KINEMATICS AND DYNAMICS OF MACHINERY pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:不明供货商

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页数:900

译者:

出版时间:2003-2

价格:$ 139.27

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isbn号码:9780131225398

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• 机械运动学
• 机械动力学
• 机械设计
• 机械原理
• 机械工程
• 工程力学
• 机械系统
• 连杆机构
• 齿轮机构
• 机械振动

《机械系统分析：原理与应用》 第一章：引言与基础概念 本章旨在为读者建立一个坚实的理论基础，为后续深入理解复杂的机械系统奠定基石。我们将首先探讨机械工程的宏观图景，追溯其发展历程，并着重阐述其在现代社会中的重要性与广泛应用。随后，我们将聚焦于机械系统的基本构成要素，包括但不限于刚体、弹簧、阻尼器等，并详细介绍描述这些要素运动和相互作用的数学工具，如向量代数、微积分、微分方程等。本章将深入解析位移、速度、加速度等基本运动学概念，以及力、力矩、能量、功率等动力学基本量，强调它们在分析机械系统行为时的关键作用。此外，我们还将介绍惯性、摩擦、重力等影响机械系统运动的重要因素，并通过一系列直观的实例，帮助读者理解这些抽象概念在实际机械设计中的意义。 第二章：运动学分析基础 本章将深入研究机械系统的运动学特性，即不考虑引起运动的力的情况下，对机械构件的位置、速度和加速度进行描述和分析。我们将首先定义和区分刚体运动的不同类型，包括平移、旋转以及更一般的刚体运动。在此基础上，我们将系统性地介绍描述构件位置和姿态的数学方法，例如使用笛卡尔坐标系、旋转矩阵、欧拉角或四元数。我们将详细阐述速度和加速度的定义及其在不同坐标系下的表示方法，特别关注相对速度和相对加速度的概念，这是分析多连杆机构运动的关键。本章还将引入瞬心和瞬时轴的概念，作为分析平面机构速度的强大工具。通过对各种典型运动学模型（如连杆机构、凸轮机构、齿轮机构）的运动学分析，读者将掌握如何精确计算和预测机械系统中各部件的运动轨迹和速度特性，为后续的动力学分析提供必要的运动学输入。 第三章：平面机构的运动学分析 本章将聚焦于分析二维平面内运行的机械机构的运动学特性。我们将从最基本的连杆机构入手，详细介绍其结构特点、运动副类型以及运动学链的形成。我们将深入探讨不同类型的平面连杆机构，如四连杆机构（铰接四杆、曲柄滑块、摇杆等），并详细介绍如何通过几何方法和代数方法（如向量法、复数法、矩阵法）来求解机构的位姿、速度和加速度。我们将详细解析机构的自由度概念，并介绍Kutzbach准则和Grübler准则等计算自由度的方法。本章还将深入分析特殊机构，如凸轮机构和齿轮传动机构的运动学特性，解释凸轮轮廓设计如何影响从动件的运动，以及齿轮啮合如何实现精确的传动比。通过丰富的实例和图示，读者将能够掌握对各种平面机构进行精确运动学分析的技能，为理解其动力学行为打下坚实基础。 第四章：空间机构的运动学分析 本章将把运动学分析的范围扩展到三维空间，研究空间机械系统的运动学特性。我们将介绍描述空间刚体运动的数学工具，如三维旋转矩阵、万向节、欧拉角序列等，并阐述它们在表示和变换空间位姿时的优缺点。