本書分工程力學(xué)基礎(chǔ)和機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)兩篇共8章,包括工程力學(xué)的基本概念、構(gòu)件與產(chǎn)品的靜力分析、機(jī)械設(shè)計概述、機(jī)械零件基礎(chǔ)以及機(jī)械傳動基礎(chǔ)等內(nèi)容。
本書第2版于2008年9月第1次印刷,至2015年11月印刷8次,大體每年重印一次。7年間陸續(xù)收到出版社轉(zhuǎn)來的讀者來信,有贊揚(yáng)鼓勵的、有指出差錯的、有提出修訂意見的。每一封讀者來信都體現(xiàn)了讀者對本書、對編者工作的關(guān)心,在此致以誠摯的謝意!讀者的寶貴建議在第3版中多有采納。
第3版的修訂要點(diǎn)如下:
1)對深度廣度不適當(dāng)?shù)牟糠肿隽藙h減,如力學(xué)部分壓桿穩(wěn)定計算的折減系數(shù)法、持久極限與疲勞強(qiáng)度、機(jī)械部分的齒輪失效和齒輪精度問題簡介等。
2)為貼合工業(yè)設(shè)計專業(yè)教學(xué)的需要,改寫充實(shí)了零件結(jié)構(gòu)工藝性一節(jié),擴(kuò)展了四桿機(jī)構(gòu)的內(nèi)容等。對第五章至第八章做了相當(dāng)多的段落調(diào)整、表述修改和插圖更替。
3)排查發(fā)現(xiàn)第2版中的各種差錯或失當(dāng)20余處,并一一加以訂正。
4)教材總篇幅有所減少。第2版中的“第九章產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的圖例與剖析”,因近乎是資料性的內(nèi)容,刪減至原來的40%左右,改放在附錄B里。
5)對某些章節(jié)段落的行文進(jìn)行剪枝削蔓,以求簡潔明晰。
此次修訂工作由北京理工大學(xué)阮寶湘與河北工程大學(xué)周殿春合作完成。具體分工是:第一章至第四章、附錄A、附錄B的修訂由阮寶湘承擔(dān),第五章至第八章的修訂由周殿春、阮寶湘共同承擔(dān),全書由阮寶湘統(tǒng)稿定稿,課件由周殿春加工制作,全書由北京理工大學(xué)吳永健教授主審。合作者分居兩城,在將近一年的時間里,討論、辯正、溝通的電子郵件往來一百多次。
國內(nèi)開設(shè)工業(yè)設(shè)計專業(yè)的高校有數(shù)百所,工程技術(shù)課程在專業(yè)教學(xué)中的比重各;ビ胁町。如何把握好教材的廣度、深度才能使本書的適應(yīng)面廣些(包括其他非機(jī)專業(yè))?各章各節(jié)的內(nèi)容怎樣才算繁簡適宜、增刪得當(dāng)?這是修訂中頗感難以拿捏決斷之處。編者衷心期待多多得到這方面的指教,也希望讀者對本書第3版繼續(xù)關(guān)注,并提出更多的批評指正和改進(jìn)建議。
編者本書于2002年7月發(fā)行第1版,至2007年8月第4次印刷,累計印刷14000冊。由于當(dāng)時交稿的時限較為緊迫,第1版在不少方面未能達(dá)到既定的編寫要求,這一直是編者的一個心結(jié)。2006年本書入選為教育部“普通高等教育‘十一五’國家級規(guī)劃教材”,這才得到機(jī)會進(jìn)行期待已久的修訂。本次修訂繼續(xù)秉承“適專業(yè)、寬而淺、重實(shí)例、重應(yīng)用”的原則,但改寫的篇幅較多,對比第1版,主要有以下方面的改進(jìn):
1)盡量采用日用工業(yè)品作為講解的示例和作業(yè)分析的對象。因?yàn)槿沼闷繁葯C(jī)械生產(chǎn)設(shè)備更貼近學(xué)生生活,看得見、摸得著、容易懂,也更符合設(shè)計專業(yè)及其他非機(jī)類專業(yè)的工作實(shí)際。
2)加大了第二篇各章中實(shí)踐性作業(yè)的比例,通過作業(yè)引導(dǎo)學(xué)生去觀察實(shí)物、分析實(shí)物、動手拆裝產(chǎn)品實(shí)物,擺脫“抄書答題”的桎梏,使學(xué)生在結(jié)合實(shí)際中學(xué)得更加靈活、牢靠和有趣。附錄機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)綜合作業(yè)是本書的特色所在,內(nèi)有三種類型近80個大作業(yè)題,涉及百種以上的日用產(chǎn)品,學(xué)生可任選一個題目,通過自我鉆研來有效地鞏固和加深對課程的學(xué)習(xí)和掌握。
