機(jī)械原理

前言

為了適應(yīng)21世紀(jì)我國現(xiàn)代化建設(shè)的需要，培養(yǎng)高質(zhì)量的工程科學(xué)技術(shù)人才、教育部從1996年開始實施了“面向21世紀(jì)高等工程教育教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計劃”，接著又決定建設(shè)國家工科基礎(chǔ)課程教學(xué)基地，這些措施推動了教育改革的深入發(fā)展，形成了一批有特色的課程體系和系列教材。由重慶大學(xué)國家工科基礎(chǔ)課程機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)基地組織編寫、機(jī)械工業(yè)出版社出版的“國家工科基礎(chǔ)課程教學(xué)基地機(jī)械基礎(chǔ)系列教材”就是其中之一。這套系列教材是國內(nèi)眾多資深教授的支持、指導(dǎo)和數(shù)十位長期從事教學(xué)和教學(xué)改革的教師辛勤勞動的結(jié)果，能夠滿足機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。這套系列教材緊密結(jié)合“機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)方案及教學(xué)內(nèi)容體系改革的研究與實踐”、“工程制圖與機(jī)械基礎(chǔ)系列課程教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革的研究與實踐”兩個面向21世紀(jì)重大教學(xué)改革項目和國家工科基礎(chǔ)課程機(jī)械基礎(chǔ)教學(xué)基地建設(shè)，集中反映了重慶大學(xué)等高校圍繞人才培養(yǎng)，在改革機(jī)械基礎(chǔ)課程體系和教學(xué)內(nèi)容方面所取得的成果。這套系列教材的特色在于將機(jī)械基礎(chǔ)系列課程分為設(shè)計基礎(chǔ)和制造基礎(chǔ)兩類課群。以拓寬基礎(chǔ)、培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用機(jī)械基礎(chǔ)理論與現(xiàn)代設(shè)計分析方法進(jìn)行機(jī)械設(shè)計和創(chuàng)新為宗旨，遵循認(rèn)知規(guī)律，明確課程定位，突破各課程自身的傳統(tǒng)體系，基本上實現(xiàn)了系列課程的整體優(yōu)化。通過“機(jī)械認(rèn)識實踐”的實踐教學(xué)，幫助學(xué)生建立機(jī)械的感性認(rèn)識。制造基礎(chǔ)課群則對原機(jī)械制造的冷、熱加工專業(yè)課程進(jìn)行了整合和改造，建立了適合寬口徑大機(jī)械專業(yè)的三個知識點——“機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)”、“材料成形工藝基礎(chǔ)”和“工程材料”。設(shè)計基礎(chǔ)課群對傳統(tǒng)的“機(jī)械設(shè)計”及“機(jī)械原理”進(jìn)行了大膽的嘗試性整合，展示了在“機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計”思維的引導(dǎo)下，運用“計算機(jī)圖形學(xué)”、“機(jī)械CAD／CAE技術(shù)基礎(chǔ)”等現(xiàn)代設(shè)計方法和手段進(jìn)行機(jī)械設(shè)計主線。這套系列教材較好地體現(xiàn)了面向21世紀(jì)機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革的思路，對機(jī)械類專業(yè)機(jī)械基礎(chǔ)系列課程體系及教學(xué)內(nèi)容的改革進(jìn)行了富有成效的探索與實踐。機(jī)械工業(yè)出版社出版這套教材，實為一件很有意義的事，其將為全國機(jī)械基礎(chǔ)課程體系的教改與教學(xué)提供又一套很有特色的教材。

內(nèi)容概要

本書是根據(jù)機(jī)械基礎(chǔ)系列課程教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革與實踐的成果，按照教育部頒發(fā)的相關(guān)“教學(xué)基本要求”而編寫的。為了滿足不同類型學(xué)校的教學(xué)需求，在基本教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)上作了適當(dāng)?shù)臄U(kuò)充，并安排了少量作為選修的內(nèi)容。    本書以“設(shè)計”為主線，內(nèi)容包括緒論、機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、平面連桿機(jī)構(gòu)及其分析與設(shè)計、凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計、齒輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計、輪系及其設(shè)計、其他常用機(jī)構(gòu)、機(jī)械動力學(xué)及機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計等八章。    本書可作為高等學(xué)校機(jī)械類各專業(yè)的教學(xué)用書，也可供非機(jī)類學(xué)生及機(jī)械工程領(lǐng)域的研究生和科研設(shè)計人員參考。

