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出版者:中国电力出版社

作者:程宜

出品人:

页数:261

译者:

出版时间:2004-1

价格:17.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787508323763

丛书系列:

图书标签:

• 应用力学
• 力学基础
• 工程力学
• 固体力学
• 材料力学
• 结构力学
• 静力学
• 动力学
• 机械工程
• 理工科

机械原理与系统动力学：现代工程实践的基石 作者： 领域内资深学者与一线工程师组成的跨学科团队 出版社： 严谨治学与技术创新并重的专业科技出版社 --- 第一部分：绪论与基础理论的深度构建 本书旨在为读者，特别是土木工程、航空航天、精密仪器制造以及工业机器人等领域的工程师和高年级本科生，提供一套严谨、全面且极具工程应用导向的机械原理与系统动力学知识体系。我们深知，现代工程系统的复杂性要求设计者不仅掌握静态的结构强度，更需深刻理解运动规律、能量转换及动态响应机制。 本书内容摒弃了纯粹的理论推导堆砌，而是紧密围绕“如何将理论转化为有效的工程解决方案”这一核心目标展开。全书结构分为三大核心模块，层层递进，确保读者能够扎实掌握从宏观运动分析到微观系统控制的全景图。 第一章：运动学基础与机构分析的革新 本章首先对刚体运动学的基本概念进行了详尽的梳理，包括平面运动、空间运动的描述方法（如欧拉角、四元数在工程中的实用化应用）。重点突破在于引入了高速运动学分析的概念，探讨了在机器高速运转时，传统几何分析的局限性，并引入了瞬时速度中心和瞬时加速度中心的现代解析方法。 随后，我们深入探讨了复杂机构的运动分析。传统方法侧重于瞬时速度和加速度的计算，但本书强调机构运动的精度分析与优化。详细介绍了如何利用雅可比矩阵（Jacobian Matrix）来评估机构在特定工作空间内的运动灵活性和奇异点识别。对于复杂的并联机构和串联机构，我们采用了基于螺旋理论（Screw Theory）的统一描述框架，使得复杂运动链的自由度和约束条件的分析变得更加系统和直观。 第二章：动力学基础：从牛顿到拉格朗日的高效过渡 动力学是理解机器行为的关键。本章从牛顿-欧拉方程出发，但迅速过渡到更具普适性的拉格朗日变分原理。我们强调拉氏方程在处理多约束系统和非保守力系统时的巨大优势。 重点解析： 针对实际工程中的冲击与振动问题，本章引入了变质量系统动力学（如火箭、喷气发动机中的燃料消耗）和非完整约束系统动力学（如移动机器人导航）。在能量分析部分，我们不仅仅停留在动能与势能的简单平衡，而是引入了耗散函数的概念，用以精确量化摩擦、阻尼等不可逆过程中的能量损失，为后续的效率评估打下坚实基础。 --- 第二部分：机械传动系统与误差控制 机械传动系统是任何动力输出设备的心脏。本部分聚焦于如何设计高效、可靠且低误差的传动链。 第三章：齿轮传动与啮合理论的精细化 齿轮传动是本书的重点章节之一。除了标准的渐开线理论外，我们投入大量篇幅讨论了非标准齿轮设计，包括变位齿轮、变顶隙齿轮的应力分布和承载能力校核。 核心内容创新点： 1. 齿面接触应力（Hertzian Stress）的动态修正： 考虑高速运行下的油膜润滑效应和瞬态载荷对接触椭圆的影响。 2. 