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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