本書是根據(jù)教育部高等學(xué)校機械基礎(chǔ)教學(xué)指導(dǎo)委員會制定的“機械原理課程教學(xué)基本要求”編寫的。全書內(nèi)容從機構(gòu)分析,機構(gòu)設(shè)計,機構(gòu)系統(tǒng)與運動方案設(shè)計到機械動力學(xué)設(shè)計,遵循以設(shè)計為主線,以加強基本概念、基本理論、基本方法,理論與工程實踐相結(jié)合為指導(dǎo)思想,對傳統(tǒng)機械原理的內(nèi)容進行了整合與拓展。
本書是根據(jù)教育部高等學(xué)校機械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會制訂的《機械原理課程教學(xué)基本要求》,以設(shè)計為主線,以加強基本理論、基本方法和基本知識為基礎(chǔ),以培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新設(shè)計能力為目標編寫的。在編寫中,既汲取了國內(nèi)外同類教材的優(yōu)點,又結(jié)合作者多年的教學(xué)科研經(jīng)驗,也根據(jù)本課程與時俱進的要求,引入了一些新內(nèi)容。
一、編寫本書指導(dǎo)思想的說明
1.繼承、去舊、增新、拓展、創(chuàng)新
繼承機械原理的傳統(tǒng)經(jīng)典內(nèi)容;刪除過于陳舊內(nèi)容,如用圖解法設(shè)計凸輪廓線等;增加新內(nèi)容,如變胞機構(gòu)自由度的計算等;拓展機械原理的一些內(nèi)容,如自由度的線性相關(guān),柔性機構(gòu)等;加強機構(gòu)創(chuàng)新內(nèi)容,如利用機構(gòu)組成原理進行機構(gòu)設(shè)計等。
2.強調(diào)加強基本理論、基本方法和基本知識的培養(yǎng)
為適應(yīng)“加強基礎(chǔ)、拓寬專業(yè)”的改革思想,加強了機構(gòu)的基本概念、機構(gòu)分析與機構(gòu)設(shè)計方法的內(nèi)容,為機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
3.強調(diào)以設(shè)計為主線,培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計意識與學(xué)習(xí)設(shè)計方法貫穿全書
機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析部分增加了利用機構(gòu)組合原理進行機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)容,將機構(gòu)運動分析納入機構(gòu)設(shè)計的性能檢驗,并在機構(gòu)力分析中增加了利用摩擦特性設(shè)計自鎖機構(gòu)的內(nèi)容;連桿機構(gòu)設(shè)計部分突出了連桿機構(gòu)的演化與變異設(shè)計,增加了連桿機構(gòu)設(shè)計的幾何代數(shù)法;凸輪機構(gòu)部分增加了偏距的設(shè)計等內(nèi)容;機械平衡突出為機械平衡設(shè)計;機械運轉(zhuǎn)過程中速度波動的調(diào)節(jié)強調(diào)了飛輪設(shè)計。“設(shè)計”主線貫穿了全書。
4.理論與實踐相結(jié)合,強調(diào)工程應(yīng)用能力
盡量引入工程實例,把習(xí)題分為理解、分析與設(shè)計、自測練習(xí)三部分。選編了很多結(jié)合工程實踐的習(xí)題,有利于培養(yǎng)解決實際問題的能力。
5.提高可讀性,改革插圖風格
本書插圖采用三維實物圖和灰度圖,層次分明。改進插圖促進對理論與方法的理解。
二、本書體系的說明
為突出設(shè)計主線,本書的體系為:機構(gòu)分析-機構(gòu)設(shè)計-機構(gòu)系統(tǒng)及運動方案設(shè)計-機械動力學(xué)設(shè)計。從機構(gòu)組成與分析入手,建立機構(gòu)的基本概念,再進行運動分析與受力分析,學(xué)習(xí)研究機構(gòu)性能的方法。進而講述各種機構(gòu)的設(shè)計理念與方法,并在掌握幾種典型基本機構(gòu)的設(shè)計方法后,再講述基本機構(gòu)如何組合成機構(gòu)系統(tǒng)及其運動方案的設(shè)計。最后講述考慮到動力學(xué)因素的機械系統(tǒng)的平衡設(shè)計與飛輪設(shè)計,從而形成了完整的機構(gòu)及其系統(tǒng)的教學(xué)體系。
緒論
第一節(jié) 機械總論
第二節(jié) 機械原理課程的研究對象與內(nèi)容
第三節(jié) 學(xué)習(xí)機械原理課程的目的與方法
第四節(jié) 機械原理發(fā)展過程簡介