3)改正了第1版中的一些差錯,削減了部分較深的內(nèi)容和較難的作業(yè)題。
4)制作配套的電子課件,以便利任課教師的課堂教學(xué)。課件中還附有習(xí)題解答,給出了書中所有計算題的解題步驟和答案,這也是為減輕教師的工作負(fù)擔(dān)而提供的。
參與編寫本書第1版的老師,有的工作已有所變動,有的正忙于其他任務(wù)而無法分心,因此,此次修訂工作由阮寶湘、邵祥華承擔(dān)。但第2版的編者署名仍維持第1版的原樣不變。第2版由北京理工大學(xué)簡召全、吳永健兩位教授主審,編者對他們認(rèn)真細(xì)致的工作和所提的寶貴意見深表感謝。
曾經(jīng)來信給本書第1版提出意見和建議的,有講授這門課程的教師,也有學(xué)習(xí)這門課程的在校學(xué)生,他們的意見不僅有價值,而且還讓編者感受到了社會的關(guān)心和幫助。編者由衷地期待本書第2版能得到更多的批評指正和改進(jìn)建議。
編者于北京工業(yè)設(shè)計是一個相對年輕的專業(yè),我國多數(shù)高校建立這個專業(yè)(系)的時間還不是很長,所以本專業(yè)的工程基礎(chǔ)課程一般聘請外系的教師來主講。全國高等學(xué)校工業(yè)設(shè)計專業(yè)第二屆教學(xué)指導(dǎo)組在討論到這種現(xiàn)狀時,指出存在以下兩個值得關(guān)注的現(xiàn)象:第一,外系教師不易在短時間內(nèi)熟悉本專業(yè)的需要,使得適當(dāng)?shù)匕盐照n程的深廣度和使課程內(nèi)容結(jié)合專業(yè)實(shí)際都有一定難度;第二,工程基礎(chǔ)各門課程由不同系的教師來講授,教材也由他們分別選用,那么各課程之間的互相貫通銜接也難免出現(xiàn)問題。在這些工程基礎(chǔ)課程中,當(dāng)然包括“工程力學(xué)”和“機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)”這兩門課程。鑒于此,教學(xué)指導(dǎo)組討論通過了編寫本專業(yè)規(guī)劃教材《工業(yè)設(shè)計機(jī)械基礎(chǔ)》的建議,并審議通過了該教材的編寫大綱,目的在于對解決上述問題進(jìn)行初步的實(shí)踐和探索。這就是本教材產(chǎn)生的背景。
非機(jī)類專業(yè)教材把《工程力學(xué)》和《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》合成一冊《機(jī)械基礎(chǔ)》,已經(jīng)不乏先例。本教材沿用這種做法,主要著眼于兩者的貫通銜接。這既不妨礙在教學(xué)計劃中仍把它們分列為兩門課,也不影響分別聘請兩位教師來授課。由于一般不會有哪個學(xué)校只開其中一門課而不開另一門,相信合冊比分冊能給教學(xué)雙方都帶來一些方便。
本教材在編寫中力求遵循“適專業(yè)、寬而淺、重實(shí)例、重應(yīng)用”的要求。專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)是工業(yè)設(shè)計師,需要一定寬度的力學(xué)和機(jī)械知識,但不可能也沒必要達(dá)到機(jī)械專業(yè)的深度。在工程力學(xué)部分中,教材突出了靜力學(xué)和材料力學(xué)的基本概念和結(jié)論;提供基本計算方法的目的,是讓學(xué)生掌握的知識能從定性向定量的層面有初步的延伸,這對本科層次的人才培養(yǎng)是需要的。但計算公式的推導(dǎo)一般都加以精簡了。機(jī)械設(shè)計部分中,常用機(jī)構(gòu)、連接、各種傳動、軸系零部件等基本內(nèi)容,都從實(shí)用出發(fā),著重于闡明特性對比和適用場合。一般機(jī)械基礎(chǔ)教材的例題和習(xí)題常限于生產(chǎn)機(jī)械的范圍,本教材補(bǔ)充了一些生活日用品的例子,以期貼近專業(yè)。