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机械设计基础：理论精讲与工程应用 本书特色与定位 本教材旨在为工科院校机械设计基础课程的学习者提供一套系统、深入且紧密结合工程实践的理论学习与习题训练资源。我们深知，机械设计是连接基础理论与工程实现的关键桥梁，因此，本书在内容组织上力求兼顾理论的严谨性、概念的清晰性以及实际应用的可操作性。 本书内容覆盖了机械设计基础课程的核心知识体系，从最基本的机械原理、常用机构分析，到强度理论、失效预防、标准件选用以及初步的机械系统设计思路，都进行了详尽的阐述与推导。我们的目标不仅仅是让学生掌握计算公式，更是要培养他们形成正确的机械设计思维模式，理解设计背后的物理意义和工程约束。 第一部分：机械系统基础与运动分析 本部分是理解后续复杂机械设计的基石。我们从机械的本质出发，系统介绍了机械的组成要素、功能分类以及工作原理。 绪论与机构学基础： 详细阐述了机构运动分析的基本概念，包括运动链、自由度计算（重点讲解了平面机构和空间机构的许次准则），以及如何用运动学方法描述机构的输入与输出关系。我们特别强调了速度瞬心法和相对运动法的应用，并通过丰富的平面连杆机构、凸轮机构实例，展示了如何进行机构的运动轨迹分析和干涉检查。 机械传动基础： 齿轮传动是机械传动的心脏。本书对渐开线理论进行了深入浅出的讲解，从几何尺寸的确定到承载能力的计算，都提供了详尽的步骤和规范。内容涵盖了标准直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮以及锥齿轮的基本结构、啮合原理和强度计算（包括齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度）。同时，蜗轮蜗杆传动的特殊性、自锁现象及其在变速和增大传动比方面的优势也被单独成章讨论。 带传动与链传动部分，侧重于传动效率、包角限制、初拉力确定以及张紧方式的选择。对于带传动，我们详细分析了弹性滑动和初拉力对寿命的影响；对于链传动，则重点分析了链节距、传动比的限制以及链条的润滑与安装要求。 第二部分：机械的强度、寿命与可靠性 这是机械设计中决定产品安全性和耐久性的核心内容。本部分严格遵循国家和行业标准，强调从应力状态出发分析结构安全性。 材料力学基础回顾与应用： 虽然材料力学是先修课程，但本书在介绍强度分析时，重新梳理了材料的应力-应变关系、弹性模量、泊松比等基本参数，并着重讲解了各种组合应力状态下的等效应力计算方法。 失效形式与强度理论： 详细分析了疲劳失效和静力失效两种主要失效形式。在疲劳强度方面，深入探讨了S-N曲线的意义、平均应力对疲劳极限的影响（如修正的Haigh图），以及表面处理（如喷丸强化）对提高疲劳寿命的作用。在静力强度方面，系统介绍了最大剪应力理论（Tresca）和最大能量理论（Von Mises）在不同材料和载荷条件下的适用性，并指导读者如何根据设计规范选择合适的安全系数。 连接技术： 螺纹连接、键连接和销连接是实现零部件装配和传递扭矩的关键。螺纹连接部分不仅讲解了普通螺纹的几何参数和强度计算，更深入到螺栓连接的预紧力计算、螺纹的抗拉和抗剪能力分析，以及如何防止螺纹的松动问题。键和销连接则侧重于确定工作载荷下键的尺寸，以及如何平衡剪切和挤压的强度要求。 轴的设计与校核： 轴作为主要传动部件，其设计是综合应用强度和刚度要求的典范。本书按照“先校核后设计”的思路，指导学生如何根据传递的功率、转速、联接件的配合以及承受的载荷情况（弯矩和扭矩的组合），对轴的直径进行初步估算，然后根据刚度要求进行精确校核，并考虑轴的疲劳强度和横向振动特性。 第三部分：滚动轴承与摩擦、磨损控制 本部分聚焦于减少机械运动中的能量损失和提高运行精度。 滚动轴承： 滚动轴承的选择是机械设计中常见且关键的一环。本书详细介绍了滚动轴承的分类（代号、结构特点）、基本工作原理和主要失效模式（疲劳剥落）。重点讲解了额定寿命计算（基于动态和静态负载）、轴承的安装与游隙选择，以及如何根据载荷类型（径向、轴向、复合载荷）正确选用轴承型号。 摩擦、润滑与磨损： 阐述了摩擦的本质，干摩擦、边界润滑和流体润滑状态的区别。润滑剂的选择、润滑方式（滴油、飞溅、循环等）的确定，是保障设备长期可靠运行的必要条件。内容还涵盖了机械零件在工作过程中的磨损机理及其预防措施。 第四部分：弹簧与其他常用元件 螺旋弹簧设计： 详细分析了螺旋抗拉、螺旋抗压弹簧的几何参数、受力分析以及疲劳寿命校核。讨论了并联和串联弹簧组的等效刚度计算，并强调了弹簧的预设定型和有效圈数对性能的影响。 联轴器与制动器： 联轴器的作用在于连接轴系并补偿一定的安装误差，本书区分了刚性、挠性以及可分离式联轴器，并分析了它们在传递扭矩和吸收振动方面的特性。制动器部分则侧重于分析其制动原理（摩擦制动），计算必要的摩擦力矩和控制力，以满足特定的减速或停车要求。 结论 本书的编排逻辑遵循了“从机构到元件，从理论到应用，从静载到动载”的原则。通过详实的理论推导、规范化的计算步骤以及大量的工程实例分析，我们力求为读者构建一个扎实、全面且具有高度实践指导意义的机械设计基础知识体系。学习本书后，读者将能够独立完成小型机械系统的初步设计与主要零部件的强度校核工作。
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