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机械设计与制造基础 第一章 绪论 本章旨在为读者构建一个坚实的工程基础认知，介绍机械设计与制造领域的学科范畴、发展历程及其在现代工业体系中的核心地位。我们将深入探讨机械系统对人类社会进步所起的关键作用，从宏观的工业自动化到微观的精密仪器，机械原理无处不在。 重点阐述工程材料的基础知识，包括金属材料、高分子材料及复合材料的晶体结构、力学性能（如强度、塑性、韧性、疲劳极限）和物理化学特性。材料的选择是机械设计的第一步，直接决定了部件的可靠性和寿命。我们将分析不同应力状态下材料的行为模式，为后续的强度计算打下理论基础。 同时，本章引入机械制图的基础规范，遵循国家及国际标准（如ISO、ANSI），讲解二维和三维视图的表达方法，包括投影原理、尺寸标注和公差配合的几何符号解读。熟练掌握工程图是工程师进行有效沟通和制造的基础语言。 第二章 机械零件基础 本章详细剖析最常用、最基础的机械零件，解析它们的功能、结构特点、失效形式及设计原则。 2.1 联接 静联接： 重点分析螺纹联接（普通螺纹、特殊螺纹的设计计算，螺栓的预紧力分析与防松措施）、键联接（平键、花键、楔键的受力分析与尺寸确定）、销联接和铆接。深入探讨螺纹联接的强度校核，包括拉伸、剪切和压溃的极限工况。 动联接： 详细阐述滚动轴承和滑动轴承的设计与选型。滚动轴承部分涵盖静载荷和交变载荷下的寿命计算（$L_{10}$寿命），润滑选择（润滑剂的粘度、清洁度对轴承性能的影响），以及轴承的安装与维护。滑动轴承则侧重于油膜理论（Reynolds方程的简化应用）、接触应力和散热问题的处理。 2.2 齿轮传动 本章是传动设计的核心。首先介绍直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和人字齿轮的几何参数、基本误差和精度等级。随后，深入到强度计算，包括齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度（点蚀）。分析齿轮的失效模式，并引入齿形系数、应力修正系数等修正参数的应用。针对高速、重载工况，探讨润滑和冷却对齿轮寿命的影响。 2.3 轴系零件 轴的设计是机械结构的关键。本章讨论各种轴的类型（传动轴、心轴、曲轴等）及其特点。重点在于强度校核，包括扭转强度、弯曲强度和组合应力下的疲劳强度校核。分析临界转速和振动问题，介绍轴的材料选择、热处理对提高轴性能的作用，以及键槽、沟槽等结构对局部应力集中的影响。 第三章 机构运动与动力学分析 本章从理论力学向工程实际过渡，研究机构的运动规律和受力分析。 机构运动分析： 学习平面机构（如四杆机构、凸轮机构）的运动简图绘制、瞬心法和速度/加速度多边形法在速度和加速度分析中的应用。重点理解机构的运动特性，如速度变化率和死点现象。 机构动力学： 引入达朗贝尔原理，分析机构运动过程中的惯性力。讲解如何计算机构的冲击载荷和振动特性。针对高速运动机构，分析飞轮的设计原理，用于平稳转矩输出，并计算所需的飞轮转矩。 机械系统的平衡与振动： 探讨旋转体和往复运动机构的动平衡原理。分析单自由度和多自由度系统的自由振动与强迫振动，介绍减振降噪的基本方法，如隔振器的选择和阻尼材料的应用。 第四章 机构设计与优化 本章将理论知识应用于具体的设计实践，强调系统化和迭代优化的设计流程。 总体方案设计： 从满足功能需求出发，进行方案的比较与选择，包括传动比的初步确定、运动路线的规划。 机构的优化设计： 运用可靠性理论和参数化设计方法，结合有限元分析（FEA）工具，对关键受力部件进行应力集中分析和拓扑优化，以达到轻量化和高可靠性的目标。 可制造性设计（DFM）： 讨论如何根据所选制造工艺（如铸造、锻造、机加工）来优化零件的几何形状，减少加工难度和成本。例如，倒角、拔模斜度、壁厚均匀性的考虑。 润滑、密封与维护： 设计过程中必须考虑的实际因素。讲解不同工况下的润滑方式（飞溅润滑、压力润滑），以及旋转体、往复运动体的密封技术（填料密封、迷宫密封、油封），确保设备长期稳定运行。 第五章 制造工艺基础 理解制造过程是实现设计意图的必要环节。本章概述主要的现代制造技术。 成形工艺： 详细介绍铸造（砂型、金属型、压力铸造）和塑性加工（锻造、冲压、轧制）的基本原理、优缺点及适用材料。 切削加工： 深入探讨车、铣、刨、磨等传统加工方法的原理和工艺参数（切削速度、进给量、切深）。分析刀具材料（高速钢、硬质合金、陶瓷）的选择与涂层技术。 特种加工技术： 介绍电火花加工（EDM）、激光加工、超精密加工等现代制造手段，及其在复杂曲面和难加工材料中的应用。 表面工程： 阐述热处理（调质、渗碳、氮化）对零件表层硬度和强度的提升作用。讲解表面涂覆技术（镀铬、PVD、CVD）以提高耐磨性和抗腐蚀性。 附录 常用机械零件的标准尺寸表与公差等级表 工程材料力学性能数据手册 机械设计常用软件操作指南（基础应用）
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