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《机械原理与设计实践》 内容简介： 《机械原理与设计实践》是一本面向机械工程领域学生及从业人员的综合性教程，旨在深入阐释机械系统的基本原理，并将其应用于实际设计过程。本书聚焦于机械传动、机构分析、材料力学、以及机械零件的设计与制造等核心内容，力求为读者构建一个系统、扎实的机械工程知识体系。 第一篇：机械系统基础理论 本篇将从最基本的概念出发，为读者打下坚实的理论基础。 第一章 机械系统概述： 1.1 机械系统的构成要素： 详细介绍构成机械系统的基本单元，包括工作部件（实现特定功能的零件）、传动机构（传递运动和动力）、动力源（提供能量的设备）以及控制系统（调节和协调各部件工作）。通过具体实例，如汽车发动机、工业机器人等，来生动阐述这些要素的相互关系和作用。 1.2 机械系统的功能分析： 探讨机械系统如何实现其预设功能。讲解能量转换、运动变换、信息处理等基本过程，并分析不同类型机械系统（如动力机械、物料搬运机械、自动化设备）在功能实现上的差异。 1.3 机械系统的分类与特点： 梳理机械系统的多样化分类方法，包括按功能（如通用机械、专用机械）、按结构（如刚性结构、柔性结构）、按驱动方式（如电力驱动、液压驱动、气动驱动）等。分析不同类别机械系统的应用领域和技术特点。 1.4 机械设计的基本流程： 概述机械设计从概念产生、方案选择、详细设计到制造、装配、调试的完整过程。强调在设计初期进行需求分析、可行性研究的重要性。 第二章 机构运动分析与综合： 2.1 连杆机构： 深入分析平面连杆机构的结构特点、运动规律和应用。重点讲解曲柄滑块机构、四连杆机构（铰链四杆机构）等的自由度计算、速度与加速度分析。通过作图法和解析法，指导读者理解机构的运动轨迹和动力学特性。 2.2 齿轮与齿轮传动： 详细介绍齿轮的几何参数、啮合原理、传动比计算。系统讲解直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等常见齿轮传动的类型、特点、优缺点及其在机械中的应用。 2.3 凸轮机构： 阐述凸轮机构的工作原理，包括凸轮轮廓的设计、从动件的运动规律（如等速、等角加速/减速、正弦、余弦规律）的选择与生成。讲解凸轮机构在自动化设备、发动机配气机构等方面的应用。 2.4 其他常用机构： 介绍万向联轴器、螺旋传动、棘轮机构、棘轮棘爪机构、往复运动机构等常用机构的工作原理、结构特点和应用场景，帮助读者拓宽机构知识面。 第三章 机械传动原理： 3.1 齿轮传动： 深入讲解齿轮传动的效率、承载能力、润滑、强度计算。分析齿轮副的强度设计（齿根弯曲强度和齿面接触强度）以及齿轮传动的精度等级。 3.2 带传动： 阐述带传动的基本原理，包括三角带传动、V型带传动、平带传动、同步带传动等。分析带的张紧、打滑现象，讲解带传动的功率计算、寿命设计以及带轮的设计。 3.3 链传动： 介绍链条的种类、结构、优点和缺点。讲解链传动的传动比、效率、中心距计算，以及链条的张紧和润滑要求。 3.4 减速器与变速器： 探讨常用减速器（如行星齿轮减速器、摆线针轮减速器）和变速器（如机械式变速器）的工作原理、结构组成、传动特性和应用。 第四章 材料力学基础： 4.1 应力与应变： 详细讲解材料在外力作用下的应力（内力与截面面积之比）和应变（变形与原长度之比）的概念。分析轴向拉伸/压缩、剪切、弯曲、扭转等基本受力情况下的应力状态。 4.2 材料的力学性能： 介绍常用工程材料（如各种钢材、铝合金、铸铁、塑料等）的力学性能指标，包括弹性模量、泊松比、屈服强度、抗拉强度、伸长率、硬度等。