机械振动理论与应用PDF电子书下载

第一篇 基础理论篇 3

第1章 绪论 3

1.1 系统与机械系统 3

1.1.1 系统 3

1.1.2 机械系统 4

1.1.3 系统组成 4

1.2 材料变形与动力学分类 5

1.2.1 动态系统问题的类型 5

1.2.2 材料的变形和断裂 5

1.2.3 动力学分类 6

1.3 系统模型与振动分类 6

1.3.1 力学模型与数学模型 6

1.3.2 振动及其分类 6

1.3.3 振动问题的求解步骤 8

1.4 系统模型分类与处理方法 8

1.4.1 系统模型分类 8

1.4.2 离散系统与连续系统 9

1.4.3 线性系统与非线性系统 9

1.4.4 确定性系统与随机性系统 11

1.4.5 无阻尼系统与有阻尼系统 11

1.4.6 定常系统与参变系统 13

1.5 机械振动的理论体系与研究内容 14

1.5.1 机械振动的研究意义 14

1.5.2 机械振动的理论体系 15

1.5.3 机械振动的研究内容 15

思考题 18

第2章 振动问题的力学基础 19

2.1 自由度与广义坐标 19

2.1.1 自由度 19

2.1.2 广义坐标 21

2.2 虚位移原理与广义力 23

2.2.1 功和能 23

2.2.2 虚位移 24

2.2.3 理想约束 25

2.2.4 虚位移原理 26

2.2.5 广义力 26

2.3 影响系数、系统机械能与互易定理 28

2.3.1 影响系数 28

2.3.2 势能及其线性化 30

2.3.3 动能的广义坐标表达式及其线性化 33

2.3.4 互易定理 34

2.4 建立振动方程的原理与常用方法 35

2.4.1 达朗贝尔原理 35

2.4.2 动力学普遍方程 37

2.4.3 拉格朗日方程 37

2.4.4 线性系统的拉格朗日方程 39

2.4.5 凯恩方程 40

2.5 振动方程的求解方法 40

2.5.1 欧拉法 40

2.5.2 龙格-库塔法 41

2.5.3 微分方程组与高阶微分方程的四阶龙格-库塔法 41

思考题 42

习题 42

第3章 单自由度系统的振动 45

3.1 振动系统模型及其简化 45

3.1.1 单自由度系统的基本模型 45

3.1.2 单自由度系统模型的简化 46

3.2 单自由度系统的自由振动 47

3.2.1 单自由度线性系统的运动微分方程及其系统特性 47

3.2.2 振动系统的线性化处理 49

3.2.3 单自由度无阻尼系统的自由振动 50

3.2.4 自然频率的计算方法 62

3.2.5 有阻尼系统的自由振动 65

3.3 谐波激励下的强迫振动 70

3.3.1 谐波激励下系统振动的求解方法 70

3.3.2 谐波激励下的无阻尼强迫振动 73

3.3.3 谐波激励下的有阻尼强迫振动 78

3.4 周期性激励下的强迫振动 83

3.4.1 傅里叶级数分析法 84

3.4.2 任意周期激励下的稳态强迫振动 85

3.5 任意激励下的强迫振动 86

3.5.1 脉冲响应法与时域分析 86

3.5.2 傅里叶变换法与频域分析 91

3.5.3 拉普拉斯变换法 94

思考题 96

习题 97

第4章 两自由度系统的振动 109

4.1 引言 109

4.2 两自由度系统的自由振动 110

4.2.1 两自由度振动系统的运动微分方程 110

4.2.2 无阻尼系统的自由振动与自然模态 111

4.3 坐标耦合与自然坐标 119

4.3.1 坐标耦合 119

4.3.2 自然坐标 122

4.4 两自由度系统振动的拍击现象 124

4.5 两自由度系统在谐波激励下的强迫振动 127

4.5.1 无阻尼系统的强迫振动 127

4.5.2 有阻尼系统的强迫振动 130

思考题 133

习题 133

第5章 多自由度系统的振动 144

5.1 引言 144

5.2 多自由度系统的振动微分方程 145

5.2.1 用牛顿运动定律或定轴转动方程建立运动方程 145

5.2.2 用拉格朗日方程建立运动微分方程 147

5.2.3 用刚度影响系数法建立运动微分方程 148

5.2.4 用柔度影响系数法建立运动微分方程 152

5.3 线性变换与坐标耦合 154