工業(yè)設(shè)計的核心是創(chuàng)新,而結(jié)構(gòu)創(chuàng)新往往就是功能創(chuàng)新的基礎(chǔ),這應(yīng)該是本專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的重點(diǎn)之一,對此本教材也在例題和習(xí)題中盡量加以體現(xiàn)。在第三篇“產(chǎn)品機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)圖例”中,還提供了三大類、近40種產(chǎn)品的立體透視圖,作為學(xué)生的參考閱讀材料。希望它們既能給學(xué)生提供創(chuàng)新設(shè)計的借鑒,又能激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的熱情。本書的附錄為課程的“大作業(yè)指南”,闡明了“課程論文”和“課程設(shè)計”兩類大作業(yè)的目的、要求和方法,還給出了幾十個適合于工業(yè)設(shè)計專業(yè)特點(diǎn)的題目。編者的初步教學(xué)實(shí)踐表明,學(xué)生對這樣的大作業(yè)是歡迎和有興趣的,能提高本課程的教學(xué)效果。希望使用本教材的老師和學(xué)生,通過實(shí)踐,把改進(jìn)大作業(yè)的意見和好的作業(yè)題目反饋給本書編者,讓更多的學(xué)校能分享你們的寶貴經(jīng)驗(yàn)。
在各個學(xué)校的教學(xué)計劃中,“工程力學(xué)”和“機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)”這兩門課程的課時數(shù)頗有差異,加之本專業(yè)有從理工類招生的,也有從藝術(shù)類招生的,因此,各校對這兩門課在要求上存在多樣性是客觀現(xiàn)實(shí)。這種多樣性對我國設(shè)計教育整體而言,是好事;不可能也不應(yīng)該強(qiáng)求一致。當(dāng)然,既然如此,就不可能有任何一本教材能適用于所有的學(xué)校。本教材的基本對象為理工類招生的工業(yè)設(shè)計專業(yè)本科生。但本教材對較深的理論均已刪削,例如,書中公式基本上都以初等數(shù)學(xué)的形式給出(只在個別地方出現(xiàn)微積分符號,可以跳過去,不影響對主要內(nèi)容的理解),因此也可供藝術(shù)類招生的工業(yè)設(shè)計專業(yè)本科生、理工類招生的工業(yè)設(shè)計專業(yè)大專生參考。
本書由北京理工大學(xué)阮寶湘主編。參加編寫的有北京理工大學(xué)阮寶湘、邵祥華(第一、二、三、四章,附錄),北京機(jī)械工業(yè)學(xué)院高炳學(xué)(第五、六章,第十章的第一、二節(jié)),北京工商大學(xué)張寶剛(第七、八、九章),湖南大學(xué)鐘家珍、胡錦(第十一、十二、十三章,第十章的第三節(jié))。全書由北京理工大學(xué)吳永健教授主審。
由于作者水平所限,書中難免存在種種缺點(diǎn)與不當(dāng),懇切期待讀者給予批評指正。
編者于北京
第3版前言
第2版前言
第1版前言
第一篇工程力學(xué)基礎(chǔ)
第一章工程力學(xué)的基本概念 / 2
第一節(jié)工程力學(xué)與工業(yè)設(shè)計 / 2
第二節(jié)工程力學(xué)的研究對象與基本內(nèi)容 / 8
第三節(jié)剛體與變形固體力與力系 / 8
第四節(jié)靜力學(xué)公理 / 10
第五節(jié)約束與約束反力 / 12
第六節(jié)分離體與受力圖 / 15
習(xí)題與作業(yè) / 19
第二章構(gòu)件與產(chǎn)品的靜力分析 / 22
第一節(jié)平面力系的簡化與合成 / 22
第二節(jié)平面力系平衡問題的求解 / 30
第三節(jié)空間力系簡介超靜定的概念 / 40
第四節(jié)物體的重心和平面圖形的形心 / 43
第五節(jié)摩擦與摩擦力 / 48
第六節(jié)功與功率 / 56
習(xí)題與作業(yè) / 60
第三章構(gòu)件與產(chǎn)品的強(qiáng)度分析 / 65
第一節(jié)材料力學(xué)的研究目的桿件的基本變形形式 / 65
第二節(jié)內(nèi)力、應(yīng)力與應(yīng)變 / 67
第三節(jié)材料在拉伸和壓縮時的力學(xué)性能 / 72