習(xí)題
第一章 機械原理的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)
第一節(jié) 矢量及其運算
第二節(jié) 坐標變換與矩陣運算
第三節(jié) 非線性方程組的數(shù)值解法
第二章 平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析
第一節(jié) 運動鏈與機構(gòu)
第二節(jié) 機構(gòu)運動簡圖
第三節(jié) 機構(gòu)自由度的計算
第四節(jié) 機構(gòu)分析與創(chuàng)新
第五節(jié) 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析的拓展內(nèi)容簡介
習(xí)題
第三章 平面機構(gòu)的運動分析
第一節(jié) 平面機構(gòu)運動分析概述
第二節(jié) 用速度瞬心法對機構(gòu)進行
速度分析
第三節(jié) 用相對運動圖解法對機構(gòu)進行
運動分析
第四節(jié) 用解析法對機構(gòu)進行運動分析
習(xí)題
第四章 平面機構(gòu)的力分析
第一節(jié) 平面機構(gòu)力分析概述
第二節(jié) 計入慣性力的機構(gòu)力分析
第三節(jié) 計人摩擦的機構(gòu)力分析
第四節(jié) 自鎖機構(gòu)的分析與設(shè)計
習(xí)題
第五章 平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計
第一節(jié) 平面連桿機構(gòu)的特點與基本
形式
第二節(jié) 平面連桿機構(gòu)的基本性質(zhì)
第三節(jié) 平面連桿機構(gòu)的設(shè)計
習(xí)題
第六章 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計
第一節(jié) 凸輪機構(gòu)概述
第二節(jié) 從動件的運動規(guī)律及其設(shè)計
第三節(jié) 凸輪輪廓曲線的設(shè)計
第四節(jié) 凸輪機構(gòu)基本尺寸的設(shè)計
第五節(jié) 凸輪廓線的計算機輔助設(shè)計
第六節(jié) 凸輪機構(gòu)的受力分析
習(xí)題
第七章 齒輪機構(gòu)及其設(shè)計
第一節(jié) 齒輪機構(gòu)的分類
第二節(jié) 齒廓嚙合的基本定律
第三節(jié) 漸開線齒廓及其嚙合特點
第四節(jié) 漸開線標準直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸
第五節(jié) 漸開線直齒圓柱齒輪機構(gòu)的嚙合傳動
第六節(jié) 漸開線圓柱齒輪的加工及其根切現(xiàn)象
第七節(jié) 變位齒輪傳動設(shè)計
第八節(jié) 平行軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu)
第九節(jié) 蝸桿傳動機構(gòu)
第十節(jié) 圓錐齒輪機構(gòu)
習(xí)題
第八章 輪系及其設(shè)計
第一節(jié) 輪系及其分類
第二節(jié) 定軸輪系傳動比的計算
第三節(jié) 周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算
第四節(jié) 混合輪系傳動比的計算
第五節(jié) 行星輪系設(shè)計中的其他問題
第六節(jié) 其他類型的行星輪系簡介
習(xí)題
第九章 其他類型機構(gòu)
第一節(jié) 螺旋機構(gòu)
第二節(jié) 萬向機構(gòu)
第三節(jié) 棘輪機構(gòu)
第四節(jié) 槽輪機構(gòu)
第五節(jié) 凸輪式間歇運動機構(gòu)
第六節(jié) 不完全齒輪機構(gòu)
第七節(jié) 摩擦輪傳動機構(gòu)
第八節(jié) 廣義機構(gòu)概述
習(xí)題
第十章 空間連桿機構(gòu)及機器人機構(gòu)
第一節(jié) 空間連桿機構(gòu)概述
第二節(jié) 機器人機構(gòu)概述
第三節(jié) 機器人機構(gòu)的正解與逆解簡介
習(xí)題
第十一章 機構(gòu)系統(tǒng)及其運動方案的設(shè)計
第一節(jié) 機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計概述
第二節(jié) 機構(gòu)系統(tǒng)的運動協(xié)調(diào)設(shè)計
第三節(jié) 機構(gòu)系統(tǒng)的組成方法
第四節(jié) 機械系統(tǒng)運動方案的設(shè)計
習(xí)題