噪声与振动源分析： 将齿轮啮合过程中的周期性冲击建模为振动激励源，并提出基于齿形优化（如局部修形）的降噪技术。 3. 准静态误差分析： 详细解析了制造、装配误差如何通过传动链放大，特别是对于精密机床主轴系统的累积误差传递模型。 第四章：摩擦、润滑与磨损工程 摩擦学是系统寿命的决定性因素。本章系统地介绍了干摩擦、边界润滑、混合润滑和流体润滑的Stribeck曲线在高载荷条件下的应用局限性。 我们着重探讨了先进润滑材料（如固体润滑剂、离子液体）在极端温度和真空环境下的性能表现。对于磨损分析，我们采用了可靠性工程的视角，引入了基于威布尔分布（Weibull Distribution）的磨损寿命预测模型，指导设计人员进行定期的维护间隔规划，而非仅仅依赖于传统的磨损量度。 第五章：柔性机构与弹性动力学 在现代轻量化设计趋势下，机构的柔性和振动特性日益重要。本章超越了传统刚体假设，引入了欧拉-伯努利梁理论和蒂莫申科梁理论，用于分析柔性连杆和弹性轴系的受力情况。 重点： 对柔性传动系统（如皮带驱动、弹性联轴器）进行了模态分析。通过计算系统的固有频率和振型，读者将学会如何设计阻尼器或调整结构参数，以避免在工作频率附近发生共振，确保系统的动态稳定性。 --- 第三部分：系统集成与控制响应 本部分将理论分析提升至系统层面，探讨如何将机构与控制逻辑有效集成。 第六章：机构的动态仿真与集成化建模 现代设计离不开计算机仿真。本章侧重于多体动力学（Multi-Body Dynamics, MBD）的建立方法。我们对比了基于坐标分区法（Partitioned Method）和基于整体法（Direct Method）的求解策略，并重点介绍了在主流工程软件（如Adams, Simscape）中，如何高效地构建包含复杂约束、摩擦接触和柔性体的完整系统模型。 应用导向： 详细阐述了逆动力学在机器人轨迹规划中的应用，即如何根据期望的输出轨迹反推驱动器所需的精确力矩曲线，这是实现高精度运动控制的前提。 第七章：机电耦合系统与控制设计基础 本章将机构学与控制理论相结合。主要研究机电耦合系统的动态响应。例如，分析伺服电机驱动下的机械臂，其刚度、阻尼和驱动器的动态特性如何共同影响系统的闭环性能。 我们构建了典型的二阶弹簧-阻尼系统模型，并用以阐述PID控制器在机械系统中的参数整定方法，特别是如何通过频率响应分析（波德图、奈奎斯特图）来评估控制系统的稳定裕度和快速性。对于具有时滞或非线性的系统，本章也提供了先进的鲁棒控制设计思路的入门介绍。 第八章：系统可靠性与寿命预测 任何工程系统都必须具备可预测的寿命。本章将动力学分析的成果转化为可靠性指标。我们采用概率密度函数（PDF）和故障树分析（Fault Tree Analysis, FTA）相结合的方法，对复杂机械系统进行顶层故障分解。通过结合前述的疲劳分析和磨损预测模型，本书提供了一套完整的基于性能退化的剩余寿命（RUL）预测框架，这是预测性维护（PdM）策略的核心技术支撑。 --- 总结与展望 本书的核心价值在于其深度整合了经典力学、现代控制理论与前沿工程实践。它不是对现有知识的简单复述，而是提供了一套解决复杂工程动力学问题的工具箱。读者在学完本书后，将具备独立分析高速、高精度、多约束复杂机械系统的能力，并能利用先进的仿真和预测技术，设计出更高效、更可靠的下一代工程设备。本书的配图详尽，习题丰富且贴近工业实际，是工程师和研究人员案头不可或缺的参考手册。

