前言
機(jī)械動(dòng)力學(xué)課程在清華大學(xué)的開(kāi)設(shè)已有20多年歷史。
近幾年，楊義勇在中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）也開(kāi)設(shè)了機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)這一學(xué)位課程。上述課程所使用的教材均以
唐錫寬、金德聞編寫(xiě)的《機(jī)械動(dòng)力學(xué)》（高等教育出版社19
84年出版）為基礎(chǔ)，加上多種補(bǔ)充教材和講義。在多年的教學(xué)過(guò)程中，隨著對(duì)課程地位、學(xué)生學(xué)習(xí)的目的和課程體系的不斷探索，金德聞先后編寫(xiě)了《高速轉(zhuǎn)子的振動(dòng)與平衡》、《機(jī)械動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)》等補(bǔ)充教材和研究生學(xué)位課程講義《現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理論與方法》中的“機(jī)械動(dòng)力學(xué)”部分，金德聞、唐錫寬還配套編寫(xiě)了《機(jī)械動(dòng)力學(xué)習(xí)題、作業(yè)實(shí)驗(yàn)匯編》； 楊義勇則編寫(xiě)了《機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》講義。作者在對(duì)上述教材和講義進(jìn)行體系變更、內(nèi)容更新、擴(kuò)充和改寫(xiě)的基礎(chǔ)上，寫(xiě)成了這本新的《機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)》。
機(jī)械動(dòng)力學(xué)是應(yīng)用力學(xué)基本理論解決機(jī)械系統(tǒng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的一門(mén)學(xué)科，其核心問(wèn)題是建立機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與其內(nèi)部參數(shù)、外界條件之間的關(guān)系，從而找到解決問(wèn)題的途徑。該學(xué)科是機(jī)械性能設(shè)計(jì)的重要部分，在高速機(jī)械和精密機(jī)械中，機(jī)械動(dòng)力學(xué)性能的分析與設(shè)計(jì)中是不可缺少的，有時(shí)甚至是至關(guān)重要的。機(jī)械動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)的目的就是使學(xué)生了解機(jī)械系統(tǒng)中動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的類(lèi)型和掌握應(yīng)用力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)解決這些問(wèn)題的基本方法和途徑。機(jī)械系統(tǒng)千變?nèi)f化，但它們存在的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題有一定規(guī)律性，解決這些問(wèn)題的方法也有共性。
本書(shū)對(duì)機(jī)械動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容和體系的安排有以下特點(diǎn)：
（1） 按照系統(tǒng)的組成和運(yùn)行條件將機(jī)械系統(tǒng)分為剛性系統(tǒng)和考慮構(gòu)件彈性的系統(tǒng)兩大部分，以便根據(jù)它們不同的性質(zhì)分別講述處理動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的方法。
（2） 全書(shū)在介紹解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的方法中，以解決問(wèn)題的過(guò)程為線索，從機(jī)械系統(tǒng)力學(xué)模型的建立到動(dòng)力學(xué)方程的建立、求解和分析，再回到這些結(jié)果的運(yùn)用來(lái)講述。由此形成了不同機(jī)械系統(tǒng)之間的橫向聯(lián)系，這將有助于學(xué)生在了解各種機(jī)械系統(tǒng)處理方法的同時(shí)也掌握它們之間的共同規(guī)律。
（3） 在處理剛性機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題中，運(yùn)用“類(lèi)速度”和引入“偏類(lèi)速度”機(jī)構(gòu)學(xué)的概念來(lái)獲取動(dòng)力學(xué)方程，這不僅應(yīng)用方便，而且形成了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題和動(dòng)力學(xué)問(wèn)題之間的有機(jī)聯(lián)系。
此外，增加了對(duì)凱恩方程的介紹和應(yīng)用，并指出凱恩方法中的“偏速率”與機(jī)構(gòu)學(xué)中“偏類(lèi)速度”的一致性，可作為機(jī)構(gòu)學(xué)與一般力學(xué)方法之間的銜接點(diǎn)。
（4） 在含彈性構(gòu)件的機(jī)械系統(tǒng)中，由于存在不同的機(jī)構(gòu)，包括定軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等，這些機(jī)構(gòu)的處理方法有所不同，因此根據(jù)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)把機(jī)構(gòu)學(xué)的分析方法與動(dòng)力學(xué)的一般原理相結(jié)合，
分別講述這些機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。
（5） 在介紹含間隙運(yùn)動(dòng)副的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中，按照連續(xù)接觸和非連續(xù)接觸的模型的分類(lèi)給出了不同的處理方法。此外，增加了間隙對(duì)機(jī)械動(dòng)力學(xué)性能影響的實(shí)例分析，以便學(xué)生對(duì)間隙副問(wèn)題有更為實(shí)際的理解。
（6） 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使用計(jì)算機(jī)建立機(jī)械系統(tǒng)的力學(xué)模型，并用數(shù)值仿真的方法預(yù)測(cè)系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)特性是動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和研究的重要手段。本書(shū)專(zhuān)門(mén)安排一章介紹有關(guān)的軟件系統(tǒng)，并將近年來(lái)科研工作中的成果作為應(yīng)用實(shí)例給出，以便于學(xué)生了解應(yīng)用這些軟件可以解決的問(wèn)題。