第十二章 機械系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)及其速度波動的調(diào)節(jié)
第一節(jié) 機械運轉(zhuǎn)過程分析
第二節(jié) 機械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型
第三節(jié) 機械系統(tǒng)的運動方程
第四節(jié) 周期性速度波動及其調(diào)節(jié)
第五節(jié) 非周期性速度波動及其調(diào)節(jié)
習(xí)題
第十三章 機械的平衡設(shè)計與實驗
第一節(jié) 機械平衡概述
第二節(jié) 剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計
第三節(jié) 剛性轉(zhuǎn)子的平衡實驗
第四節(jié) 平面機構(gòu)的平衡簡介
習(xí)題
機械原理中英文名詞術(shù)語對照表
參考文獻
機械原理課程是機械設(shè)計及理論學(xué)科中研究機械科學(xué)中具有共性的基礎(chǔ)理論和設(shè)計方法的課程,所以其內(nèi)容是機械設(shè)計及理論學(xué)科的重要內(nèi)容之一。
通過前面的說明已經(jīng)知道,機器種類眾多,但組成機器的機構(gòu)種類是有限的。因為任何機械都是由機構(gòu)組成的,所以研究機構(gòu)的組成,運動與動力設(shè)計就是研究機械中的共性問題。
二、機械原理發(fā)展過程簡介
機械的使用減輕或代替了人類的勞動,改善了人類的生活條件,促進了人類社會的進步與發(fā)展。但長期以來,人們只是憑匠人的言傳身教來制造機械,沒有理論與方法的指導(dǎo),也缺少圖樣記載,因此古代機械的發(fā)展不但比較緩慢,而且很多古代機械已經(jīng)失傳。
17世紀的歐洲文藝復(fù)興和18世紀初期的工業(yè)革命,推動了機械工業(yè)的空前發(fā)展,這時,迫切需要用有關(guān)機器的理論來指導(dǎo)生產(chǎn),就是在這種形勢下,德國人勒洛(Reuleaux)于1875年出版了《機械運動學(xué)》,奠定了機械原理的基礎(chǔ)。限于當時的條件,分析和設(shè)計方法采用了作圖方法。在同期,俄國人契比雪夫(Chebyshev)應(yīng)用代數(shù)法解決了機構(gòu)的近似設(shè)計問題,機械原理逐漸形成了一門獨立的技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)科,為指導(dǎo)機械產(chǎn)品的設(shè)計提供了理論與方法,促進了機械工業(yè)的大發(fā)展。20世紀30年代,各國開始對機器和機構(gòu)的理論進行比較深入地研究。以德國學(xué)者為代表的機構(gòu)學(xué)專家以幾何學(xué)為基礎(chǔ),對各類機構(gòu)的分析與設(shè)計方法進行了系統(tǒng)的研究,取得了很大的成就。直到現(xiàn)在,很多教科書中仍然采用幾何法進行機構(gòu)的分析與設(shè)計。蘇聯(lián)的機構(gòu)學(xué)專家運用代數(shù)法對機構(gòu)分析與設(shè)計的方法進行了深入研究,在機構(gòu)精確度、包絡(luò)理論、空間機構(gòu)、機構(gòu)動力學(xué)領(lǐng)域做出了很大貢獻。我國機構(gòu)學(xué)家劉仙洲教授,先后在北洋大學(xué)、東北大學(xué)、清華大學(xué)等多所大學(xué)任教,奠定了我國機械原理的基礎(chǔ)。
第二次世界大戰(zhàn)以后,隨著電子計算機的發(fā)明與普及,機器與機構(gòu)的理論研究取得飛速發(fā)展。數(shù)學(xué)與計算機語言的結(jié)合,使得過去不能解決的問題變得容易了。以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ),以計算機為工具的機構(gòu)分析與設(shè)計方法正在沖擊傳統(tǒng)的幾何方法;優(yōu)化設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計、仿生設(shè)計、機電一體化正在豐富機械原理課程的內(nèi)容。
進入21世紀以來,我國機械原理的課程體系發(fā)生了很大變化。由機構(gòu)分析與機構(gòu)設(shè)計并重的課程體系發(fā)展到以設(shè)計為主線的課程體系,突出了設(shè)計內(nèi)容,特別是突出了創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)容,為培養(yǎng)自主型設(shè)計人員提供理論和技術(shù)基礎(chǔ)。
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