47

3.1.3　广义质量静替代47

3.2　机构平衡的基本条件与平衡方法49

3.2.1　机构总质心的位置49

3.2.2　机构的惯性力和惯性力矩在坐标轴上的分量49

3.2.3　平面机构惯性力和惯性力矩的平衡条件50

3.2.4　平面机构的惯性力的平衡方法50

3.3　机构惯性力平衡的质量替代法51

3.3.1　含转动副的机构惯性力平衡51

3.3.2　含移动副的广义质量替代法52

3.4　机构惯性力平衡的线性独立向量法55

3.4.1　平衡条件的建立与平衡量的确定55

3.4.2　用加重方法完全平衡惯性力需满足的条件59

3.4.3　使惯性力完全平衡应加的最少平衡量数62

3.5　机构惯性力的部分平衡法63

3.5.1　用回转质量部分平衡机构的惯性力与最佳平衡量63

3.5.2　用平衡机构部分平衡惯性力67

3.6　在机构运动平面内的惯性力矩的平衡70

3.6.1　机构惯性力矩的表达式70

3.6.2　任意四杆机构的惯性力矩71

3.6.3　惯性力平衡的四杆机构的惯性力矩72

3.6.4　惯性力矩平衡条件75

3.6.5　用平衡机构平衡惯性力矩76

第4章　含弹性构件的机械系统动力学分析与设计79

4.1 概述79

4.2　考虑轴扭转变形时传动系统动力学分析80

4.2.1 串联传动系统的等效力学模型81

4.2.2 串联齿轮传动系统的动力学方程86

4.2.3　用振型分析法研究无外力作用时系统的自由振动86

4.2.4　有外力作用时的振动分析92

4.2.5 传递矩阵法在传动系统扭转弹性动力学分析中的应用93

4.3 含弹性构件的平面连杆机构的有限元分析法102

4.3.1　单元坐标和系统坐标103

4.3.2　系统力和单元力106

4.3.3　单元位移函数108

4.3.4　单元动力学方程110

4.4　含弹性从动件的凸轮机构120

4.5 含多种弹性构件机构的机械系统124

4.6　考虑构件弹性的机构设计127

4.6.1　特定运动规律下的凸轮机构设计128

4.6.2　高速凸轮运动规律设计129

4.6.3　高速平面连杆机构设计129

第5章　挠性转子的系统振动与平衡134

5.1　转子在不平衡力作用下的振动134

5.1.1 刚性转子在弹性支承上的振动134

5.1.2　挠性转子在刚性支承上的振动135

5.1.3　挠性转子在弹性支承上的振动136

5.2　单圆盘挠性转子的振动138

5.2.1　转子的自由振动138

5.2.2　转子有不平衡时的不平衡响应139

5.2.3　圆盘运动的动坐标表示法141

5.3　多圆盘挠性转子的振动142

5.3.1 多圆盘转子的动力学方程142

5.3.2 多圆盘转子的临界速度和振型143

5.3.3　多圆盘转子的不平衡响应145

5.4　具有连续质量的挠性转子振动146

5.4.1 自由振动的自然频率和振型函数146

5.4.2　不平衡响应分析148

5.5　复杂转子系统动力学分析151

5.5.1　复杂转子系统的力学模型152

5.5.2　传递矩阵153

5.5.3　状态向量间的传递关系155

5.5.4 自然频率和振型的求解155

5.5.5　系统的强迫振动157

5.5.6　不平衡响应计算157

5.5.7　系统阻尼影响158

5.6　挠性转子平衡原理158

5.7　挠性转子平衡方法161

5.7.1　振型平衡法161

5.7.2　影响系数法163

5.7.3　平衡量的优化166

第6章　含间隙运动副的机械系统动力学169

6.1 采用连续接触间隙副模型的机械运动精度分析——小位移法169

6.1.1　转动副和移动副中的间隙169

6.1.2　用小位移法确定机构位置的误差170

6.2　采用连续接触间隙副模型的机械动力学分析173

6.2.1　机构运动分析175

6.2.2　动力学方程182

6.2.3　方程的求解184

6.2.4　铰销力及输出角误差185

6.3　采用两状态间隙移动副模型的机械动力学分析189

6.3.1　两状态间隙移动副的力学模型189

6.3.2　动力学方程191

6.3.3　方程的求解192

6.4　采用两状态间隙转动副模型的机械动力学分析200

6.4.1　间隙转动副模型的建立200

6.4.2　动力学方程203

6.4.3　方程的求解204

6.4.4　计算步骤206

6.5　间隙对机械动力学性能的影响211

6.5.1　两状态间隙模型213

6.5.2　动力学方程214

6.5.3　方程求解结果与实验结果217

第7章　含变质量构件的机械系统221

7.1　变质量质点运动的基本方程221

7.2　变质量构件的动力学方程223

7.2.1　变质量刚体的动力学方程223

7.2.2 由相对运动产生的变质量构件的动力学方程225

7.3　能量形式的变质量构件的动力学方程231

7.3.1 以能量形式表示的动力学方程231

7.3.2　动能的计算232

7.4　含变质量构件的单自由度系统的动力学分析234

7.4.1　含变质量构件机械系统分析234

7.4.2　等效力与等效转动惯量235

7.4.3　能量形式的动力学方程239

第8章　机械系统动力学数值仿真算法基础242

8.1 概述242

8.2　数值积分方法243

8.3　常微分方程的数值解法246

8.4　齐次方程与非齐次方程的解251

8.5　矩阵迭代法262

8.6　算法程序266

第9章　机械系统动力学仿真软件与实例270

9.1 ADAMS动力学建模与仿真270

9.1.1 软件简介270

9.1.2　动力学问题的求解方法与坐标系270

9.1.3 ADAMS的建模与求解过程274

9.1.4　ADAMS仿真分析模块276

9.2　Pro/E动态仿真与工程分析290

9.2.1　集成运动模块291

9.2.2　机构运动与有限元法分析292

9.3　机械系统仿真分析实例295

9.3.1　具有冗余自由度机械臂的构型优化295

9.3.2　粗糙表面磨削机械臂的动力学仿真299

参考文献304

练习题306