5.4 多自由度系统的自由振动 155

5.4.1 无阻尼自由振动，特征值问题 155

5.4.2 模态向量的正交性与正规性 158

5.4.3 模态矩阵与正则矩阵 160

5.4.4 自然坐标与正则坐标，微分方程解耦 162

5.4.5 多自由度系统对初始激励的响应 163

5.4.6 系统矩阵与动力矩阵 166

5.4.7 有阻尼多自由度系统的自由振动 168

5.5 多自由度系统的强迫振动 170

5.5.1 无阻尼系统的强迫振动 170

5.5.2 有阻尼系统的强迫振动 171

思考题 175

习题 175

第二篇 应用篇 185

第6章 机械振动系统利用工程 185

6.1 机械振动系统利用工程概述 185

6.1.1 振动利用的途径 185

6.1.2 振动利用的分类 185

6.2 材料和结构参数的确定 187

6.2.1 转动惯量的确定 187

6.2.2 摩擦系数的确定 190

6.2.3 动载荷系数的确定 191

6.2.4 轴的临界转速的确定 193

6.3 振动机械的工作原理与构造 195

6.3.1 振动机械的分类与用途 195

6.3.2 惯性振动机械的工作原理与构造 197

6.3.3 弹性连杆式振动机械的工作原理与构造 210

6.3.4 电磁式振动机械的工作原理与构造 212

6.3.5 液压式振动机械的工作原理与构造 215

6.4 非共振型振动机械 217

6.4.1 平面运动单轴惯性式非共振型振动机械 217

6.4.2 空间运动单轴惯性式非共振型振动机械 221

6.4.3 双轴惯性式非共振型振动机械 224

6.5 近共振型振动机械 228

6.5.1 惯性式近共振型振动机械 228

6.5.2 连杆式近共振型振动机械 232

6.5.3 电磁式近共振型振动机械 237

思考题 240

习题 240

第7章 机械振动系统防治工程 242

7.1 机械振动系统防治工程概述 242

7.1.1 振动防治的途径 242

7.1.2 振动防治的分类 242

7.2 隔振原理及其应用 242

7.2.1 隔振原理 243

7.2.2 隔振器的设计 248

7.2.3 冲击隔离 251

7.3 减振原理及其应用 253

7.3.1 动力减振器 254

7.3.2 变速减振器 258

7.3.3 阻尼减振器 260

7.3.4 摩擦减振器 262

7.3.5 冲击减振器 264

7.4 挠性转子的系统振动与平衡 265

7.4.1 转子在不平衡力作用下的振动 266

7.4.2 单圆盘挠性转子的振动 269

7.4.3 多圆盘挠性转子的振动 273

7.4.4 挠性转子的平衡原理 278

7.4.5 挠性转子的平衡方法 280

7.5 发动机的振动与减振 285

7.5.1 发动机位形描述 285

7.5.2 发动机的自然频率 286

7.5.3 发动机的临界转速 289

7.5.4 发动机的共振避免 290

7.5.5 发动机的耦合度缩减 291

思考题 292

习题 292

第8章 振动系统的测试、辨识与分析 294

8.1 振动系统的测试 294

8.1.1 振动测量的力学原理 294

8.1.2 振动测试传感器与测振仪器设备 297

8.1.3 激振设备与激振方法 300

8.1.4 振动测试系统 303

8.2 振动系统的辨识 308

8.2.1 模态参数识别 308

8.2.2 物理参数识别与修改 315

8.3 振动与故障诊断 319

8.3.1 机械故障诊断概述 319

8.3.2 齿轮故障产生机理及其诊断方法 322

8.4 凸轮机构的振动分析与控制 323

8.4.1 凸轮机构的振动模型 324

8.4.2 凸轮机构的振动分析 326

8.5 机械传动系统的振动分析 330

8.5.1 汽车起重机传动系统的振动分析 330

8.5.2 汽轮机-压气机喘振分析 333

8.5.3 轧钢机的冲击现象 334

8.5.4 桥式起重机起升机构振动分析 337

思考题 340

习题 340

第三篇 深化理论篇 345

第9章 多自由度系统振动的分析方法 345

9.1 引言 345

9.2 估算多自由度系统自然频率与模态向量的常用方法 345

