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第一章绪论1

1-1 引言1

1-2 机器和机构理论的概况2

1-3 机器和机构设计原则和步骤7

第二章机构的组成原理12

2-1 概述12

2-2机构的组成12

（一）运动副的分类12

（二）运动链与机构14

2-3机构的自由度16

（一）平面机构自由度16

（二）空间机构自由度18

2-4平面机构的分类方法25

（一）杆组的定义25

（二）杆组的分类26

2-5面机构的类型综合和演化27

（一）单自由度机构的类型综合28

（二）平面机构的演化32

2-6 空间机构的类型综合34

习题36

第三章机构运动几何学基础39

3-1概述39

（一）速度瞬心39

（二）瞬心线40

（三）哈特曼（Hartman）方法40

（四）动点轨迹与曲率圆相切的条件41

3-2欧拉－萨伐里（Euler-Savary）方程42

（一）拐点圆44

（二）瞬心线曲率44

（三）动点轨迹的曲率45

3-3 波比里尔（Bobilliθr）定理46

3-4曲率驻点曲线48

（一）曲率驻点曲线三次方程48

（二）曲率驻点曲线的特性50

（三）曲率驻点曲线的作图法51

（四）铰点曲线52

（五）鲍尔（Ball）点53

（六）布尔梅斯特尔（Bermester）点53

3-5瞬时不变量分析54

（一）坐标变换55

（二）瞬时不变量的计算57

（三）曲率驻点曲线三次方程58

（四）拐点圆58

（五）布雷塞（Bresse）圆59

（六）瞬时不变量运动分析59

（七）瞬时不变量的应用60

习题62

第四章瞬心面机构64

4-1 瞬心线的求法64

4-2 已有的机构可用瞬心线机构来代替65

4-3瞬心线机构的设计及其性质66

（一）瞬心线机构的基本关系式66

（二）瞬心线机构的设计67

（三）传动比函数的性质69

（四）封闭瞬心线70

（五）凸形瞬心线73

（六）主从动瞬心线具有相同形状的条件75

4-4 空间相对运动77

4-5 瞬时回转轴80

4-6 空间瞬轴面机构81

习题83

第五章共轭曲面机构85

5-1 平面共轭曲线85

5-2平面共轭曲线机构的图解法设计85

（一）包络线法86

（二）啮合线法86

（三）反转法87

5-3平面共轭曲线机构的解析法设计87

（一）微分几何的方法87

（二）齿廓法线法94

5-4空间共轭曲面机构的设计101

（一）微分几何的方法101

（二）接触线法106

习题111

第六章刚体导引机构113

6-1 概述113

6-2用复数按封闭形法综合平面刚体导引机构114

（一）圆点曲线和圆心曲线的概念114

（二）圆点曲线和圆心曲线的参数方程114

（三）平面刚体导引机构的综合115

6-3用位移矩阵综合平面刚体导引机构117

（一）平面位移矩阵117

（二）位移约束方程118

（三）平面三个位置综合120

（四）四个、五个位置综合122

（五）牛顿－莱夫森法解非线性方程组123

（六）五个以上位置的综合124

6-4按封闭形法综合平面刚体导引机构125

（一）线性叠加原理125

（二）用线性叠加原理的综合方法126

（三）用线性叠加原理和最小二乘逼近的综合方法128

6-5用位移矩阵综合空间刚体导引机构131

（一）空间有限位移及螺旋位移矩阵131

（二）空间旋转矩阵131

（三）空间位移矩阵133

（四）有限螺旋位移矩阵133

（五）由数值位移矩阵求螺旋运动参数134

（六）空间常用导引构件的综合136

（七）空间导引机构综合实例139

习题143

第七章实现函数机构144

7-1 概述144

7-2按封闭形法综合实现函数的平面机构145

（一）位移方程145

（二）最小二乘逼近的应用147

7-3用位移矩阵综合实现函数的平面机构148

（一）基本综合方法148

（二）平面相对位移矩阵149

（三）三个精确点的综合150

（四）四个精确点的综合152

7-4按封闭形法综合实现函数的空间机构153

（一）位移方程直接化成线性设计方程组的综合方法154

（二）用线性叠加原理的综合方法157

7-5 具有最佳结构偏差的实现函数的空间机构综合159

7-6用位移矩阵综合实现函数的空间机构161

（一）空间相对位移矩阵161

（二）RSSR实现函数机构的综合162

习题163

第八章实现轨迹机构165

8-1 概述165

8-2用位移矩阵综合实现轨迹的平面机构165

（一）铰链四杆机构165

（二）曲柄滑块机构168

8-3按封闭形法综合实现轨迹的平面机构170

（一）利用线性叠加原理的综合方法170

（二）利用线性叠加原理和最小二乘逼近的综合方法172

（三）直接按非线性方程组求解的综合方法175

8-4 用位移矩阵综合实现轨迹的空间机构176

8-5用相对位姿矩阵综合实现轨迹的空间机构178

（一）相对位姿矩阵及其矩阵方程178

（二）实现轨迹机构的综合182

习题188

第九章回转机械动力学190

9-1 概述190

9-2转轴的横向振动及其临界速度190

（一）单圆盘转轴的振动和临界速度190

（二）多圆盘转轴的振动和临界转速192

（三）多圆盘转轴临界速度的近似解法195

9-3考虑圆盘转动惯量时转轴的临界速度、回转效应199

（一）回转效应199

（二）圆盘转动惯量对单圆盘转轴临界速度的影响200

（三）考虑圆盘转动惯量时多圆盘转轴的临界速度201

9-4均布质量转轴的横向振动及其临界速度202

