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机械设计基础：工程实践中的核心技能与应用 本书简介 《机械设计基础》是一本系统性、实践导向的工程技术专著，旨在为机械、电子、材料以及相关工程领域的学生和专业人士提供坚实的理论基础与实用的设计方法。本书聚焦于机械系统中最基本、最核心的结构设计、运动分析与强度校核，是理解和构建现代机械装置的基石。 本书内容组织遵循“理论—计算—应用”的逻辑主线，覆盖了机械设计中不可或缺的各个关键模块。我们深刻理解，一个成功的机械设计，不仅依赖于对原理的掌握，更依赖于对工程约束（如材料性能、制造精度、可靠性要求）的精确权衡。因此，本书在阐述理论的同时，大量引入实际工程案例和标准化设计流程，确保读者能够将所学知识直接转化为解决实际工程问题的能力。 第一部分：机械设计的基本概念与工程基础 本部分首先确立了机械设计的全局观和方法论。我们详细阐述了机械系统的通用组成、设计的基本原则（如安全性、可靠性、经济性、可制造性）以及人机工程学的初步考量。 机械系统分析： 深入探讨了机械的功能、结构、运动和能量转换之间的关系。引入了运动学和动力学的基本工具，用于描述和预测机构的运行状态。 材料力学基础回顾与延伸： 虽然本书不是纯粹的材料力学教材，但我们系统地回顾并深化了应力、应变、弹性模量、屈服强度和极限强度的概念。特别强调了不同材料（金属、复合材料、工程塑料）在实际工作载荷下的响应特性，为后续的强度设计打下基础。 第二部分：机构的运动与传动 机构设计是机械系统的“骨架”与“关节”。本部分侧重于如何设计出满足特定运动要求的结构单元。 平面连杆机构分析与综合： 详细解析了曲柄滑块机构、摇杆机构等基本构件的工作原理。重点讲解了瞬心法、速度矢量图法在速度分析中的应用。我们提供了实用的机构演化图表，指导读者如何通过对导杆、曲柄长度的调整，实现所需的输入输出运动关系。 凸轮机构的设计： 凸轮是实现复杂非匀速运动的关键。本书系统介绍了各种凸轮轮廓（如简谐运动、等加速等减速运动、多项式曲线）的数学建模与加工精度要求。特别探讨了滚子与凸轮的接触分析，避免常见的冲击和卡滞现象。 齿轮传动原理与设计： 齿轮是机械中最普遍的动力传递元件。我们深入讲解了标准直齿圆柱齿轮的几何参数计算、渐开线啮合理论及其优越性。内容涵盖了齿轮的强度计算（弯曲强度和接触疲劳强度），并提供了如何根据传递功率、中心距和传动比进行标准模数选择的流程图。同时，对斜齿轮、人字齿轮在轴向载荷处理上的特殊性进行了探讨。 带传动与链传动： 针对需要柔性连接或大中心距传动的场合，本书细致分析了V带、平带的摩擦特性、包角要求、紧边和松边张力的计算。对于链传动，则侧重于节距选择、链速对效率的影响以及润滑的重要性。 第三部分：连接与装配技术 机械零件的可靠连接是确保系统整体性能的关键。本部分内容紧密结合工程实践中的连接要求。 静连接设计： 螺纹连接与紧固： 详细分析了普通螺纹的自锁条件、螺纹副的摩擦特性。重点是螺栓连接的预紧力计算，如何根据工作载荷（静载、变载、冲击载荷）选择合适的螺栓数量、材料等级，并运用预紧力法确保连接的持久可靠性。 铆接与胶接： 针对特定材料（如航空结构中的薄板或复合材料），我们介绍了铆接的承载模式和胶接的界面应力分布特点。 动连接设计： 轴与轴承系统： 深入讲解了滚动轴承的选型原则（L10寿命计算是核心），以及如何根据径向载荷、轴向载荷和工作转速确定轴承的额定寿命。我们提供了如何根据工况确定滚动轴承的等效载荷的实用方法。同时，对滑动轴承的润滑理论（油楔效应）进行了概述。 销、键、花键连接： 阐述了这些常用传递扭矩连接件的尺寸确定方法，强调了在尺寸公差和配合选择上必须考虑的过盈量与配合精度对连接强度的影响。 第四部分：机械零件的强度与寿命设计 这是机械设计中最考验工程师严谨性的部分，涉及将材料性能转化为可靠的结构形式。 失效模式分析： 系统分类介绍机械零件的失效形式：静力破坏（屈服、断裂）、疲劳破坏（低周、高周）、蠕变和接触疲劳。 静强度校核： 依据最大剪应力理论、最大拉应力理论（胡斯塔尔/冯·米塞斯准则）对轴、杆、梁等典型零件进行强度评估。书中特别强调了应力集中现象的识别与处理，例如在孔、槽、倒角等处的应力集中系数K_t的查找与应用。 疲劳强度设计： 疲劳是机械零件最常见的失效形式。本书详述了S-N曲线的构建、疲劳极限的概念。核心内容在于如何应用Miner准则进行复杂变载荷下的累积损伤评估，以及如何根据有效应力法和修正系数（如表面粗糙度系数、尺寸系数、表面处理系数）来校核零件的抗疲劳寿命。 可靠性设计导论： 引入概率和统计学方法，从确定性设计向基于可靠性指标的设计过渡，理解失效概率与设计裕度的关系。 本书特色与目标读者 本书在内容深度上力求精确，在讲解方式上力求清晰。每章后都附有大量的工程习题，涵盖了从基础计算到复杂系统集成的挑战性问题。特别值得一提的是，本书在关键公式推导后，会提供标准查表和简化近似的使用指南，这对于快速工程估算和实际产品开发至关重要。 本书适合对象包括：高等院校机械工程、机电工程、车辆工程、航空航天工程专业的本科生及研究生；从事设备设计、工艺规划、故障分析及产品研发的工程师。通过学习本书，读者将能够独立完成从概念提出到详细零件图纸设计的全过程，并能对现有机械系统的薄弱环节进行科学的评估和优化。 （总字数：约 1510 字）
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