机械工程设计分析和MATLAB应用 第3版PDF电子书下载

第1篇MATLAB基础和科学计算 2

第1章MATLAB操作基础 2

1.1 MATLAB概述 2

1.1.1 MATLAB的主要模块 2

1.1.2 MATLAB的主要特点 3

1.2 MATLAB的系统界面和菜单功能 4

1.2.1 MATLAB系统界面 4

1.2.2主窗口的菜单功能 6

1.3运算符和标点符 7

1.3.1运算符 7

1.3.2标点符 10

1.4数据类型 10

1.4.1数值量 10

1.4.2字符量 11

1.4.3变量 12

1.5基本数学函数 13

1.5.1三角函数 13

1.5.2指数和对数函数 14

1.5.3取整和取余函数 14

1.5.4通用数学分析函数 15

第2章 矩阵和数组及其运算 17

2.1矩阵的建立及变换 17

2.1.1 矩阵的建立 17

2.1.2矩阵的转置和变换 19

2.2矩阵元素和子矩阵的提取 20

2.2.1矩阵元素的提取 20

2.2.2子矩阵的提取 22

2.3矩阵的运算 23

2.3.1矩阵的加法和减法 23

2.3.2矩阵的乘法 24

2.3.3矩阵的求逆 25

2.3.4向量的范数和矩阵行列式的值 25

2.3.5矩阵的除法 26

2.4数组的运算 28

2.4.1数组的加法和减法 28

2.4.2数组的乘法 28

2.4.3数组的除法 29

2.4.4数组的乘方 29

第3章 符号运算基础 30

3.1建立符号对象 30

3.1.1建立符号量 30

3.1.2建立符号表达式 31

3.1.3符号表达式中变量的确定 31

3.2符号表达式的基本运算 31

3.2.1符号表达式的四则运算 31

3.2.2符号表达式分子和分母的提取 32

3.2.3符号表达式的处理 33

3.3符号函数的复合函数和反函数 34

3.3.1符号函数的复合函数 34

3.3.2符号函数的反函数 35

3.4符号表达式与数值表达式之间的转换和运算精度控制 36

3.4.1符号表达式与数值表达式之间的转换 36

3.4.2符号和数值运算精度控制 37

第4章M文件和流程控制结构 38

4.1 M文件的分类 38

4.1.1命令文件 38

4.1.2函数文件 39

4.2流程控制结构 41

4.2.1顺序结构 41

4.2.2循环结构 42

4.2.3选择结构 45

第5章 数据可视化 48

5.1绘制二维曲线 48

5.2图形格式设定和修饰 49

5.2.1设置图形窗口 49

5.2.2系统坐标控制 49

5.2.3标注图形 49

5.2.4特殊符号的标注 50

5.3在极坐标系中绘制曲线 51

5.4符号函数绘图 52

5.5填充图形 54

5.6绘制三维图形 55

5.6.1绘制三维曲线 55

5.6.2绘制三维曲面 56

第6章 多项式运算和数据插值 61

6.1多项式运算 61

6.1.1符号多项式的生成 61

6.1.2求多项式的值和根 61

6.1.3多项式的乘法和除法运算 62

6.1.4多项式的导数和积分 63

6.2数据插值 64

6.2.1一维数据插值 64

6.2.2二维数据插值 67

第7章 函数的导数和积分 70

7.1函数的导数 70

7.1.1函数导数的解析解 70

7.1.2二维函数和参数方程的偏导数 71

7.1.3 n维函数的偏导数 73

7.1.4数值微分 75

7.1.5函数的梯度和梯度的模 76

7.2函数的积分 77

7.2.1不定积分的解析解 78

7.2.2定积分 78

7.2.3数值积分 79

7.2.4函数的重积分 81

第8章 代数方程和常微分方程求解 83

8.1代数方程求解 83

8.1.1代数方程图解法 83

8.1.2代数方程的解析解 84

8.1.3线性方程组的数值解 85

8.1.4非线性方程的数值解 86

8.2常微分方程求解 88

8.2.1常微分方程的解析解 88

8.2.2常微分方程的数值解 90

8.2.3高阶微分方程的降阶求解 91

8.2.4刚性微分方程的数值解 93

8.2.5微分代数方程的数值解 95

第9章 最优化问题和遗传算法 97

9.1 MATLAB优化工具箱的应用 98

9.1.1线性规划问题 98