（一）均布质量转轴的横向振动202

（二）轴向力、转动惯量和剪切变形对转轴横向振动的影响205

（三）近似解法208

（四）传递矩阵法211

9-5回转构件的扭转振动和临界速度212

（一）力学模型的建立212

（二）带有两圆盘转轴的扭转振动213

（三）带有三个圆盘转轴的扭转振动216

（四）传递矩阵法218

9-6齿轮传动系统的振动222

（一）双轴单级齿轮传动系统222

（二）考虑齿轮转动惯量的单级齿轮传动系统223

（三）考虑齿轮转动惯量的多级串联齿轮传动系统223

9-7挠性转子的动平衡225

（一）挠性转子动平衡的特点225

（二）挠性转子的动平衡基本原理226

（三）挠性转子动平衡的基本方法228

习题232

第十章机构的平衡234

10-1 引言234

10-2 机构平衡的基本原理234

10-3质量代换237

（一）质量代换的条件237

（二）两质量代换238

（三）“转化质量”的静代换方法239

10-4平面连杆机构惯性力完全平衡243

（一）平面机构惯性力完全平衡的条件243

（二）铰链四杆机构的平衡243

（三）曲柄滑块机构的平衡245

（四）导杆机构的平衡247

（五）平面连杆机构惯性力完全平衡计算举例248

（六）多杆机构惯性力的平衡250

（七）利用机构的对称布置得到完全平衡252

10-5平面四杆机构惯性力矩的平衡253

（一）平面四杆机构的动量矩253

（二）惯性力平衡后的铰链四杆机构的动量矩254

（三）惯性力平衡后的铰链四杆机构的震动力矩255

（四）铰链四杆机构惯性力矩的平衡256

（五）对输入扭矩和支承反力矩的影响257

10-6曲柄滑块机构的部分平衡258

（一）曲柄滑块机构的运动分析258

（二）在曲柄上加回转质量的平衡方法259

（三）采用齿轮平衡机构的平衡方法260

（四）采用几套相似机构的平衡方法261

10-7多缸发动机惯性力系的平衡262

（一）单缸发动机的震动力和震动力矩262

（二）单列式多缸内燃机惯性力系的平衡262

（三）V形布置的内燃机的惯性力系的平衡265

习题267

第十一章凸轮机构动力学269

11-1概述269

（一）推杆运动规律的概述269

（二）凸轮机构的静态设计和动态设计273

（三）推杆运动规律对凸轮机构振动的影响273

（四）凸轮机构动力学的基本内容和研究方法275

11-2 凸轮机构振动的原因及其减小途径275

11-3凸轮机构的力分析277

（一）弹簧力及最小弹簧预紧力277

（二）凸轮廓线形状对弹簧力和接触力的影响278

（三）作用在凸轮上的扭矩279

11-4动力多项式凸轮机构280

（一）基本原理280

（二）采用3-4-5多项式的动力多项式凸轮设计282

11-5凸轮机构动力模型建立的基本原理283

（一）引言283

（二）实际凸轮机构简化的原则284

（三）质量和刚度的等效285

（四）动力学模型的运动和动力特性参数的转化286

（五）凸轮机构动力学模型建立的举例291

11-6推杆动力响应及其常用确定方法294

（一）解析法求推杆的真实运动295

（二）用数值法求推杆的真实运动297

（三）用谐量分析法求推杆的真实运动301

11-7凸轮机构动力学其他几个问题302

（一）实际凸轮机构中影响推杆动力响应的一些因素302

（二）换向接触冲击303

（三）腾跳现象303

（四）凸轮的平衡304

（五）推杆弹簧颤动304

（六）高速凸轮机构设计要点305

习题305

第十二章机械系统的动力学308

12-1概述308

（一）机械系统动力学主要的研究内容308

（二）机械系统动力学的基本分析方法308

（三）作用在机械上的力308

（四）原动机及工作机的机械特性309

（五）机械特性的解析表示法310

12-2机械系统的运动方程式311

（一）力的转化311

（二）质量的转化313

（三）转化构件的运动方程式313

12-3单自由度机械系统的动力学314

（一）等效力和等效质量与位移有关时转化构件的动力学314

（二）当力为速度和时间的函数时转化构件的动力学316

（三）当力为角速度和角位移的函数时转化构件的动力学320

（四）当力为角速度和角位移的函数时转化构件稳定运动状态的动力学计算323

12-4飞轮计算问题324

（一）活塞式发动机机组的飞轮计算324

（二）冲击作用机械的飞轮计算325

12-5非周期性速度波动的调节328

（一）机械的自调性329

（二）调速器的工作原理329

（三）调速器的性能331

习题333

第十三章机构优化设计335

13-1 概述335

13-2基本概念和术语335

（一）设计变量335

（二）目标函数336

（三）设计约束337

（四）优化设计的数学模型337

（五）最优化问题的几何描述338

13-3一维搜索的最优化方法339

（一）确定搜索区间的进退法340

（二）0.618法342

（三）二次插值法344

13-4无约束最优化方法348

（一）牛顿法348

（二）变尺度法350

（三）鲍威尔法354

（四）可变多面体搜索法358

13-5约束最优化方法361

（一）可变容差法361

（二）惩罚函数法366

13-6机构优化设计实例369

（一）实现函数的平面铰链四杆机构的优化设计369

（二）实现轨迹兼作刚体导引用平面铰链四杆机构的优化设计371

（三）六杆压力机构的优化设计374

（四）RSSR空间机构的优化设计378

习题381

附录382

主要参考文献425