我们将详细介绍空间运动副（如球副、万向副、螺旋副）的定义及其在空间机构中的应用。我们将引入空间机构的自由度概念，并介绍其计算方法。本章还将深入探讨空间连杆机构的运动学分析，包括使用向量回路法、齐次坐标变换等方法来求解其位姿、速度和加速度。我们将重点关注空间机器人手臂等复杂系统的运动学分析，介绍正运动学和逆运动学问题，即如何根据关节变量求解末端执行器的位姿，以及如何根据末端执行器的期望位姿求解关节变量。通过本章的学习，读者将能够处理更复杂的、具有三维运动特性的机械系统，为设计和控制空间机械设备打下基础。 第五章：刚体动力学基础 本章将转向分析引起机械系统运动的力及其与运动之间的关系，即动力学。我们将首先重新审视牛顿第二定律（F=ma）及其在刚体动力学中的应用，即线运动和角运动的动力学方程。我们将详细介绍质量、质心、惯性矩等描述刚体惯性特性的物理量，并阐述它们如何影响刚体的动力学响应。我们将深入分析力矩的概念及其对刚体角运动的影响。本章还将引入动量和角动量守恒定律，以及功和能的概念，包括动能、势能和虚功原理。这些能量观点为分析复杂的机械系统提供了另一种有效的途径。我们将探讨保守力和非保守力的概念，以及能量损耗（如摩擦）的影响。通过对各种基本动力学模型的分析，读者将掌握描述和分析刚体在力的作用下如何运动的基本原理。 第六章：平面机构的动力学分析 本章将把动力学分析应用于平面机械机构，研究作用在机构构件上的力如何影响其运动。我们将首先介绍平面刚体动力学的基本方程，包括沿x和y方向的合力以及绕z轴的合力矩方程。我们将详细阐述如何计算机构构件上的惯性力（包括惯性力和惯性力矩），以及摩擦力。本章还将介绍各种力分析方法，如虚功原理、拉格朗日方程等，并阐述它们在分析平面机构动力学时的优势。我们将重点分析连杆机构的动力学问题，包括如何计算机构在特定位姿下的驱动力矩，以及如何分析瞬时力的影响。本章还将探讨能量守恒和能量损耗在平面机构动力学分析中的应用，例如分析飞轮的储能作用。通过本章的学习，读者将能够理解驱动机构运动所需的力，以及机构在运动过程中产生的力，这对于设计高性能、高效率的机械系统至关重要。 第七章：空间机构的动力学分析 本章将进一步扩展动力学分析的范围，研究空间机械系统的动力学特性。我们将介绍描述空间刚体动力学的基本方程，包括三维的牛顿-欧拉方程。我们将详细阐述空间惯性力（包括惯性力和惯性力矩）的计算方法，以及摩擦力在空间运动中的影响。本章将深入探讨空间连杆机构的动力学分析，例如使用改进的牛顿-欧拉方法或基于拉格朗日方程的方法来求解空间机构的动力学方程。我们将重点关注空间机器人动力学，介绍其正动力学和逆动力学问题。正动力学问题是指根据作用在关节上的力矩和力，计算末端执行器的运动；逆动力学问题是指根据末端执行器期望的运动，计算所需的关节力矩和力。本章还将介绍一些高级动力学分析技术，如常数速度动力学、零重力动力学等。通过本章的学习，读者将能够处理高度复杂的空间机械系统，为设计和控制先进的机器人、航空航天器等提供坚实的动力学分析基础。 第八章：机械系统的振动分析 本章将深入研究机械系统中普遍存在的振动现象，并介绍分析和控制振动的方法。我们将首先定义振动，并介绍自由振动、强迫振动、阻尼振动和共振等基本概念。我们将从单自由度系统出发，推导其自由振动的运动方程，并分析其固有频率和阻尼比。在此基础上，我们将引入多自由度系统的概念，并介绍如何使用质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵来描述系统的动力学特性。