本書(shū)內(nèi)容共有9章。第1章的緒論介紹了機(jī)械系統(tǒng)中常見(jiàn)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，從學(xué)科核心問(wèn)題上區(qū)分機(jī)械動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的類(lèi)型和解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的一般過(guò)程。這一章是學(xué)習(xí)后面內(nèi)容的基礎(chǔ)。第2章、第3章講述剛性機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析與設(shè)計(jì)，其中第2章按照系統(tǒng)的自由度，即單自由度和多自由度的系統(tǒng)，分別介紹它們對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的建立方法、求解及應(yīng)用。機(jī)構(gòu)慣性力平衡問(wèn)題是機(jī)械動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的重要的基本問(wèn)題，也有系統(tǒng)的解決方法，因此第3章專(zhuān)門(mén)講述了機(jī)構(gòu)慣性力平衡的原理與方法。第4章和第5章論述含彈性構(gòu)件的機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)。根據(jù)不同機(jī)構(gòu)不同的問(wèn)題和不同的處理方法，第4章分別介紹了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題； 第5章則又回到含彈性構(gòu)件機(jī)械中一個(gè)極其重要的問(wèn)題——含彈性轉(zhuǎn)子的機(jī)械的動(dòng)平衡問(wèn)題，它既屬于動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)問(wèn)題，也是機(jī)械運(yùn)行中的問(wèn)題。雖然轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)已形成一門(mén)專(zhuān)門(mén)學(xué)科，但因其在機(jī)械動(dòng)力學(xué)中的重要性，本書(shū)仍然介紹了轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的基本內(nèi)容，這可以為進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。第6章是含間隙副機(jī)械的動(dòng)力學(xué)。運(yùn)動(dòng)副中的間隙是影響機(jī)械運(yùn)行性能的重要因素，對(duì)運(yùn)動(dòng)的精度和穩(wěn)定性都有重要影響。本章以間隙模型的類(lèi)型為線索，介紹不同接觸狀態(tài)下的模型建立方法，并通過(guò)實(shí)例使學(xué)生具體了解間隙副對(duì)機(jī)械性能的影響。第7章是含變質(zhì)量構(gòu)件的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，敘述了平面機(jī)構(gòu)力矩形式和能量形式的動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)火箭動(dòng)力學(xué)等問(wèn)題也有初步介紹，這對(duì)從事航天工程研究的讀者有一定意義。第8章是機(jī)械動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真算法基礎(chǔ)，該章介紹了數(shù)值仿真的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。第9章為機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真軟件與實(shí)例，介紹了用ADAMS軟件的建模與仿真計(jì)算、Pro/E 動(dòng)態(tài)仿真與工程分析，并給出了仿真實(shí)例。
　本書(shū)后面附有練習(xí)題，有些題目工作量較大，可作為從建模到計(jì)算，再對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行討論的小型課題。如果能與相關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備相結(jié)合，則可以形成從建模、計(jì)算到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的大型課題，使學(xué)生對(duì)解決動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的過(guò)程有較完整的了解。
　學(xué)習(xí)這門(mén)課程需要的先修課程是高等數(shù)學(xué)、理論力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)和計(jì)算方法，此外還需要具備分析力學(xué)和振動(dòng)理論基礎(chǔ)知識(shí)。為了便于學(xué)生學(xué)習(xí)，本書(shū)在用到上述課程的基礎(chǔ)理論時(shí)，給出了所用到的結(jié)論或公式。需要了解它們的來(lái)源時(shí)，可參閱其他相關(guān)書(shū)籍。
本書(shū)第1、2章由清華大學(xué)金德聞和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）楊義勇撰寫(xiě)，第3~6章由金德聞編寫(xiě)，第7、8章由楊義勇編寫(xiě)，第9章由楊義勇、金德聞撰寫(xiě)。上海交通大學(xué)鄒慧君教授對(duì)編寫(xiě)本書(shū)提出了諸多寶貴意見(jiàn)，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）的王成彪教授、呂建國(guó)教授也對(duì)本書(shū)的編寫(xiě)給予了熱情支持，清華大學(xué)張濟(jì)川教授對(duì)本書(shū)所述的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的完成也作出了重要貢獻(xiàn)； 此外，
第6章和第8、9章中的動(dòng)力學(xué)分析實(shí)例是由清華大學(xué)博士生賈曉紅和H.O.Dimo分別完成的，在此謹(jǐn)向上述各位學(xué)者和研究生一并表示感謝。
由于作者的水平有限，編寫(xiě)過(guò)程有些倉(cāng)促，書(shū)中可能難免會(huì)有一些錯(cuò)訛，敬請(qǐng)各位讀者給予批評(píng)指正。
作者
2009年4月于北京