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出版者:机械工业出版社

作者:赵关康

出品人:

页数:288

译者:

出版时间:2004-3

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787111047001

丛书系列:

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• 工程力学
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机械原理与动力学基础：现代工程设计的基石 本书旨在为工程技术人员和高等院校工科学生提供一套全面、深入且注重实践的机械原理与动力学知识体系。在当今快速迭代的工业4.0时代，对机械系统进行精确设计、可靠运行和高效控制的需求达到了前所未有的高度。本书紧密结合现代工程实践，系统梳理了从基础运动学分析到复杂机构动力学仿真解决的全过程，是理解和掌握现代机械设计精髓的必备参考书。 --- 第一部分：机械系统静力学与运动学基础（奠定分析之基） 本部分侧重于建立对机械系统几何约束和受力分析的精确数学模型。我们将跳出传统仅关注刚体平衡的范畴，引入柔性体静力学的概念，探讨在实际工程中，构件变形对整体结构性能产生的影响。 第一章：空间机构的几何表示与运动分析 旋转与变换的数学工具： 详细介绍齐次变换矩阵、四元数在描述复杂三维空间运动中的优势。重点剖析如何利用这些工具精确追踪多自由度机构末端执行器的空间位置与姿态。 速度与加速度的微分几何描述： 不仅限于瞬心法，而是深入探讨利用瞬时螺旋轴理论（Screw Theory）对复杂高速机构（如并联机构）进行速度和加速度的闭环分析，为后续的动力学计算提供精确的输入。 约束的分类与冗余约束处理： 系统梳理了各种常见的运动副（转动副、移动副、混合副）及其对应的约束方程。对于超静定或欠约束系统，提供了一套基于Kutzbach准则扩展的判据，用于判断机构的运动可行性和设计缺陷。 第二章：机构的静力学分析与载荷分布 反力与内力的精确计算： 采用虚功原理和拉格朗日方程的静力学形式，推导复杂多回路机构在外部载荷作用下的平衡方程。特别关注伺服驱动系统中的摩擦力的建模与补偿，引入库仑摩擦和黏滞阻尼的复合模型。 柔性机构的静力平衡： 引入欧拉-伯努利梁理论和Timoshenko梁理论的初步概念，分析在静载荷下，构件的弹性变形如何重新分配各连接处的反力，这对于高精度装配过程的载荷预测至关重要。 传递效率与功耗分析： 针对传动链中的齿轮系、蜗轮蜗杆、带传动等，量化分析由于啮合误差和润滑条件导致的能量损失，为优化传动结构和选择驱动源提供数据支持。 --- 第二部分：机构动力学与振动控制（实现精准控制） 本部分是全书的核心，聚焦于理解机械系统在运动状态下的力学行为，这是实现高动态性能控制的前提。 第三章：拉格朗日动力学方法与多体系统方程的建立 通用动力学方程的推导： 详细讲解如何利用拉格朗日方程结合约束力的处理，推导出描述复杂机械系统运动的二阶常微分方程组。重点在于动能和势能的精确构建，特别是对于包含惯性力矩和科里奥利力的系统。 坐标选择与简化： 针对不同类型的系统（如转子系统、往复运动机构），介绍如何选取最简化的广义坐标，以减少方程的数量，提高求解效率。