9.1.2二次规划问题 100

9.1.3无约束非线性规划问题 102

9.1.4约束非线性规划问题 107

9.1.5多目标规划问题 110

9.2遗传算法 112

9.2.1遗传优化算法函数 113

9.2.2无约束优化的遗传算法 114

9.2.3约束优化的遗传算法 120

第2篇 机械工程设计分析应用 128

第10章 连杆机构的运动设计和运动分析 128

10.1连杆机构的运动设计 128

10.1.1给定极限位置和最小传动角的设计问题 128

10.1.2给定连架杆对应位置的设计问题 130

10.2连杆机构实现预定函数和轨迹的优化设计 133

10.2.1实现预定函数的优化设计 133

10.2.2实现连杆轨迹的优化设计 138

10.3铰链四杆机构的运动分析 143

10.3.1机构运动分析的数学模型和求解方法 144

10.3.2机构运动方程的求解方法 145

10.3.3机构运动误差分析 145

10.4转动导杆机构的运动分析 150

10.4.1机构从动件的角位移和角速度 151

10.4.2机构的压力角和传动比 152

10.4.3计算实例的M文件和运算结果 153

10.5曲柄滑块机构的运动精度综合 155

10.5.1机构的尺度参数和运动参数分析 156

10.5.2曲柄滑块机构等影响法精度综合 157

10.5.3计算实例和M文件 158

第11章 间歇运动机构和轮系的运动分析 165

11.1槽轮机构的运动分析 165

11.1.1槽轮机构的运动方程 166

11.1.2槽轮的运动参数 166

11.1.3计算实例的M文件和运算结果 166

11.2针轮机构的设计计算和运动分析 174

11.2.1针轮机构的设计计算 175

11.2.2针轮机构的运动分析 177

11.2.3 M文件和计算结果 179

11.3面粉搅拌机工作头旋轮轨迹分析和仿真 182

11.3.1搅拌机的传动系统 183

11.3.2内外啮合锥齿轮行星传动的运动分析 183

11.3.3行星机构运动模拟分析的M文件和运算结果 185

第12章 凸轮机构运动分析和设计计算 191

12.1对心直动凸轮机构压力角的计算 191

12.1.1凸轮机构压力角的图解 192

12.1.2凸轮机构压力角的计算 193

12.1.3计算实例M文件和运算结果 194

12.2盘形凸轮机构的设计计算和运动分析 196

12.2.1盘形凸轮设计和运动分析的步骤和数学模型 196

12.2.2盘形凸轮设计计算实例和CAD基本方法 197

12.2.3编制M文件的基本方法和运算结果 198

12.3共轭平面分度凸轮机构的设计计算 207

12.3.1共轭平面分度凸轮机构主要运动参数分析 207

12.3.2共轭平面分度凸轮机构主要几何尺寸计算 210

12.3.3共轭平面分度凸轮轮廓直角坐标计算 213

12.3.4共轭平面分度凸轮机构工作情况分析 215

12.3.5设计计算实例、M文件和运算结果 215

12.4圆柱分度凸轮机构设计和运动分析 226

12.4.1圆柱分度凸轮机构的主要运动参数分析 227

12.4.2圆柱分度凸轮机构主要几何尺寸计算 230

12.4.3圆柱分度凸轮工作轮廓计算 231

12.4.4圆柱分度凸轮机构的结构设计要点 232

12.4.5 M文件和计算结果 232

第13章 挠性传动设计计算 246

13.1 V带传动的多目标优化设计 246

13.1.1 V带传动多目标优化设计数学模型 246

13.1.2 M文件和运算结果 248

13.1.3使用最大最小化函数求解多目标优化问题的讨论 251

13.2同步带传动的设计计算 252

13.2.1同步带传动设计计算步骤和内容 253

13.2.2 M文件和运算结果 257

13.3滚子链传动的优化设计 260

13.3.1滚子链传动设计计算的有关公式和曲线拟合 261

13.3.2滚子链传动优化设计实例 261

13.3.3 M文件与计算结果 263

第14章 齿轮、蜗杆和螺旋传动的设计计算 268

14.1齿轮传动参数测定和公法线公差计算 268

14.1.1变位齿轮传动参数的测定和计算 268

14.1.2斜齿圆柱齿轮公法线长度及其偏差的计算 273

14.2圆柱齿轮传动的设计计算 274