書籍目錄

序第2版前言第1版前言緒論  第一節(jié)機(jī)器的功能結(jié)構(gòu)及機(jī)構(gòu)  第二節(jié)機(jī)械總體方案設(shè)計的內(nèi)容及機(jī)械原理課程的定位與任務(wù)  第三節(jié)機(jī)械原理課程的主要內(nèi)容、基本要求與學(xué)習(xí)方法 　 一、機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計  　二、常用機(jī)構(gòu)的設(shè)計  　三、機(jī)械動力學(xué)  　四、機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計  　思考題第一章機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計  第一節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及簡圖  　一、構(gòu)件與自由度  　二、運動副與約束  　三、運動副的封閉  　四、運動鏈、機(jī)構(gòu)及簡圖  第二節(jié)機(jī)構(gòu)的自由度計算    一、機(jī)構(gòu)自由度計算公式    二、機(jī)構(gòu)具有確定運動的條件    三、平面機(jī)構(gòu)中的虛約束、局部自由度及    復(fù)合鉸鏈結(jié)構(gòu)  第三節(jié)  平面運動鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計的公式推導(dǎo)    法    一、公式推導(dǎo)法的若干設(shè)定    二、平面運動鏈的結(jié)構(gòu)公式及型數(shù)綜    合  第四節(jié)  按基本桿組的機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計與    結(jié)構(gòu)分析    一、平面低副機(jī)構(gòu)的組成原理    二、基本桿組    三、機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計的桿組法    四、平面機(jī)構(gòu)中的高副低代    五、機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析  習(xí)題第二章  平面連桿機(jī)構(gòu)及其分析與設(shè)計  第一節(jié)概述  第二節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)與分類    一、平面連桿機(jī)構(gòu)的基本運動學(xué)結(jié)構(gòu)    二、四桿機(jī)構(gòu)具有整轉(zhuǎn)副和曲柄存在的條件    三、平面四桿機(jī)構(gòu)的基本類型與演化    四、平面多桿及多自由度機(jī)構(gòu)  第三節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的基本特性及運動分析    一、平面連桿機(jī)構(gòu)的運動特性及其應(yīng)用    二、平面連桿機(jī)構(gòu)的基本工作特性與參數(shù)    三、平面連桿機(jī)構(gòu)的運動分析  第四節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu)的運動學(xué)尺寸綜合    一、平面連桿機(jī)構(gòu)運動學(xué)尺寸綜合的內(nèi)容與方法    二、平面連桿機(jī)構(gòu)的綜合方程及剛體位移矩陣    三、實現(xiàn)剛體鉿定位置的平面四桿機(jī)構(gòu)——剛體導(dǎo)引機(jī)構(gòu)的綜合    四、實現(xiàn)兩連架桿預(yù)期運動規(guī)律的平面四稈機(jī)構(gòu)綜合    五、實現(xiàn)預(yù)期軌跡的平面四桿機(jī)構(gòu)綜合  　六、平面四桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計（簡介）   習(xí)題第三章  凸輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計  第一節(jié)概述  　一、凸輪機(jī)構(gòu)的組成  　二、凸輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用　　……第四章　齒輪機(jī)構(gòu)及其設(shè)計第五章　輪系及其設(shè)計第六章　其他常用機(jī)構(gòu)第七章　機(jī)械動力學(xué)第八章　機(jī)械系統(tǒng)的方案設(shè)計參考文獻(xiàn)讀者信息反饋表