讲解如何通过实验（如拉伸试验）来测定这些性能。 4.3 强度与刚度计算： 应用材料力学原理，对简单零件进行强度校核（保证零件在工作载荷下不发生破坏）和刚度校核（保证零件的变形在允许范围内）。讲解许用应力、安全系数的概念。 4.4 构件的变形： 分析梁的弯曲变形、轴的扭转变形等，推导相关变形计算公式，指导读者进行合理的结构设计以满足变形要求。 第二篇：机械零件设计与制造 本篇将深入讲解常用机械零件的设计方法、制造工艺及装配技术。 第五章 轴与轴系设计： 5.1 轴的类型与受力分析： 区分传动轴、心轴等不同类型轴，并对轴在承受弯矩、扭矩、轴向力等载荷下的受力情况进行详细分析。 5.2 轴的强度与刚度设计： 应用材料力学知识，对轴进行强度校核和刚度校核，确保轴在各种工况下都能安全可靠地工作。 5.3 轴的结构设计： 讲解轴的轴段划分、外形尺寸确定、键槽、油孔、退刀槽等结构要素的设计。 5.4 轴承的选择与安装： 介绍滚动轴承（如球轴承、滚子轴承）和滑动轴承的结构、工作原理、分类和选用原则。讲解轴承的安装、润滑和维护要点。 第六章 联轴器与离合器设计： 6.1 联轴器的作用与分类： 阐述联轴器在连接旋转轴线、传递扭矩、补偿轴线偏差等方面的作用。介绍刚性联轴器、弹性联轴器、可调式联轴器等不同类型联轴器的结构特点和适用范围。 6.2 离合器的作用与分类： 讲解离合器在传递或切断动力、实现机构的起动、制动、换挡等方面的功能。介绍摩擦离合器、液力离合器、电磁离合器等工作原理。 6.3 联轴器与离合器的选用与计算： 指导读者根据传动载荷、转速、轴线偏差等因素，选择合适的联轴器和离合器，并进行必要的强度和寿命计算。 第七章 紧固件与连接设计： 7.1 螺纹连接： 详细介绍螺纹的基本参数、螺纹种类（如普通螺纹、矩形螺纹、梯形螺纹）及其应用。讲解螺栓、螺母、垫圈等紧固件的选用和连接的强度计算，包括预紧力、防松措施等。 7.2 键连接与花键连接： 阐述键连接（如半圆形键、普通键、 Woodruff 键）和花键连接在传递扭矩、轴与轮配合方面的作用。讲解键的选用、设计计算及安装要求。 7.3 销连接与铆接： 介绍圆柱销、圆锥销、开口销等销连接的使用特点。讲解铆接的类型、工艺流程及设计考虑。 7.4 焊接连接： 简述焊接连接的原理，介绍常见的焊接方法（如手工电弧焊、埋弧焊、氩弧焊）及其在机械制造中的应用。 第八章 弹簧与密封件设计： 8.1 弹簧的类型与选用： 介绍螺旋压簧、螺旋拉簧、板簧、碟形簧等常见弹簧的结构特点、工作原理及应用。讲解弹簧的设计计算，包括载荷、变形、应力等。 8.2 密封件的作用与分类： 阐述密封件在防止介质泄漏、阻挡外部杂质进入机械设备中的重要性。介绍动密封（如油封、O形圈）和静密封（如垫片、密封胶）的原理、结构和材料。 8.3 密封件的选用与失效分析： 指导读者根据工作压力、温度、介质种类等因素选择合适的密封件，并分析常见的密封失效原因。 第三篇：机械制造工艺与实践 本篇将重点介绍机械零件的加工方法、热处理工艺以及装配调试技术，强调理论与实践的结合。 第九章 切削加工工艺： 9.1 车削加工： 讲解车削加工的基本原理、工艺方法（如外圆车削、内圆车削、端面车削、螺纹车削）以及常用机床（如普通车床、数控车床）。 9.2 铣削加工： 介绍铣削加工原理、铣床类型（如卧式铣床、立式铣床）、铣削方式（如顺铣、逆铣）以及典型加工（如平面铣削、键槽铣削、成形铣削）。 9.3 钻削与镗削加工： 讲解钻孔、扩孔、锪孔、倒角、镗孔等加工方法及其应用。 9.4 磨削加工： 介绍外圆磨、内圆磨、平面磨、无心磨等磨削方法，以及磨削加工在提高零件精度和表面质量方面的作用。 