讨论了Haack-Hansen法在简化复杂机构动力学建模中的应用。 准静态分析与模型降阶： 在系统动力学方程推导完成后，引入模态分析的思想，对高阶动力学模型进行降阶处理，提取系统的主要振动模式和固有频率，为后续的控制器设计（如PID参数整定）提供精确的系统模型。 第四章：齿轮传动动力学与啮合稳定性 齿轮副的非线性动力学建模： 传统的齿轮动力学模型往往是线性的，本书引入赫兹接触理论和齿面接触刚度变化的非线性模型。重点分析在高速重载工况下，齿轮的动态啮合冲击、振动耦合及噪声的产生机理。 齿轮箱的耦合振动分析： 将齿轮副与轴承、箱体结构进行耦合，建立多自由度有限元模型与集中参数模型相结合的混合动力学模型，用于预测齿轮箱的动态响应和疲劳寿命。 主动误差补偿技术： 基于动力学模型，探讨如何设计主动啮合补偿器，通过微小调节齿轮的轴向或径向间隙，以抑制啮合振动，提高传动精度。 第五章：旋转机械的动力学——转子动力学进阶 不平衡力和不对称性的影响： 深入分析高速旋转机械中，转子不平衡力、轴的偏心以及轴承刚度的各向异性如何激发临界转速和振动失稳。 油膜轴承的非线性建模： 对流体动力润滑轴承的特性进行详细描述，利用油膜力模型（如油楔效应、阻尼系数）集成到整体转子动力学方程中，预测转子在工作点附近的油涡和油失稳现象。 主动磁悬浮轴承（AMB）的控制应用： 结合现代控制理论，介绍如何利用AMB技术，通过实时反馈控制，将转子工作点避开危险的临界转速区域，实现超高速和超精密运行。 --- 第三部分：工程应用与现代仿真技术（连接理论与实践） 本部分强调理论知识在实际工程设计和优化中的落地应用，涵盖了现代工程分析的必备技能。 第六章：多体动力学仿真（MBD）的实践指导 通用软件的工作原理： 剖析主流多体动力学仿真软件（如ADAMS, RecurDyn）背后的求解算法，包括HHT法、广义极坐标法等，帮助读者理解仿真结果的可靠性边界。 模型构建的策略与陷阱： 详细讲解如何将CAD模型转化为有效的MBD模型，包括关节的精确定义、接触力的合理选择（如罚函数法与约束力的比较）以及仿真步长的优化。 结果后处理与设计迭代： 重点指导如何从大量的仿真数据中提取关键性能指标（如最大加速度、冲击载荷、振动位移谱），并将其反馈至初始的机构设计中，实现敏捷设计优化。 第七章：机械系统的耐久性、可靠性与故障诊断 疲劳寿命的动态预测： 将动力学分析得到的时变载荷（应力）与Miner准则和S-N曲线相结合，对机构关键部位进行动态疲劳损伤累积评估。 随机振动与冲击响应： 针对产品在运输、炮击或极端工况下的工作环境，引入功率谱密度（PSD）概念，分析系统在随机激励下的稳态和瞬态响应。 基于状态监测（CBM）的故障预警： 从动力学角度解读振动信号的变化。详细分析转子不对中、轴承剥落、齿轮裂纹等典型故障在频谱和时域波形上的特征体现，指导工程师利用振动监测技术实现预测性维护。 --- 本书的特色在于其深度与广度的完美结合。它不仅严谨地阐述了机械运动和力的基本规律，更着重于将这些原理转化为解决当代复杂工程挑战的有效工具。读者在掌握这些核心知识后，将能够独立进行精密机械、机器人、航空航天装备等领域中的系统分析、性能预测和故障排除，真正成为驾驭复杂机械系统的技术专家。

