机械工程设计分析和MATLAB应用 第4版PDF电子书下载

第1篇 MATLAB基础和常用科学计算 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 3

1.2.1 MATLAB系统界面 3

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 12

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 36

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（Script File） 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 52

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 57

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 函数的梯度和范数 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 代数方程求解和最优化问题 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 MATLAB优化工具箱的应用 88

8.2.1 线性规划问题 89

8.2.2 二次规划问题 91

8.2.3 无约束非线性规划问题 92

8.2.4 约束非线性规划问题 97

8.2.5 多目标规划问题 100

第2篇 机械工程设计分析应用 104

第9章 连杆机构的运动设计和运动分析 104

9.1 连杆机构的运动设计 104

9.1.1 给定极限位置和最小传动角的设计问题 104

9.1.2 给定连架杆对应位置的设计问题 106

9.2 连杆机构实现预定函数和轨迹的优化设计 109

9.2.1 实现预定函数的优化设计 109

9.2.2 实现连杆轨迹的优化设计 113

9.3 曲柄摇杆机构的运动分析 118

9.3.1 机构运动分析的数学模型和求解方法 119

9.3.2 机构运动方程的求解方法 120

9.3.3 机构运动误差分析 120

9.4 导杆机构的运动分析 125

9.4.1 转动导杆机构的运动分析 125

9.4.2 摆动导杆机构设计 128

9.4.3 计算实例的M文件和运算结果 129

9.5 曲柄滑块机构的运动精度综合 132

9.5.1 机构的尺度参数和运动参数分析 132

9.5.2 曲柄滑块机构等影响法精度综合 133

9.5.3 计算实例和M文件 134

第10章 间歇运动机构和轮系的运动分析 141

10.1 槽轮机构的运动分析和动力计算 141

10.1.1 槽轮机构的运动方程和运动参数 142

10.1.2 槽轮机构的动力学计算 142

10.1.3 计算实例的M文件和运算结果 143

10.2 针轮机构的设计计算和运动分析 153

10.2.1 针轮机构的设计计算 154

10.2.2 针轮机构的运动分析 156

10.2.3 M文件和计算结果 157

10.3 面粉搅拌机工作头旋轮轨迹分析和仿真 161

10.3.1 搅拌机的传动系统 161

10.3.2 内外啮合圆锥齿轮行星传动的运动分析 162

10.3.3 行星机构运动模拟分析的M文件和运算结果 163

第11章 凸轮机构运动分析和设计计算 169

11.1 对心直动凸轮机构压力角的计算 169

11.1.1 凸轮机构压力角的图解 170

11.1.2 凸轮机构压力角的计算 171

11.1.3 计算实例M文件和运算结果 172

11.2 凸轮机构的设计计算和运动分析 174

11.2.1 凸轮设计和运动分析的步骤和数学模型 174

11.2.2 凸轮设计计算实例和CAD基本方法 175

11.2.3 编制M文件的基本方法和运算结果 175

11.3 共轭平面分度凸轮机构的设计计算 185

11.3.1 凸轮机构主要运动参数分析 185

11.3.2 凸轮机构主要几何尺寸计算 188

11.3.3 凸轮轮廓直角坐标计算 190

11.3.4 凸轮机构工作情况分析 192

11.3.5 设计计算实例、M文件和运算结果 193

11.4 圆柱分度凸轮机构设计和运动分析 203

11.4.1 凸轮机构的主要运动参数分析 204

11.4.2 凸轮机构主要几何尺寸计算 206

11.4.3 圆柱分度凸轮工作轮廓计算 208

11.4.4 圆柱分度凸轮机构的结构设计要点 209

11.4.5 M文件和计算结果 209

第12章 挠性传动设计计算 223

12.1 V带传动的多目标优化设计 223

12.1.1 V带传动多目标优化设计数学模型 223

12.1.2 M文件和运算结果 225

12.1.3 使用最大最小化函数求解多目标优化问题的讨论 227

12.2 同步带传动的设计计算 229

12.2.1 同步带传动设计计算步骤和内容 229

12.2.2 M文件和运算结果 234

