“机械设计基础”是高等职业技术教育和高等专科教育机械设计与制造类和机电工程类专业的主干课程。
全书内容分为5篇:第1篇“机械设计概论和机构结构”主要介绍机械设计概论、现代设计方法应用概述及平面机构的结构分析,是机构和机械设计的共性基础知识;第2篇“常用机构”主要从传递运动的角度介绍一些常用机构(如平面连杆机构、凸轮机构、轮系及其他常用机构)的工作原理、应用和运动设计方法;第3篇“机械传动”主要从传递动力的角度讲述一些常见的机械传动(如带传动、链传动、齿轮传动和蜗杆传动等)的工作原理、标准规范和设计计算方法;第4篇“轴系零部件”主要介绍轴系(包括滑动轴承、滚动轴承、轴及轴系、联轴器、离合器和制动器等主要零部件)的工作原理、组合设计和选用计算方法;第5篇“机械连接”介绍常用机械连接(包括键、销和螺纹连接)和弹性连接(弹簧)的工作原理、标准规范和计算方法。
《国家示范性高等职业院校成果教材·机械系列:机械设计基础(第3版)》在各个章节中都有许多机械设计计算、分析和作图等的能力训练案例,以及典型零件工作图,并且摘录了部分机械设计常用的标准和规范。书后还附有凸轮机构设计和运动分析、圆柱齿轮传动设计计算和转轴强度计算等的Matlab程序及应用实例。
《国家示范性高等职业院校成果教材·机械系列:机械设计基础(第3版)》可以作为高等职业技术教育和高等专科教育机械设计与制造类和机电工程类专业“机械设计基础”课程的教材,也可供有关专业的渎者和工程技术人员参考。
高等职业技术教育和高等专科教育是高等教育的重要组成部分,其目标是培养生产、服务、技术和管理第一线的高级应用型人才,这是一种以横向扩展能力为主、纵向延伸能力为辅的实用人才。随着科学技术的不断发展,新的产业不断产生,新技术、新工艺、新设备、新材料、新系统和新软件等不断涌现,要把最新的技术成果转换成为生产力,相应的高级应用型人才是非常关键的。高等职业技术教育和高等专科教育是职业教育的高等层次,是教育为经济发展服务的一个重要结合点,是把我国的人力优势转化为智力优势、把智力优势转换为生产力的重要桥梁。
高等职业技术教育注重以职业道德为重点的思想品德教育,它以技术应用为本位,建立以职业能力为中心的教学体系。遵照高等职业技术教育的教学特色和教学开发精神,在构建学生专业知识结构和培养专业技能方面,学生应当具有“必需”、“够用”和相对宽而浅的知识结构,能够依托专业基本理论和实践技能,具备向相关专业渗透和连接的实践能力,表现在掌握丰富的与相关专业的“接口”能力上。在教学内容上,将课程中以理论教学为主的内容,转变为以实践教学为主的内容;在教学安排上,将课程中以理论体系传授为主的教学,转变为以专业运作能力训练为主的教学。从与21世纪我国社会主义现代化建设要求相适应的生产、服务、技术和管理第一线需要大量高级应用型人才的角度出发,加强对学生素质和综合职业能力的培养,特别是注重对学生运用知识、创新意识、合作精神和适应能力的培养。
“机械设计基础”是高等职业技术教育和高等专科教育机械设计制造类专业的主干课程。为了推动高职和高专相关专业的教学改革,适应“机械设计基础”教学和实训的需要,按照课程在专业知识能力结构中的地位和课程教学目标,编写出有高等职业技术教育和高等专科教育特色、面向21世纪的教材,中国高等职业教育研究会和清华大学出版社于2000年4月在深圳职业技术学院召开了高职和高专机电类教学改革与教材建设研讨会,参加《机械设计基础》教材编写组的10多所高等学校教师在专业建设和课程教学改革实践的基础上,通过认真讨论拟定的编写大纲和达成的共识,进行了通力合作,精心编写了本书。
