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新思維機械原理
機械原理作為機械類專業(yè)的核心技術(shù)基礎(chǔ)課程,其教學內(nèi)容已經(jīng)相對穩(wěn)定。在經(jīng)歷了精品課程建設(shè)、教學評估和專業(yè)認證后,我們對機械原理的教學內(nèi)容、要求和目標有了新的認識。基于機械原理創(chuàng)新教育和新工科建設(shè)工作的需要,我們繼承現(xiàn)有教學體系,借鑒現(xiàn)有教材的特點,編寫了本書。
在機械原理教學以及本書編寫過程中,我們秉持如下基本思想: (1)功能需要,自然邏輯運動功能是機構(gòu)的基本功能,具體的某種機構(gòu)是運動功能的具體實現(xiàn)方案。運動功能的表述、分析、設(shè)計以及機械系統(tǒng)建模等,需以數(shù)學和力學為基礎(chǔ),符合自然邏輯。全書突出機械的基本運動功能,并將其作為基本內(nèi)容講述的主線,把理解、應(yīng)用和創(chuàng)新實現(xiàn)運動功能作為機械原理教學的基本目標。這更有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和應(yīng)用簡單機構(gòu)設(shè)計復(fù)雜機械系統(tǒng)的能力。 (2)層次認知,機械思維層次化的語言和內(nèi)容更有利于組織層次化的教學,調(diào)動學生的積極性,使其形成層次化認知,培養(yǎng)其機械科學思維。比如,對于各類機構(gòu)以及這些基本常用機構(gòu)構(gòu)成的復(fù)雜機械系統(tǒng),通過教學,使學生既要掌握機構(gòu)運動中特殊情況的特征,也要掌握其一般過程,力求通透;在分析機構(gòu)的過程中,使學生以機械科學的語言表達機械問題,建立機械科學思維。層次認知和機械思維是學生內(nèi)在的學習動力和創(chuàng)新基礎(chǔ),也是規(guī)范設(shè)計應(yīng)用機械的基礎(chǔ)。 (3)核心課程,綜合能力機械原理是機械類專業(yè)的核心課程,因此本書突出機械原理課程在學生學習機械、理解機械、設(shè)計機械等過程中的構(gòu)架和引領(lǐng)作用,培養(yǎng)學生應(yīng)用機械語言表述與思考問題、建模、求解與分析的能力,應(yīng)用常用機構(gòu)設(shè)計功能、實現(xiàn)功能和進行方案評價的能力,設(shè)計并實施簡單機械系統(tǒng)實驗的能力。 本書在內(nèi)容與形式安排方面有以下一些特點: 1)全書由基本內(nèi)容和三個附錄構(gòu)成;緝(nèi)容的第1篇機構(gòu)基礎(chǔ)包括機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析(第1章),機械系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)、速度波動調(diào)節(jié)及機械效率(第2章),機械的平衡(第3章);第2篇常用機構(gòu)包括平面連桿機構(gòu)及其設(shè)計(第4章)、凸輪機構(gòu)及其設(shè)計(第5章)、齒輪機構(gòu)及其設(shè)計(第6章)和其他常用機構(gòu)(第7章);第3篇機械創(chuàng)新設(shè)計包括機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計(第8章)。 學習機構(gòu)基礎(chǔ)時會涉及常用機構(gòu),而學習常用機構(gòu)時要以運動分析與力分析為基礎(chǔ)。因此,本書把平面機構(gòu)的運動分析和力分析的基本內(nèi)容分別編為附錄A和附錄B。這樣安排是希望避免學生雖然學習了運動分析和力分析,但是不能綜合分析具體機構(gòu)的問題,也方便學生在學習具體機構(gòu)時把結(jié)構(gòu)、功能特征、運動與動力特性統(tǒng)一起來。力學基礎(chǔ)比較好的學生,可以自學附錄A和B。附錄C為汽車的功能與原理簡介,機械原理教學中的常用機構(gòu)都可在此找到應(yīng)用實例,對學生掌握基本理論和系統(tǒng)方案設(shè)計方法非常重要。 