9.2.1 瑞利商 345

9.2.2 迹法 348

9.2.3 里茨法 350

9.3 子系统综合法 354

9.3.1 传递矩阵法 354

9.3.2 机械阻抗法 357

9.4 求解特征值问题的计算方法 368

9.4.1 实对称正定方阵的楚列斯基三角分解法 369

9.4.2 矩阵迭代法 370

9.4.3 子空间迭代法 373

9.5 求解系统响应的分析方法 375

思考题 380

习题 380

第10章 连续系统的振动 383

10.1 引言 383

10.2 连续系统的自由振动 383

10.2.1 弦的横向振动 383

10.2.2 杆的纵向振动 387

10.2.3 轴的扭转振动 389

10.2.4 弦、杆、轴振动方程的相似性 390

10.2.5 梁的弯曲振动 390

10.3 边界条件 392

10.4 系统对于激励的响应 394

10.4.1 系统对于初始激励的响应 394

10.4.2 系统对于过程激励的响应 396

10.4.3 剪切变形和转动惯量的影响 398

10.5 连续系统的强迫振动 400

10.5.1 弦的横向强迫振动 400

10.5.2 杆的纵向强迫振动 401

10.5.3 轴的扭转强迫振动 403

10.5.4 梁的横向强迫振动 403

思考题 407

习题 407

第11章 随机激励下的振动 410

11.1 引言 410

11.2 随机过程的基本概念 410

11.2.1 随机过程 410

11.2.2 随机过程的统计参数 411

11.2.3 平稳随机过程和各态历经随机过程 414

11.2.4 几种典型的随机过程 415

11.3 随机过程的描述 417

11.3.1 随机过程的幅域描述 417

11.3.2 随机过程的时域描述 419

11.3.3 随机过程的频域描述 420

11.4 单自由度系统的随机响应 426

11.4.1 单自由度系统振动响应的基本形式 426

11.4.2 初始条件是随机时的振动响应 427

11.4.3 系统受基础运动随机激励 428

11.4.4 对输入是白噪声的响应 429

11.5 多自由度系统的随机响应 430

思考题 434

习题 435

第12章 非线性振动 438

12.1 引言 438

12.2 状态空间与相图 440

12.2.1 状态空间 440

12.2.2 相图 443

12.2.3 奇点邻域中相图的特性 447

12.3 保守系统及其在大范围的运动 455

12.3.1 相图与轨线 455

12.3.2 振动周期与极端位移 456

12.4 非线性振动分析的常用方法 457

12.4.1 极限环 457

12.4.2 平均法 460

12.4.3 迭代法 465

12.4.4 摄动法 470

12.5 非线性振动的应用 476

12.5.1 利用复摆测量轴与轴套的干摩擦系数 476

12.5.2 利用弗洛特摆测量滑动轴承的动摩擦系数 477

12.5.3 利用硬式光滑非线性振动系统来增加振动机振幅的稳定性 479

12.5.4 硬式对称分段线性振动系统 481

12.5.5 软式不对称分段线性振动系统 484

思考题 486

习题 487

第13章 自激振动 490

13.1 引言 490

13.2 由于速度反馈引起的自激振动 492

13.2.1 速度反馈与负阻尼 492

13.2.2 爬行现象及其机理 494

13.2.3 爬行的数学模型 497

13.3 由于位移的延时反馈引起的自激振动 501

13.3.1 位移反馈、负刚度与静态不稳定性 501

13.3.2 位移的延时反馈 505

13.3.3 金属切削过程中的再生颤振 506

13.4 由于模态耦合引起的自激振动 513

13.4.1 模态耦合系统的稳定性 513

13.4.2 金属切削中的模态耦合自激振动 515

13.5 自激振动的识别、建模、防治及应用 518

13.5.1 自激振动的识别 518

13.5.2 自激振动的建模 519

13.5.3 自激振动的防治 519

13.5.4 自激振动的应用 520

思考题 521

习题 522

参考文献 523