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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