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坦白说，这本书的难度曲线是比较陡峭的，它毫不留情地要求读者具备扎实的数学基础，尤其是微积分和线性代数。对于那些只是想应付考试的学生来说，可能会感到吃力。但对于那些真正想在力学领域深耕的人而言，这种挑战恰恰是一种筛选和磨砺。作者在处理复杂受力系统时的数学处理方式非常娴熟，每一步计算都精确无误，逻辑链条严密得像瑞士钟表一样精密。我记得在处理多重约束条件下的内力求解时，初次接触可能需要反复研读好几遍才能完全吃透其背后的矩阵变换逻辑。然而，一旦跨过这个门槛，你会发现解决其他类似问题的效率得到了质的飞跃。这本书没有提供“捷径”或“简化版”的理解方式，它坚持认为力学的美感和力量就蕴藏在这些精确的数学表达之中，这需要读者付出相应的努力去解码这份美妙的“密码”。

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这本书的装帧设计给我留下了深刻的印象，封面采用了一种沉稳的深蓝色调，配以简洁的白色和金色字体，立刻传达出一种严谨、专业的学术气息。拿到手里就能感受到纸张的厚度，质量上乘，即便是经常翻阅也不会轻易损坏。内页的排版布局也极为考究，文字与公式的间距处理得恰到好处，使得即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。尤其是那些复杂的理论推导过程，作者巧妙地运用了分段和缩进，将逻辑链条梳理得井井有条，即便是初学者也能顺着作者的思路逐步深入。书中插入的插图清晰度极高，无论是力的矢量图还是结构示意图，都线条流畅、标注明确，极大地辅助了对抽象概念的理解。可以说，从这本书的第一页到最后一页，都能感受到出版方在细节上倾注的心血，这对于一本理工科教材来说，无疑是加分项，它让学习的过程本身也变成了一种愉悦的体验。这种对物理形态的重视，往往预示着内容本身的扎实与可靠。

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这本书最大的亮点在于其极强的工程应用导向性，它成功地将抽象的力学原理与我们日常生活中能接触到的工程实例紧密地联系了起来。书中不是那种只停留在理论层面，只用“质点”和“刚体”打转的教科书。相反，它穿插了大量的案例分析，比如高层建筑的抗风设计、桥梁的受力分析，甚至是精密机械部件的应力集中问题。这些案例的选取非常贴近现代工业的需求，而且在分析这些实例时，作者不仅展示了如何运用所学知识进行计算，更重要的是，他剖析了工程师在面对实际问题时，如何根据现场条件和材料特性来选择最合适的分析方法。这种“从问题到方法，再到解决方案”的闭环讲解模式，极大地提升了学习的实际价值。对于我这种渴望将理论转化为实践的人来说，这种务实的态度是极其宝贵的，它让我感觉自己正在学习的不是一套过时的理论，而是一套活生生的解决问题的工具箱。

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阅读这本书的过程，仿佛经历了一场结构严谨的思维体操训练。它并非简单地罗列公式和定理，而是用一种近乎叙事的方式，将力学体系的建立过程娓娓道来。作者似乎非常擅长于捕捉初学者的思维盲点，总能在关键的转折点设置一些启发性的提问，引导读者主动思考“为什么是这样”而不是仅仅停留在“记住了公式”。例如，在讲解平衡条件的推导时，书中没有直接给出最终结论，而是通过对微小位移的假设和能量原理的引入，层层递进，让人恍然大悟，原来这些看似僵硬的规则背后，隐藏着如此精妙的物理直觉。我特别欣赏作者对“理想化模型”的讨论，他坦诚地指出了在建立模型时所做的简化假设，并探讨了这些假设在实际工程问题中可能带来的误差范围，这对于培养严谨的工程思维至关重要，它教会我们如何区分理论的完美与现实的复杂。这种深度和广度兼备的讲解，让这本书远超一般的入门教材范畴。

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这本书的参考资料和习题设计，展现了作者对教学法的深刻理解。章节末尾的习题集，设计得极具层次感，从最基础的概念验证题，到需要综合运用多个章节知识点的综合大题，再到一些具有启发性的开放式讨论题，覆盖面非常广。更值得称赞的是，它提供了详细的解题思路引导，而不是直接给出最终答案。这种“授人以渔”的方式，极大地鼓励了自主学习和批判性思考。我发现自己不再是简单地套用公式，而是开始尝试自己构建求解路径。此外，书后附带的“进阶阅读”列表非常专业，推荐的都是领域内的一些经典文献和最新研究方向，这为我后续的学术探索指明了清晰的路径。这本书不仅仅是一本教材，更像是一个良师益友，它不仅传授知识，更重要的是，它塑造了一种科学研究者应有的严谨态度和探索精神，让人受益终身。

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