机械原理MATLAB辅助分析(李滨城)（第二版）

前言

“机械原理”课程是机械类专业必修的一门核心主干技术基础课程，该课程的教学质量是关系到机械类学生能否成为创新人才的重要条件之一，也是各高校机械类专业提高本科教学质量的关键指标。现今，计算机辅助设计在机械原理学科中得到了广泛的应用。为了在教学中培养学生利用计算机先进软件解决实际问题的思维方法和动手能力，我们从2007年开始尝试在机械原理教学中应用MATLAB软件辅助机械原理分析与综合,已执行至今。在多年教学改革实践的基础上，编写了《机械原理MATLAB辅助分析》(版)   ，2011年出版。随着信息技术的高速发展，我们开始了探索数字与信息环境下，如何全面引入数字技术，把数字资源、计算机辅助分析技术与教学内容密切结合，探索数字与信息环境下的教学手段与教学模式的改革，取得了良好的教学效果，积累了丰富的课程数字资源，包括程序、图像和动画等，将数字化资源与传统纸质教材结合并一体化设计，极大地丰富了知识的呈现形式，拓展了原有的教材内容，在提高课程教学效果的同时，为学生学习提供了更加广阔的思维与探索的空间。

此次修订是在本书版的基础上，希望更加注重学科传统内容、现代信息技术和先进教学模式的融合，将教学内容和教学活动有机地结合起来，重点从以下两个方面进行了修订。

在内容上，新增“工程应用分析案例——机械系统设计与分析”一章，目的是强化学生借助于信息技术、综合应用机械原理知识解决工程实际问题的能力，启迪创新思维，培养工程意识，丰富工程认知，为创新实践能力的提高打下良好的基础。

在出版形式上，通过增加基于移动终端和互联网的多媒体数字资源，使之成为集文字、程序、图像、动画为一体的多媒体教材，形成一套传统教学内容和现代化教学手段相结合的新形态教材。这些数字资源在修订版书中以二维码的形式出现(本书配套程序的二维码列在本页，图像、动画二维码位于正文相应位置)，扫描后即可下载或观看，以方便学生随时随地使用移动设备进行学习，突破时空、地域的限制。我们相信这套新形态教材无论对配合教师的教学，还是为学生提供基于网络拓展的学习，都将会提供方便，从而极大地提高教、学两方面的效率以及人才的培养质量。

江苏科技大学有关领导和兄弟院校机械原理学科组的教师对本书的修订给予了热情的帮助和支持，在此谨致深切的谢意。

由于编者水平有限，书中定有不妥之处，恳请读者批评指正。

编者

2018年9月

版前言

现今，计算机辅助设计在机械原理学科中得到了广泛的应用。为了在教学中培养学生利用计算机先进软件解决实际问题的思维方法和动手能力，我们从2007年开始尝试在机械原理教学中应用MATLAB辅助机械原理分析与综合，在多年教学改革实践的基础上，编写了这本《机械原理MATLAB辅助分析》。

本书运用科学与工程计算语言MATLAB进行编程计算，它是一种数值计算的优秀工具，易学易用，一般学生只要经过10多个小时的练习就能够用它完成所需要的计算。

本书在内容编写上首先是应用解析法建立分析或综合的数学模型，然后通过具体的计算实例来说明数学模型的使用方法，接着用MATLAB进行编程计算。书中所附程序全部在计算机上调试通过，有些实例还根据运算结果绘制出了相应的分析曲线图和设计仿真图。其目的一方面可加深学生对课程内容的理解，提高分析问题和解决问题的能力；另一方面，意在培养学生独立编程能力，掌握MATLAB编程方法和技巧。

在编写本书过程中，编者参考了高等院校理工科机械类专业机械原理课程的现行教学大纲，也参照了兄弟院校编写的《机械原理》有关教材。

江苏科技大学有关领导和机械原理学科组对本书的编写和出版给予了热情的帮助和支持，在此谨致深切的谢意。

由于编者水平有限，加之编写仓促，书中定有不妥之处，恳请读者批评指正。

编者

2010年10月

章平面连杆机构的运动分析1

节平面连杆机构运动分析概述1

第二节铰链四杆机构的运动分析2

第三节曲柄滑块机构的运动分析7

第四节导杆机构的运动分析12

第五节六杆机构的运动分析17

习题27

第二章平面连杆机构的力分析31

节平面连杆机构力分析概述31

第二节铰链四杆机构的力分析32

第三节曲柄滑块机构的力分析39

第四节导杆机构的力分析45

第五节六杆机构的力分析51

习题60

第三章连杆机构设计64

节铰链四杆机构类型判断64

第二节几何法按连杆上活动铰链已知位置设计四杆机构69

第三节位移矩阵法按连杆预定位置设计四杆机构78

第四节解析法按连杆预定位置设计四杆机构83

第五节按预定的运动规律设计四杆机构86

第六节按行程速比系数及有关参数设计四杆机构91

习题100

第四章凸轮机构设计105

节推杆常用的运动规律105

第二节凸轮轮廓曲线的设计106

第三节程序设计实例109

习题117

第五章齿轮机构设计119

节渐开线函数的计算119

第二节渐开线标准直齿圆柱齿轮的设计计算123

第三节直齿圆柱齿轮机构传动设计计算128

第四节渐开线齿轮的范成130

习题134

第六章机械的运转及其速度波动的调节135

节机械的运转及其速度波动的调节概述135

第二节机械系统的等效动力学模型136

第三节机械运动方程式139

第四节机械运转的速度波动及其调节方法147

习题149

第七章机构优化设计151

节平面连杆机构再现已知运动规律的优化设计151

第二节平面连杆机构再现已知运动轨迹的优化设计156

第三节凸轮机构压力角及其位置的确定161

习题165

第八章工程应用分析案例——机械系统设计与分析166

节插床导杆机构运动学和动力学分析166

第二节四自由度工业机械手位姿分析179

第三节并联机床运动学位置逆解分析184

第四节工程管道相贯线切割设备的设计190

参考文献198