9.5 加工精度与表面粗糙度： 深入讲解尺寸公差、形状公差、位置公差的概念，以及表面粗糙度参数（如Ra、Rz）的意义，并介绍如何通过合理的工艺选择来达到所需的加工精度和表面质量。 第十章 金属热处理工艺： 10.1 退火与正火： 讲解退火（消除内应力、降低硬度、改善切削性能）和正火（细化晶粒、提高强度和韧性）的工艺原理、目的及应用。 10.2 淬火与回火： 详细介绍淬火（提高硬度和强度）的基本过程，以及回火（降低脆性、提高韧性）的目的和不同回火工艺（如低温回火、中温回火、高温回火）的特点。 10.3 表面热处理： 介绍感应淬火、火焰淬火、渗碳淬火、氮化处理等表面强化技术，以及它们在提高零件表面硬度、耐磨性方面的效果。 10.4 热处理工艺参数的选择： 指导读者根据零件材料、尺寸、使用要求等因素，选择合适的热处理工艺参数（如加热温度、保温时间、冷却介质）。 第十一章 机械装配与调试： 11.1 装配工艺规程： 讲解装配工艺规程的作用，包括装配顺序、装配方法、检验标准、工具要求等。 11.2 零件的装配： 详细介绍各种配合（如基孔制、基轴制）的装配方法，以及轴承、齿轮、键等典型零件的装配技术。 11.3 润滑与清洗： 阐述润滑在减少摩擦磨损、冷却、防锈等方面的重要作用，介绍不同润滑方式（如油润滑、脂润滑、干油润滑）及润滑剂的选择。讲解装配前的零件清洗要求。 11.4 机械设备的调试： 介绍机械设备调试的基本步骤，包括空载调试、负载调试、性能测试等，以及故障排除的方法。 第四篇：工程实践与案例分析 本篇通过实际案例，将前述的理论知识和设计方法融会贯通，培养读者的工程实践能力。 第十二章 机械设计案例分析： 12.1 某机械传动装置的设计： 以一个具体的传动装置（如皮带轮减速机构）为例，从方案设计、零件选择、强度计算、图纸绘制等方面进行详细分析，展示完整的机械设计过程。 12.2 某夹具的设计： 讲解如何根据工件特点和加工要求，设计一套功能可靠、操作简便的夹具，体现了机构设计与加工工艺的结合。 12.3 某自动化设备关键部件的设计： 以自动化生产线中的某个执行机构或输送装置为例，分析其工作原理，并进行关键零件的设计与选型。 第十三章 机械故障分析与预防： 13.1 常见机械故障类型： 介绍机械设备中常见的故障现象，如磨损、疲劳、断裂、变形、泄漏、振动、噪音等。 13.2 故障的产生原因分析： 深入分析不同类型故障的根本原因，包括设计缺陷、制造误差、材料问题、操作不当、维护不及时等。 13.3 故障诊断与排除方法： 介绍常用的故障诊断技术，如听诊法、触诊法、测振法、油液分析法等，并提供相应的排除故障的策略。 13.4 机械设备故障预防措施： 强调预防为主的原则，讲解如何通过优化设计、改进工艺、加强维护、人员培训等手段，有效预防机械故障的发生。 本书特色： 理论与实践紧密结合： 每个章节都穿插实际工程应用案例，帮助读者理解理论知识的实际意义。 内容系统全面： 涵盖了机械原理、机械零件设计、制造工艺等机械工程的核心内容，为读者提供一个完整的学习框架。 图文并茂，易于理解： 大量配图和图表，直观形象地展示机械结构和工作原理，方便读者学习。 强调工程思维： 引导读者在设计和分析过程中，注重经济性、可靠性、安全性、可制造性等综合因素的考量。 适用的读者对象广泛： 适合机械设计制造及其自动化、机械工程等相关专业的本科生、研究生，以及从事机械设计、制造、维护等工作的工程师和技术人员。 《机械原理与设计实践》力求成为一本集知识性、实用性、可读性于一体的优秀教材，为读者在机械工程领域的学习和工作提供有力支持。
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