14.2.1齿轮传动设计计算的简化方法 275

14.2.2 M文件基本流程和主要处理方法 276

14.2.3设计计算实例的M文件和运算结果 277

14.3齿轮传动的几何规划 284

14.3.1构造几何规划的数学模型 284

14.3.2几何规划算法分析 285

14.3.3几何规划实例 286

14.3.4 M文件和运算结果 288

14.4两级圆柱齿轮减速器优化设计 292

14.4.1两级圆柱齿轮传动的设计理论 292

14.4.2优化设计实例和数学模型 293

14.4.3 M文件和运算结果 295

14.5锥齿轮传动优化设计的遗传算法 298

14.5.1锥齿轮传动优化设计的数学模型 298

14.5.2采用惩罚函数法构造适应度函数 301

14.5.3遗传算法的M文件和运算结果分析 301

14.6圆柱蜗杆传动的优化设计 305

14.6.1建立优化设计的数学模型 306

14.6.2设计实例M文件和计算结果 308

14.7螺旋传动的设计计算 312

14.7.1螺旋传动设计计算主要内容 313

14.7.2螺旋起重器设计计算实例 316

14.7.3 M文件和运算结果 317

第15章 轴系设计计算和分析 322

15.1轴系部件设计计算 322

15.1.1机械传动装置的运动和动力参数计算 322

15.1.2 V带传动设计计算 324

15.1.3圆柱齿轮传动设计计算 326

15.1.4轴的设计计算 328

15.1.5滚动轴承的寿命计算 331

15.1.6平键连接选用计算 334

15.1.7 M文件和运算结果 334

15.2机床主轴优化设计 350

15.2.1建立优化设计数学模型 350

15.2.2计算实例和M文件 351

15.3主轴支承静不定结构的计算 353

15.3.1主轴支承静不定结构分析 354

15.3.2轴承径向反力位置—载荷关系曲线的分段拟合 355

15.3.3建立主轴力矩平衡方程 356

15.3.4计算主轴前支承的径向反力 357

15.3.5计算流程图 357

15.3.6计算实例和M文件 358

15.4转轴的可靠性分析与设计 363

15.4.1机械零件的可靠度计算 363

15.4.2转轴的可靠性设计 364

15.4.3 M文件和运算结果 367

第16章 机械连接设计计算 373

16.1螺栓联接选用计算 373

16.1.1受轴向静载荷的螺栓联接计算 373

16.1.2受轴向变载荷的螺栓联接计算 374

16.1.3 M文件和运算结果 376

16.2螺栓组联接的优化设计 378

16.2.1螺栓单价与直径的关系 378

16.2.2计算实例与数学模型 378

16.2.3 M文件和计算结果 380

16.3圆柱螺旋弹簧的设计计算 382

16.3.1圆柱螺旋弹簧设计计算原理 382

16.3.2 计算实例和M文件 383

第17章 优化设计分析和曲线拟合 389

17.1优化设计模型的几何描述 389

17.1.1设计空间的几何描述方法 389

17.1.2应用实例M文件和描述图形 390

17.2人字架结构尺寸的优化设计 397

17.2.1人字架的力学分析和优化设计数学模型 398

17.2.2 M文件和运算结果 399

17.2.3优化问题的几何描述 402

17.3梯形截面管道结构尺寸的优化设计 403

17.3.1计算实例和优化设计数学模型 403

17.3.2无约束非线性优化函数的运用 404

17.3.3 M文件运算结果分析和几何描述 404

17.4多目标优化问题的理想有效解 407

17.4.1多目标优化的策略 407

17.4.2计算实例和优化设计数学模型 408

17.4.3 M文件的主要特点 409

17.4.4运算结果分析 412

17.5无心磨削工艺参数的优化 413

17.5.1无心磨削工艺参数分析 413

17.5.2建立工艺参数优化的数学模型 414

17.5.3 M文件和运算结果 416

17.5.4优化结果的分析和处理 420

17.6曲线拟合和多项式拟合 420

17.6.1直线拟合 420

17.6.2曲线拟合 422

17.6.3多项式拟合 423

17.6.4计算实例和M文件 424

参考文献 435