我们将深入分析振动的数学模型，包括固有振型和模态分析。本章还将探讨强迫振动及其响应，特别是共振现象，并分析其对机械系统的潜在危害。我们将介绍几种主要的振动控制方法，包括隔振、减振和阻尼技术。通过本章的学习，读者将能够理解机械系统中振动的产生机制，掌握分析和预测振动行为的工具，并了解如何通过设计和控制来抑制不利的振动，提高机械系统的性能和可靠性。 第九章：机械系统的瞬态响应与稳态响应 本章将关注机械系统在不同激励下的时间域响应特性。我们将首先区分瞬态响应和稳态响应，并分析它们在机械系统行为中的意义。我们将介绍如何求解线性常微分方程，以获得系统的瞬态响应，并分析其衰减速度和振荡特性。我们将重点研究系统对阶跃输入、脉冲输入和斜坡输入等典型激励的响应，并分析阻尼对瞬态响应的影响。本章还将深入探讨稳态响应，即系统在长时间运行后趋于稳定的状态。我们将分析不同激励下系统的稳态幅值和相位关系，并介绍频率响应的概念。我们将重点分析和计算系统的频率特性曲线，如伯德图和奈奎斯特图，并阐述它们在系统稳定性和性能分析中的应用。通过本章的学习，读者将能够预测和理解机械系统在各种动态载荷作用下的行为，为系统的设计和优化提供重要的时间域和频率域分析依据。 第十章：机械系统的仿真与实验验证 本章将介绍如何利用计算工具和实验手段来分析和验证机械系统的行为。我们将首先探讨计算机仿真技术在机械系统分析中的作用，包括数值积分方法（如欧拉法、龙格-库塔法）在求解动力学方程中的应用。我们将介绍常用的仿真软件，并演示如何建立机械系统的模型，进行参数化分析，并可视化仿真结果。本章还将强调实验验证的重要性，介绍各种机械系统性能测试和动力学特性测量的方法，例如使用加速度计、力传感器、编码器等。我们将讨论如何设计实验方案，采集和处理实验数据，并与仿真结果进行对比分析。通过将理论分析、仿真预测和实验测量相结合，读者将能够更全面、更准确地理解和掌握机械系统的特性，从而为实际工程设计提供可靠的依据。 第十一章：机械系统的非线性分析与混沌现象 本章将深入探讨在许多实际机械系统中普遍存在的非线性特性，并揭示可能出现的混沌现象。我们将首先定义和区分线性系统与非线性系统，并分析非线性对系统行为的影响，如幅值相关的频率、超谐波和次谐波。我们将介绍一些典型的非线性模型，例如具有平方阻尼或摩擦的系统，以及具有非线性弹簧特性的系统。本章还将深入探讨混沌现象，包括混沌系统的定义、混沌轨迹的特点（如对初始条件的敏感性）、分形吸引子等。我们将介绍一些分析和识别混沌系统的方法，如相空间重构、Lyapunov指数计算等。虽然混沌系统的预测性较差，但理解其行为对于避免潜在的危险工况或利用其特性（如在某些生物学模型中）至关重要。本章将通过一些典型的非线性和混沌机械系统实例，帮助读者理解这些复杂现象的发生机制和潜在影响。 第十二章：机械系统的可靠性与故障分析 本章将关注机械系统的可靠性和故障分析。我们将首先定义和量化机械系统的可靠性，包括失效率、平均无故障时间（MTTF）和平均故障间隔时间（MTBF）等概念。我们将介绍几种常见的故障模式，如磨损、疲劳、断裂、松动和性能退化等，并分析其发生的原因。本章还将介绍故障树分析（FTA）和失效模式与影响分析（FMEA）等系统性的故障分析方法，以识别潜在的故障，评估其发生的可能性和影响。我们将讨论如何通过设计优化、材料选择、预防性维护和冗余设计等手段来提高机械系统的可靠性，并降低故障发生的概率。通过本章的学习，读者将能够更全面地考虑机械系统在实际运行中的耐久性和稳定性，从而设计出更加健壮和可靠的工程产品。