章節(jié)摘錄

插圖：第一節(jié)機(jī)器的功能結(jié)構(gòu)及機(jī)構(gòu)機(jī)器是人類通過長期生活及實踐創(chuàng)造出來的技術(shù)裝置，用以代替或減輕人的體力與腦力勞動，完成某種特定的功能；實現(xiàn)某種工藝（工作）過程的機(jī)械化、自動化與智能化；有效地提高工作效率、工作精確性與可靠性。機(jī)器的應(yīng)用，極大地擴(kuò)充了人的能力與活動空間，改善與提高了人類的生活水平與生活質(zhì)量，是人類發(fā)現(xiàn)與利用自然規(guī)律的結(jié)果，是人類既適應(yīng)自然又改造自然的強(qiáng)有力的工具，是社會生產(chǎn)力的重要組成部分。機(jī)器的功能就是實現(xiàn)物料、能量、信息的傳遞與交換。根據(jù)所實現(xiàn)的功能，機(jī)器可分以下三大類：1）工作（或工藝）機(jī)器。實現(xiàn)對物料的某種工作或工藝過程，作出機(jī)械功。如改變物料的形狀、尺寸及某些物理性質(zhì)；改變物料的位置與姿態(tài)等，例如金屬切削機(jī)床、軋鋼機(jī)、壓力加工機(jī)械、輕紡機(jī)械、食品機(jī)械以及各種起重機(jī)、運輸機(jī)等。2）力能機(jī)器。實現(xiàn)其他種類的能量與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換。如各種動力機(jī)器：內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)等。3）信息機(jī)器。主要實現(xiàn)其他形式的信息t（如電磁、熱、壓力、變形等）與機(jī)械運動信息間的傳遞與轉(zhuǎn)換。如各種計量、檢測機(jī)；機(jī)械運算與邏輯處理機(jī)，繪圖、打印、復(fù)印機(jī)以及各種操作機(jī)等。機(jī)器的結(jié)構(gòu)雖是千差萬別的，但就其功能結(jié)構(gòu)而言，現(xiàn)代機(jī)器一般都由動力子系統(tǒng)、傳動子系統(tǒng)、執(zhí)行子系統(tǒng)及測控子系統(tǒng)組成。就其功能實現(xiàn)而言，機(jī)器最根本的共性特征是通過“機(jī)械運動”來實現(xiàn)上述各物理量的傳遞和變換。因而機(jī)器的最基本功能結(jié)構(gòu)是能實現(xiàn)運動的傳遞與變換的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)——機(jī)構(gòu)。一般將機(jī)器與機(jī)構(gòu)統(tǒng)稱為“機(jī)械”。隨著社會與技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，機(jī)械的功能與結(jié)構(gòu)也在不斷地發(fā)展與變化。如智能機(jī)器人，航空、航天器，仿生機(jī)械，微型機(jī)械等現(xiàn)代機(jī)械，將電子、信息、測控、傳感、甚至動力等器械，與機(jī)械結(jié)構(gòu)有機(jī)融為一體，上述的功能劃分已變得模糊，使機(jī)械具有更強(qiáng)的可調(diào)控性，更廣泛的適應(yīng)性。一機(jī)可以多用，一機(jī)已集合了多種功能。但不論如何變化，作為機(jī)械，實現(xiàn)運動與力的傳遞與變換的機(jī)械結(jié)構(gòu)仍然是其主體。機(jī)械原理就是研究機(jī)器與機(jī)構(gòu)，特別是機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運動及動力學(xué)原理及其設(shè)計理論與方法的一門基本課程。通過前面各門課程的學(xué)習(xí)與實踐，對機(jī)器的功用、基本結(jié)構(gòu)有了較系統(tǒng)、深入的認(rèn)識。而本課程將從運動學(xué)、動力學(xué)等更加綜合、系統(tǒng)的角度來認(rèn)識、分析和設(shè)計機(jī)器的共性與基本功能組成——機(jī)構(gòu)及其組合系統(tǒng)。圖0.1 所示的單缸四沖程內(nèi)燃機(jī)，它屬于動力機(jī)器，其工作循環(huán)（四個沖程）如圖0-2所示。其基本功能是將燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)換為機(jī)械能，輸出機(jī)械功。其主要功能子系統(tǒng)是由氣缸2、活塞3、連桿6及曲軸9等實體所組成的可動聯(lián)接系統(tǒng)。

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