具体描述
《航空概论》主要介绍飞机飞行原理和飞机主要构造，具体讲述了空气动力学基础、飞机各设备原理与构造及微型飞行器、无人机的发展等知识。
机械设计基础 导论：机械设计在现代工程中的地位与核心理念 机械设计是工程技术领域的核心基石之一，它不仅仅是将各个零件简单地组合起来，而是一个充满创造性、系统性、并严格遵循科学原理的复杂过程。本书旨在为读者提供坚实的机械设计理论基础、系统的设计思维方法，以及应对实际工程挑战所需的工具和技能。在当今快速发展的技术时代，从微型传感器到巨型航空航天结构，所有依靠机械运动和结构支撑的系统都离不开精妙的设计。因此，理解机械设计的基础原理，对于任何希望从事制造业、自动化、能源或先进材料等领域的工程师而言，都是至关重要的第一步。 机械设计的目标是创造出满足特定功能要求、性能可靠、制造成本合理且易于维护的机械产品或系统。这个过程涉及对材料科学、力学（静力学、动力学、材料力学）、制造工艺以及经济学原理的综合运用。本书将从最基础的机械原理出发，逐步深入到具体的元件设计和系统集成。 第一部分：机械设计的基础理论与工具 第一章：工程材料及其选择 机械系统的性能和寿命在很大程度上取决于所用材料的特性。本章将详尽介绍工程中最常用的几类材料：金属（黑色金属与有色金属）、高分子材料、陶瓷以及复合材料。重点在于理解材料的力学性能——强度、刚度、韧性、疲劳极限和蠕变特性——与微观结构之间的关系。 晶体结构与宏观性能关联： 探讨金属的晶体结构如何影响其加工性能和力学响应。 热处理与性能调控： 深入分析退火、正火、淬火和回火等热处理工艺对钢材硬度和强度的影响机制。 工程应用中的材料选择原则： 强调在特定载荷条件、温度环境和腐蚀介质下，如何依据性能价格比进行最优材料选择。 第二章：机械传动的基础与动力学分析 机械系统离不开能量和运动的传递。本章专注于分析和设计实现不同转速和扭矩传递的机构。 摩擦学基础： 阐述静摩擦、动摩擦、滚动摩擦的理论模型，及其在轴承和齿轮啮合中的应用。 机械效率与功率流分析： 建立能量损失模型，指导系统优化。 振动与冲击载荷： 初步介绍机械系统在动态工作条件下面临的固有频率、共振现象，以及如何通过阻尼和刚度设计来抑制有害振动。 第三章：应力分析与可靠性设计 可靠性是机械设计的核心指标。本章将引入材料力学的核心概念，应用于实际构件的强度校核与设计。 复杂应力状态分析： 集中研究拉伸、弯曲、扭转以及组合载荷下的应力集中现象。引入莫尔圆等图解法和张量分析方法。 失效理论： 重点讲解基于屈服和基于断裂的失效准则（如冯·米塞斯准则），指导构件的尺寸确定。 疲劳强度设计： 疲劳是导致机械零件失效的最主要原因。详细介绍S-N曲线、疲劳极限、应力集中系数K_t的计算，以及线性累积损伤理论（Miner准则）。 安全系数的确定： 探讨如何根据载荷性质、材料标准和工作环境来科学地选取安全系数。 第二部分：常用机械元件的设计与计算 本部分将聚焦于机械设计中最常出现的标准化和通用化元件，提供详细的设计步骤和计算规范。 第四章：连接元件的设计 连接是保证系统集成和可拆卸性的关键技术。 静连接设计： 螺栓、螺钉和螺母的预紧力计算、强度校核，特别是变载荷下的疲劳寿命评估。讨论螺纹的自锁性与防松措施。 动连接设计： 铆接和焊接的应力分析。焊接结构的疲劳性能评估及其与母材的性能匹配。 键、销与联轴器的选择： 根据传递扭矩和对齐精度要求，选择合适的键联接形式，并设计联轴器以补偿轴系的对中误差。 第五章：轴系的设计与校核 轴是机器中承受载荷并传递运动和扭矩的关键转动零件。 轴的载荷分析： 综合分析工作载荷（扭矩、弯矩）和结构载荷（自重、惯性力）。 强度设计： 运用组合梁的强度校核公式，确定轴的最小直径。特别关注过渡配合和键槽处的应力集中。 刚度校核（变形控制）： 确保轴的挠度、倾斜度在允许范围内，以保障配合件的精度和运行平稳性。 疲劳寿命校核： 考虑变载荷下轴的累积损伤，进行高周疲劳设计。 第六章：滑动轴承与滚动轴承的设计 轴承是实现可靠旋转运动的“心脏”。 滚动轴承的选型与寿命计算： 依据径向载荷、轴承类型、转速和期望寿命（L10寿命），查阅标准图表，选择合适的轴承型号。深入探讨动载荷系数和使用系数对寿命的影响。 滑动轴承的设计基础： 介绍润滑理论（雷诺兹方程的简化应用），分析油膜的形成与承载能力，以及热平衡的计算。 润滑、密封与散热： 探讨不同工况下对润滑剂的要求，以及密封件（如油封、迷宫式密封）在保持清洁度和防止泄漏中的作用。 第七章：齿轮传动的设计与优化 齿轮传动因其高效率和紧凑的结构，是应用最广泛的动力传递方式之一。 直齿圆柱齿轮设计： 详细讲解齿轮的基本参数（模数、齿数、压力角）的确定。 齿面接触疲劳（点蚀）强度校核： 基于赫兹接触应力理论，校核齿面在交变载荷下的抗点蚀能力。 齿根弯曲疲劳强度校核： 基于梁的弯曲理论，校核齿根在最大弯矩下的抗折断能力。 蜗轮蜗杆传动： 介绍其自锁特性、效率计算和热平衡问题，适用于大传动比场合。 第三部分：机械系统的动态行为与控制 第八章：机械系统的动力学响应 在高速和高精度要求的应用中，必须考虑系统的动态特性。 自由振动分析： 对单自由度和多自由度系统进行模态分析，确定系统的固有频率和振型。 强制振动分析： 分析外部激励（如不平衡力、激振力）对系统响应的影响，重点在于如何设计以避免或减弱共振。 冲击与非线性动力学初步： 讨论瞬态载荷下的能量吸收机制，以及摩擦、间隙等非线性因素对系统稳定性的影响。 第九章：机构的运动学与动力学综合 本章将运动分析与受力分析结合，以指导机构的优化设计。 速度和加速度的瞬心法与矢量法： 精确解析复杂连杆机构的运动学特性。 反作用力与驱动力计算： 利用牛顿-欧拉法或拉格朗日方程，计算机构运动过程中所需的输入驱动力矩。 动态平衡与平稳性设计： 针对高速往复机构（如内燃机），分析动平衡的原理和配重设计方法，以减少振动和对轴承的冲击载荷。 结语：面向制造的设计与数字化工具 机械设计是一个闭环过程，设计方案必须能够被经济有效地制造出来。本课程的最后部分将强调面向制造的设计（DFM）和面向装配的设计（DFA）的理念，确保设计方案在实际生产中具有可行性。同时，介绍现代计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助工程（CAE）工具（如有限元分析FEA）在设计迭代、优化和验证中的核心作用，使读者为进入实际的工程实践做好准备。通过对这些基础知识的深入掌握，读者将能够独立承担从概念到实际产品的复杂机械系统的设计任务。
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