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老实说，这本书的排版和插图设计实在令人不敢恭维，拿到书的那一刻，我差点以为自己翻开了一本上世纪八十年代的工程手册。字体小得可怜，行距也挤得让人喘不过气来，好不容易从密密麻麻的文字中找出需要关注的重点，结果那些示意图更是模糊不清，很多关键的受力分析图，里面的箭头和标注几乎要融为一体，看得人眼花缭乱。我尝试着跟着书中的步骤去模拟几个经典的机械系统，结果发现，仅仅是辨认图纸上的符号就需要耗费大量精力，这极大地分散了我对核心理论的注意力。我理解，内容是王道，但在这信息爆炸的时代，阅读体验同样不容忽视，一本让人阅读起来感到疲惫的书，其知识的传递效率必然会大打折扣。我更期待看到一些现代化的、色彩分明的图示，能够清晰地展示出运动链和自由度计算的过程，而不是这种黑白灰的、几乎没有留白的“信息灌输”。这本书更像是一份技术档案，而非一本活生生的学习指南，对于需要通过视觉辅助来理解空间运动的读者来说，这本书的视觉呈现效果无疑是一场灾难。

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这本厚重的书，当我拿到手时，就感觉分量十足，光是书脊上的那些复杂的公式和图表就已经让人望而生畏。我当初买它，主要是为了应对大学里那几门让人头疼的力学课程，希望里面能找到一些清晰的指引，让我能真正理解那些抽象的概念。然而，读完第一章后，我发现作者的叙述方式极其严谨，简直就像是在写一份严密的数学证明，每一个步骤都推导得密不透风。书中对理论的阐述非常深入，尤其是在分析复杂机构运动轨迹时，那种层层递进的逻辑推导，让人不得不佩服作者的功底。不过，对于初学者来说，这可能是一个不小的挑战，很多基础概念的引入略显生硬，缺乏那种循序渐进的引导。我花了大量时间去消化那些复杂的向量分析和微分方程，感觉自己更像是在攻克一座知识的高峰，而不是在轻松地阅读一本教材。书中提供的例题虽然经典，但解答过程往往省略了中间的关键步骤，这对于我这种需要“手把手”教学的读者来说，无疑增加了理解的难度。总的来说，这是一本适合有一定基础、追求理论深度的人士深入研究的工具书，但若想从中获得轻松愉快的学习体验，恐怕要做好打硬仗的准备。

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这本书的深度毋庸置疑，它就像是一个百科全书式的存在，将机械系统的运动学和动力学知识点覆盖得极其全面，几乎涵盖了从最基础的刚体运动到复杂的振动分析。它的优势在于其广博的覆盖面，无论是平面连杆机构的解析法，还是空间机构的瞬心法，抑或是高级的拉格朗日方程在机械系统中的应用，都有详尽的论述。然而，这种广博也带来了一个副作用——缺乏侧重。作者似乎想把所有已知的知识点都塞进这本书里，导致某些章节显得臃肿而冗余，特别是对于那些只关注特定应用领域的工程师来说，很多篇幅其实是“不必要的赘述”。例如，书中花了大量的篇幅去探讨一些已经很少在现代设计中实际应用的机构分析方法，虽然这体现了历史的厚重感，但对于提高实际解决问题的效率来说，帮助有限。我希望能有一本更聚焦、更“精炼”的版本，能更快地引导我找到解决实际工程难题的有效工具和方法，而不是被淹没在浩瀚的理论海洋中，迷失了方向。

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我必须承认，这本书在理论推导的严密性上达到了一个极高的水准，几乎找不到逻辑上的漏洞，对于那些追求完美数学模型的学者来说，这本书无疑是一座里程碑。然而，这种对理论纯粹性的追求，使得它在与实际工程的结合上显得有些力不从心。书中绝大多数的案例都是理想化的模型，空气阻力被忽略、摩擦力被简化为恒定值，甚至连材料的非线性特性也鲜有提及。当我尝试将书中的理论应用于我目前正在处理的一个实际项目——一个高速运转的精密设备时，我发现书中的结论与实际测试数据之间存在着显著的偏差。这让我不得不花费大量时间去研究如何“修正”书中的模型，引入各种现实世界的复杂因素。这本书更像是对经典力学原理的致敬，而非一本面向现代工程实践的“实战手册”。它教会了我“应该”如何计算，但没有教会我“在现实中”如何处理那些不完美的、充满随机性的变量。

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这本书的语言风格，用一个词来形容，那就是“学术化到极致”。作者的遣词造句充满了高度抽象的术语，每一个句子都像是在进行一场精确的学术辩论，很少使用能够引发读者共鸣的描述性语言。在阅读过程中，我常常需要频繁地查阅术语表，甚至需要借助其他更基础的参考资料来理解作者所指的特定概念，因为书中默认读者已经拥有了非常扎实的背景知识。这使得整个阅读过程充满了“翻译”的工作，极大地影响了阅读的流畅性和沉浸感。我更喜欢那种能够将复杂的力学概念拟人化、形象化的描述方式，通过一些生活中的类比来搭建知识的桥梁。这本书就像一位满腹经纶却不擅长与人交流的大学者，他掌握了最深刻的真理，但却选择了一种最不平易近人的方式来传达，让很多渴望进入这个领域的新手望而却步，只能望洋兴叹，难以真正领略其精髓。

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