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这本书给我的感觉，是极其“务实”和“耐用”的。它不是那种只关注理论前沿、脱离实际的“象牙塔”著作。相反，它似乎是深深扎根于真实的工程现场。在讲解材料的动态响应和疲劳问题时，它没有仅仅停留在理论计算上，而是非常详细地讨论了实际制造过程中可能出现的缺陷是如何影响最终结构的可靠性的。这种对“不完美”的讨论，是很多纯理论教材所缺乏的。我发现，很多我之前在做设计项目时遇到的“经验之谈”或“行业老规矩”，在这本书里找到了坚实的理论支撑。它教你的不仅仅是如何解题，更重要的是如何以一个工程师的严谨态度去看待每一个参数背后的实际意义。读完之后，我感觉自己手中的计算器不再只是一个工具，而是一个可以用来验证和优化真实世界设计的伙伴。这本书的价值，在于它构建起了一座坚实的桥梁，连接了书本知识与工程实践。

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老实说，我拿到这本书的时候，其实是抱着一种“凑合着用”的心态，毕竟市面上的力学教材大多都是那种让人昏昏欲睡的风格。但这本书的排版和图示设计，倒是让我眼前一亮。它没有采用那种密密麻麻的文字轰炸，而是大量运用了清晰、精美的工程图样和受力分析图。这些图画得极好，线条流畅，标注清晰，很多时候，我看图比看文字理解得更快。我特别欣赏它在引入新概念时，总会先给出一个简化的模型，让你先建立起宏观的认识，然后再逐步深入到数学推导的细节。这种“先知其然，后知其所以然”的教学顺序，极大地降低了初学者的恐惧感。而且，书中穿插的一些历史小知识，比如某些理论是如何在工程实践中被验证和修正的，这些小花絮让原本枯燥的理论学习过程变得丰富有趣，也让我对工程科学的发展脉络有了更深层次的敬意。这本书的用心，从每一个细节都能看出来。

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对于我这样一个在校大学生来说，选择一本好的入门教材至关重要，它决定了后续学习的深度和兴趣。这本书在这方面做得非常出色，它巧妙地平衡了理论的深度和学习的广度。它的数学处理非常规范，但绝不卖弄复杂的数学技巧，所有的推导都是为了更好地服务于力学原理的阐述。最让我感到惊喜的是，它对“假设”的强调。作者反复提醒读者，每一次简化和假设的背后，都意味着模型的适用范围，这一点在工程分析中是致命的关键。很多时候，判断一个解是否有效，关键就在于审视我们做了哪些假设。这本书就像一个严厉但公正的导师，时刻提醒我，工程计算不是绝对真理，而是在一定约束条件下的最优估计。这种批判性思维的培养，比单纯学会几套公式重要得多，它让我学会了如何在信息不完全的情况下做出可靠的判断。

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这本教材在章节的逻辑组织上，简直是教科书级别的典范。它不是按照知识点的堆砌来划分，而是遵循了构建一个稳定结构所需的思维递进过程。从最基础的受力分析开始，逐步引入内力概念，然后过渡到材料性质，最后才探讨整体的稳定性问题。这种层层递进的结构，使得知识点之间的关联性非常强，读起来完全没有割裂感。我特别喜欢它在每一章末尾提供的“回顾与展望”，那部分总结得极为精炼，能帮助我在庞大的知识体系中快速定位和回顾核心要点。而且，书中习题的设计也很有梯度，从基础概念的巩固，到复杂问题的综合应用，难度提升自然流畅，完全不会让人感到突兀的难度跳跃。总而言之，这是一本可以伴随我从入门到深入理解力学本质的宝贵资料，它的系统性思维的构建能力，远超我之前接触过的任何同类书籍。

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这本书，我得说，简直是翻开了我学习物理世界运转规律的一扇新窗户。它不是那种故作高深的理论堆砌，而是真正地把那些抽象的力学概念，通过非常贴近实际生活的例子，一下子变得有血有肉起来。我记得我过去对“应力”和“应变”的理解总是停留在公式的层面，感觉像是背诵咒语。但读了这本书后，我开始能想象出材料在受力时内部是如何“挣扎”的，每一个公式背后都有一个清晰的物理图像。作者的讲解风格非常平实，没有那种高高在上的精英范儿，更像是经验丰富的老工程师在跟你手把手地演示。尤其是在处理那些复杂的静力平衡问题时，他提供的解题思路简直是醍醐灌顶，一下子把原本纠缠不清的线条理顺了。而且，书中对各种经典结构的分析，比如桁架、拱桥这些，都给出了非常直观的分析过程，让人感觉学习过程不是在攻克难题，而是在进行一场精彩的思维探险。看完后，我对结构稳定性的理解提升了一个档次，不再是死记硬背的知识点，而是一种可以直觉感受到的能力。

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