2)把機械效率和自鎖的內(nèi)容合并到機械系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)、速度波動調(diào)節(jié)的相關(guān)內(nèi)容中,這樣學生可對機械系統(tǒng)運轉(zhuǎn)過程中的功能關(guān)系有更全面的認識。機械效率和自鎖涉及摩擦力的分析,而機械平衡的基本目標在于減小慣性力的影響,因此此部分與力分析相關(guān)的內(nèi)容可直接參考附錄B。另一方面,機械速度波動調(diào)節(jié)與機械系統(tǒng)的運動分析相關(guān),有些問題可直接參考附錄A。 前言新思維機械原理3)對凸輪、連桿機構(gòu)設(shè)計中的復(fù)雜問題,輪系中的輪系功用和輪系設(shè)計相關(guān)內(nèi)容,其他常用機構(gòu)的參數(shù)和設(shè)計問題等,做適當精簡。對運動分析和力分析中的復(fù)雜問題,包括求解超靜定問題用到的虛位移原理,也采用同樣的方式處理。精簡并不等于降低要求。對于理論性強的問題,在作業(yè)中要求學生參看相關(guān)資料討論或自學,而對于理論與工程實踐結(jié)合較緊的內(nèi)容,要求學生主動尋求解答。 4)對于一些基本內(nèi)容,將其以不同的角度或不同的層面組織在基本內(nèi)容、例題和作業(yè)題中,力求整體性。同時,例題和作業(yè)題也可作為基本內(nèi)容的增補或延拓。 為提升學生對基本內(nèi)容的理解和方便學生自主學習,書中典型例題的相關(guān)解答力求語言通俗。 各節(jié)末的作業(yè)題除了常規(guī)題目外,根據(jù)需要還設(shè)有思考與討論類和實驗類的題目。有一些常規(guī)題目難度較大,看似超出了機械原理課程的教學范圍,但都可應(yīng)用基本內(nèi)容部分講述的知識解答。有些題目需要學生有較強的數(shù)學和力學應(yīng)用能力,有些甚至強調(diào)在理論分析的基礎(chǔ)上利用計算機輔助完成。思考與討論類的題目中,有一些是基本內(nèi)容中未講述的問題或近些年出現(xiàn)的一些新教學內(nèi)容,有的綜合性很強,目的在于引導學生探究學習,自主獲取相關(guān)知識,在必要時多人協(xié)同完成。實驗類題目盡管較少,但需要學生設(shè)計、實施并分析實驗,除了學生之間的合作外,可能還需要實驗室教師的輔導。另外,作業(yè)中的有些題目,可作為實施課堂外教學活動的主題。 5)本書提供了曲柄搖桿機構(gòu)設(shè)計結(jié)果和齒輪嚙合過程中齒面滑動速度與綜合曲率半徑分析的插圖,它們可作為計算機模擬的樣例。 6)附錄C除提供汽車中常用系統(tǒng)的基本原理外,還對重要系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)和設(shè)計思路做了簡要描述。這些內(nèi)容銜接機械原理和后續(xù)課程如機械設(shè)計和機械制造等,可作為教學中學生的必讀內(nèi)容。 本書可作為高等院校機械類專業(yè)的教材,也可供其他相關(guān)專業(yè)的師生及工程技術(shù)人員參考。 參加本書編寫的有強建國、王富強、馬曉、鄭海霞和賀瑗老師,他們一直堅持機械原理創(chuàng)新教育教學改革和新工科課程建設(shè)工作。本書內(nèi)許多習題的分析解答,限于篇幅,并沒有包括在基本內(nèi)容中。與本書相關(guān)的數(shù)字化資源制作和機械原理課程訓練手冊編寫工作正在進行。 作為機械原理創(chuàng)新教育改革和新工科課程建設(shè)的成果,本書的編寫和出版得到教育部新工科研究與實踐項目“面向新工科的創(chuàng)新教育與工程能力培養(yǎng)相結(jié)合的機械設(shè)計制造及自動化專業(yè)實踐課程體系建設(shè)”的支持,編者在此表示感謝。同時,我們也衷心感謝出版社編輯為本書出版而付出的艱辛工作。 由于編者水平有限,書中難免存在不當或錯誤之處,敬請同行和讀者批評指正。強調(diào)創(chuàng)新難免思想過激,真誠希望能與同行及讀者探討。
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