“机械设计基础”课程的开发要强调适当综合化和适当实施化。本书按照课程内容本身的内在联系和模块教学要求,建立“机械设计概论和机构结构”、“常用机构”、“机械传动”、“轴系零部件”和“机械连接”等5个模块。在教材内容上力求降低重心、拓宽面向、精选知识点,更新内容、突出应用,采用新颁布的国家标准规范。叙述简明扼要,减少对公式的推演,讲求实用,方便教学。书中打“”号的内容是为了拓宽和延伸与该课程密切相关的知识面,以求做好与现代科学技术成果的接口,供不同专业在教学中酌情取舍。
在知识经济时代,机械的常规设计方法必须有现代设计方法的理念,才有生命力。现代设计方法涉及的内容十分广泛,本书力图从高等职业技术教育的特色和层次出发,叙述和讨论有关的问题,主要包括计算机辅助设计、优化设计和创新设计等基本知识和概念,使学生在已有基础上对此有一个新的概念和思维方法,从而达到整体优化学生的知识、能力和素质,特别是培养设计思想、设计方法和创新思维能力的目的。
本书自2001年出版发行以来,被许多高职高专院校师生选用。为了适应高职高专人才培养模式的改革和科技发展进步,在第1版基础上作了进一步的修改、补充和完善,在2005年出版了第2版,并在2006年被教育部审定为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。为了进一步实施高等职业技术教育对技术应用和高技能人才的培养模式,突出课程教学的能力目标和知识目标,结合工学和精品课程建设的成果,第3版增添了许多能力训练案例,便于教师讲授和引导,也便于学生自学和应用。该书作为“机械设计基础”课程教学内容和教学方法的知识载体,其体系结构和内容力求反映科学技术的发展和需求,符合高职高专相关专业的教学特点和学生的认知规律;在表现形式和陈述方式上,能够引导学生利用已有的知识去学习和探索新知识、新技术,有助于教师、学生和教材之间的交流,有利于理论教学与实践教学的结合,使教师在教材的平台上可以创造性地进行教学活动。
本书由佛山职业技术学院郭仁生(第1~4, 6, 10章和附录)、苏州工业园职业技术学院魏宣燕(第12~15章)、北京联合大学机械工程学院张京辉(第8, 9和11章)、广东轻工职业技术学院王军(第5和7章)和韶关学院黄晨华(第16和17章)等编著,郭仁生担任主编并对全书统稿,魏宣燕担任副主编。
本书第1版由华南理工大学谢存禧教授精心审阅,第3版由吉林工业职业技术学院栾学钢教授精心审阅,提出了许多宝贵意见,编者在此表示衷心的感谢。
恳请读者对书中的缺点和不妥之处进行指正。
编 者2010年10月
第1篇 机械设计概论和机构结构
第1章 机械设计概论
1.1 课程概论
1.1.1 机械的概念和组成
1.1.2 机械设计发展概述
1.1.3 本课程的内容、基本要求和学习特点
1.2 机械设计过程
1.3 功能原理设计
1.3.1 功能原理设计的特点
1.3.2 功能分析
1.3.3 功能类型和求解思路
1.4 机械设计约束
1.4.1 承载能力约束
1.4.2 技术性能约束
1.4.3 标准化约束
1.4.4 产品成本约束
1.4.5 可持续发展约束
1.5 机械结构设计
1.5.1 零件的相关与结构要素
1.5.2 结构设计的基本要求
1.5.3 结构设计的构型变换
1.5.4 结构设计准则
思考和实训习题
第2章 现代设计方法应用概述
2.1 计算机辅助设计
2.1.1 概述
2.1.2 编制CAD程序的方法
2.2 优化设计
2.2.1 概述
2.2.2 优化设计的数学模型
2.2.3 优化问题的数值解法
2.2.4 运用Matlab优化工具箱函数求解优化设计问题概述
2.3 创新设计
2.3.1 创新设计的实质
2.3.2 创造性思维的特点和类型