12.3 多楔带传动设计计算 237

12.3.1 多楔带传动的特点 237

12.3.2 多楔带传动设计计算实例 237

12.3.3 M文件和运算结果 242

12.4 滚子链传动的优化设计 245

12.4.1 滚子链传动设计计算的有关公式和曲线拟合 246

12.4.2 滚子链传动优化设计实例 247

12.4.3 M文件与计算结果 248

第13章 齿轮、蜗杆和螺旋传动的设计计算 253

13.1 齿轮传动参数测定和公法线公差计算 253

13.1.1 变位齿轮传动参数的测定和计算 253

13.1.2 斜齿圆柱齿轮公法线长度及其偏差的计算 257

13.2 圆柱齿轮传动的设计计算 259

13.2.1 齿轮传动设计计算的简化方法 259

13.2.2 M文件基本流程和主要处理方法 260

13.2.3 设计计算实例的M文件和运算结果 261

13.3 齿轮传动的几何规划 269

13.3.1 构造几何规划的数学模型 269

13.3.2 几何规划算法分析 270

13.3.3 几何规划实例 271

13.3.4 M文件和运算结果 272

13.4 两级圆柱齿轮减速器优化设计 276

13.4.1 两级圆柱齿轮传动的设计理论 276

13.4.2 优化设计实例和数学模型 277

13.4.3 M文件和运算结果 279

13.5 螺旋齿轮传动的设计计算 282

13.5.1 螺旋齿轮传动原理 282

13.5.2 螺旋齿轮传动设计计算实例 284

13.5.3 M文件和运算结果 286

13.6 圆柱蜗杆传动的优化设计 288

13.6.1 建立优化设计的数学模型 288

13.6.2 设计实例M文件和计算结果 290

13.7 螺旋传动的设计计算 294

13.7.1 螺旋传动设计计算主要内容 295

13.7.2 螺旋起重器设计计算实例 298

13.7.3 M文件和运算结果 299

第14章 轴系设计计算和分析 304

14.1 轴系部件设计计算 304

14.1.1 机械传动装置的运动和动力参数计算 305

14.1.2 V带传动设计计算 306

14.1.3 圆柱齿轮传动设计计算 307

14.1.4 轴的设计计算 309

14.1.5 滚动轴承的工作寿命计算 313

14.1.6 平键联接选用计算 315

14.1.7 M文件和运算结果 315

14.2 机床主轴优化设计 331

14.2.1 建立优化设计数学模型 331

14.2.2 计算实例和M文件 332

14.3 主轴支承静不定结构的计算 334

14.3.1 主轴支承静不定结构分析 334

14.3.2 轴承径向反力位置-载荷关系曲线的分段拟合 335

14.3.3 建立主轴力矩平衡方程 336

14.3.4 计算主轴前支承的径向反力 337

14.3.5 计算流程图 338

14.3.6 计算实例和M文件 338

14.4 转轴的可靠性分析与设计 343

14.4.1 机械零件的可靠度计算 344

14.4.2 转轴的可靠性设计 344

14.4.3 M文件和运算结果 347

第15章 机械联接设计计算 353

15.1 螺栓联接选用计算 353

15.1.1 受轴向静载荷的螺栓联接计算 353

15.1.2 受轴向变载荷的螺栓联接计算 354

15.1.3 M文件和运算结果 356

15.2 螺栓组联接的优化设计 358

15.2.1 螺栓单价与直径的关系 358

15.2.2 计算实例与数学模型 358

15.2.3 M文件和计算结果 359

15.3 圆柱螺旋弹簧的设计计算 361

15.3.1 圆柱螺旋弹簧设计计算原理 361

15.3.2 计算实例和M文件 362

第16章 优化设计分析和曲线拟合 368

16.1 优化设计模型的几何描述 368

16.1.1 设计空间的几何描述方法 368

16.1.2 应用实例M文件和描述图形 368

16.2 人字架结构尺寸的优化设计 377

16.2.1 人字架的力学分析和优化设计数学模型 377

16.2.2 M文件和运算结果 378

16.2.3 优化问题的几何描述 381

16.3 梯形截面管道结构尺寸的优化设计 382

16.3.1 计算实例和优化设计数学模型 382

16.3.2 无约束非线性优化函数的运用 383

16.3.3 M文件运算结果分析和几何描述 383

16.4 多目标优化问题的理想有效解 386

16.4.1 多目标优化的策略 386

16.4.2 计算实例和优化设计数学模型 387

16.4.3 M文件的主要特点 388

16.4.4 运算结果分析 391

16.5 无心磨削工艺参数的优化 392

16.5.1 无心磨削工艺参数分析 392

16.5.2 建立工艺参数优化的数学模型 393

16.5.3 M文件和运算结果 394

16.5.4 优化结果的分析和处理 398

16.6 曲线拟合和多项式拟合 398

16.6.1 直线拟合 399

16.6.2 曲线拟合 400

16.6.3 多项式拟合 401

16.6.4 计算实例和M文件 401

参考文献 412