第四節(jié)拉壓桿的強(qiáng)度 / 76
第五節(jié)剪切和擠壓強(qiáng)度 / 79
第六節(jié)圓軸抗扭強(qiáng)度 / 84
第七節(jié)梁的抗彎強(qiáng)度(一) / 91
第八節(jié)梁的抗彎強(qiáng)度(二) / 98
第九節(jié)組合變形強(qiáng)度問題簡介 / 105
習(xí)題與作業(yè) / 108
第四章構(gòu)件的剛度、壓桿穩(wěn)定和動載荷問題 / 113
第一節(jié)構(gòu)件的變形與剛度 / 113
第二節(jié)壓桿的穩(wěn)定性 / 119
第三節(jié)動載荷與動應(yīng)力 / 122
第四節(jié)應(yīng)力集中現(xiàn)象和裂紋問題 / 125
第五節(jié)交變應(yīng)力與疲勞強(qiáng)度簡介 / 128
習(xí)題與作業(yè) / 130
第一篇《工程力學(xué)基礎(chǔ)》篇后語設(shè)計專業(yè)的
學(xué)生怎樣解讀力學(xué)公式——從張飛的虎須談起
/ 132
第二篇機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)
第五章機(jī)械設(shè)計概述 / 136
第一節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)在設(shè)計中的地位 / 136
第二節(jié)機(jī)械設(shè)計的基本要求和一般程序 / 139
第三節(jié)機(jī)械結(jié)構(gòu)的常用材料及其選用原則 / 144
第四節(jié)零件的結(jié)構(gòu)工藝性和造型因素 / 151
習(xí)題與作業(yè) / 157
第六章機(jī)械零件基礎(chǔ) / 160
第一節(jié)連接 / 160
第二節(jié)軸與聯(lián)軸器 / 170
第三節(jié)軸承 / 179第四節(jié)彈簧 / 187
習(xí)題與作業(yè) / 195
第七章常用機(jī)構(gòu) / 198
第一節(jié)運(yùn)動副、機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 / 198
第二節(jié)平面連桿機(jī)構(gòu) / 202
第三節(jié)凸輪機(jī)構(gòu)和螺旋機(jī)構(gòu) / 209
第四節(jié)間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu) / 216
第五節(jié)機(jī)構(gòu)的擴(kuò)展與組合 / 220
習(xí)題與作業(yè) / 221
第八章機(jī)械傳動基礎(chǔ) / 224
第一節(jié)帶傳動 / 224
第二節(jié)鏈傳動 / 230
第三節(jié)齒輪傳動 / 234
第四節(jié)輪系與減速器 / 248
第五節(jié)液壓傳動簡介 / 253
參考資料常用機(jī)械傳動形式的性能對比 / 255
習(xí)題與作業(yè) / 256
附錄 / 258
附錄A機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)綜合作業(yè) / 258
附錄A1第一類綜合作業(yè)撰寫產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析報告 / 258
附錄A2第二類綜合作業(yè)繪制產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖 / 263
附錄A3第三類綜合作業(yè)制作產(chǎn)品機(jī)構(gòu)的可動模型 / 264
附錄B產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的圖例與剖析(學(xué)生自學(xué)閱讀材料) / 265
附錄B1日用小產(chǎn)品 / 266
附錄B2靈巧、便捷機(jī)構(gòu) / 269
附錄B3幾種專用機(jī)構(gòu) / 271
附錄B4電烤爐和臺式電扇 / 274
附錄B5機(jī)箱機(jī)殼 / 277
參考文獻(xiàn) / 282