2.3.3 创新设计的概念和解决原理
2.3.4 机械创新设计应用实例
思考和实训习题
第3章 机构结构分析
3.1 平面机构的组成
3.2 平面机构运动简图
3.3 平面机构自由度和运动确定性
3.3.1 平面机构的自由度
3.3.2 机构自由度计算中的特殊情况处理
3.3.3 平面机构具有确定运动的条件
思考和实训习题
第2篇 常用机构
第4章 平面连杆机构
4.1 平面连杆机构的类型和应用
4.1.1 铰链四杆机构
4.1.2 滑块四杆机构
4.1.3 运动副变换
4.2 平面连杆机构的基本特性
4.2.1 急回特性
4.2.2 传力分析
4.3 平面连杆机构的运动分析
4.4 平面连杆机构的运动设计
4.4.1 按照给定连杆位置设计铰链四杆机构
4.4.2 按照给定行程速度变化系数设计四杆机构
4.4.3 铰链四杆机构的运动几何方程
4.4.4 按照给定的两连架杆对应位置设计铰链四杆机构
4.5 多杆机构的应用
思考和实训习题
第5章 凸轮机构
5.1 凸轮机构的类型和应用
5.1.1 凸轮机构的组成和类型
5.1.2 凸轮机构的特点与应用
5.2 从动件基本运动规律
5.2.1 从动件基本运动规律的运动方程和线图
5.2.2 从动件运动规律的选择
5.3 凸轮轮廓设计
5.3.1 用图解法设计凸轮轮廓
5.3.2 用解析法设计凸轮轮廓
5.3.3 凸轮机构的计算机辅助设计
5.4 凸轮机构基本参数和尺寸的确定
5.4.1 凸轮机构的压力角及许用值
5.4.2 凸轮基圆半径的确定
5.4.3 滚子半径的确定
5.5 凸轮机构的结构、材料和工作图
5.5.1 凸轮和从动件的结构
5.5.2 凸轮和从动件的材料及选择
5.5.3 凸轮工作图
思考和实训习题
第6章 轮系
6.1 定轴轮系
6.1.1 定轴轮系传动比
6.1.2 定轴轮系传动比符号的确定方法
6.1.3 定轴轮系各级传动比的分配
6.2 行星轮系
6.2.1 行星轮系的分类
6.2.2 行星轮系的传动比
6.2.3 行星轮系传动比符号的确定方法
6.3 组合轮系
6.4 轮系的功用
6.5 其他行星传动简介
6.5.1 渐开线少齿差行星传动
6.5.2 摆线针轮行星传动
6.5.3 谐波齿轮传动
思考和实训习题
第7章 其他常用机构
7.1 棘轮机构
7.1.1 棘轮机构的组成和工作原理
7.1.2 棘轮机构的类型、特点和应用
7.1.3 棘轮机构的应用实例
7.1.4 棘轮机构的基本参数和几何尺寸
7.2 槽轮机构
7.2.1 槽轮机构的组成和工作原理
7.2.2 槽轮机构的类型、特点和应用
7.2.3 槽轮机构的基本参数和尺寸
7.2.4 槽轮机构的运动特性
7.3 螺旋机构
7.3.1 螺旋机构的工作原理和类型
7.3 螺纹的形成和分类
7.3.3 螺纹的基本参数和尺寸
7.3.4 螺旋机构的运动分析
7.3.5 螺旋副的效率和自锁
7.3.6 滑动螺旋副的材料和结构特点
7.4 机构的组合与应用
7.4.1 机构的串联式组合
7.4.2 机构盼并联式组合
7.4.3 机构的反馈式组合
7.4.4 机构的复合式组合
7.5 机构的选型与应用
思考和实训习题
第3篇 机械传动
第8章 带传动
8.1 带传动的工作原理和应用
8.1.1 带传动的工作原理
8.1.2 带传动的类型、特点和应用
8.2 带传动的受力分析和应力分析
8.2.1 受力分析
8.2.2 应力分析
8.3 带传动的弹性滑动与失效形式
8.4 V带和V带轮
8.4.1 V带结构和基本尺寸
8.4.2 V带轮的材料、结构与工作图
8.5 带传动的安装和张紧
……
第4篇 轴系零部件
第5篇 机械连接
附录
参考文献