本書采取“項目驅(qū)動教學(xué)”的思路,按照機構(gòu)設(shè)計項目構(gòu)思(C)、設(shè)計(D)、實施(I)、運行(O)的順序組織機械原理知識點,即先介紹機構(gòu)基本知識、常用機構(gòu)、機械運動方案設(shè)計及實例分析,再介紹連桿機構(gòu)設(shè)計、凸輪機構(gòu)設(shè)計、齒輪機構(gòu)設(shè)計、輪系計算與設(shè)計,之后介紹機構(gòu)運動分析、機構(gòu)力學(xué)分析,再之后介紹機械效率、自鎖、平衡、機械運轉(zhuǎn)與速度波動調(diào)節(jié)等基礎(chǔ)知識。在此基礎(chǔ)上,最后介紹基于再生運動鏈的桿機構(gòu)設(shè)計方法、基于TRIZ理論的機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方法、機構(gòu)優(yōu)化方法及相關(guān)編程方法。
本書是結(jié)合機械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會對機械原理課程知識點要求、教育部關(guān)于金課的“兩性一度”(高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度)標準及CDIO [C-構(gòu)思(conceive)、D-設(shè)計(design)、I-實施(implement)、0-運行(operation)]的教學(xué)實際進行編寫的。
本書采用項目驅(qū)動教學(xué),知識點按照實踐項目的CDIO過程組織。在項目構(gòu)思(C)模塊,需要知道機構(gòu)是如何組成的,有哪些常用機構(gòu),機械運動方案如何構(gòu)思等,針對這些實踐需求,設(shè)置了機構(gòu)的組成原理、常用機構(gòu)、機械運動方案設(shè)計等知識單元。在項目設(shè)計(D)模塊,需要知道機構(gòu)設(shè)計方法,相應(yīng)設(shè)置了連桿機構(gòu)設(shè)計、凸輪機構(gòu)設(shè)計、齒輪機構(gòu)設(shè)計、輪系設(shè)計等知識單元。在項目實施(I)模塊,需要對機構(gòu)進行分析,相應(yīng)設(shè)置了機構(gòu)運動分析、機構(gòu)力分析等知識單元。在項目運行(O)模塊,可能碰到有關(guān)效率、自鎖、平衡、波動調(diào)節(jié)等問題,相應(yīng)設(shè)置了機械效率與自鎖、機械平衡、機械動力學(xué)、速度波動與調(diào)節(jié)等知識單元。本書的結(jié)構(gòu)設(shè)置保障學(xué)生在不同的項目模塊中及時得到相關(guān)的知識傳授,達到學(xué)與用同步、理論與實踐協(xié)同的目標。同時,作為拓展內(nèi)容還介紹了機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方法及優(yōu)化方法(包括再生鏈的桿機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方法、TRIZ理論機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方法、機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等),機構(gòu)設(shè)計與分析的MATLAB編程等。另外,本書也在常用機構(gòu)中初步介紹機器人機構(gòu),并在很多案例中涉及機器人機構(gòu),幫助學(xué)生了解機器人機構(gòu)。
根據(jù)上述機械原理CDIO知識點的組織思路,本書的章節(jié)安排為:第1-4章為構(gòu)思(C)模塊的知識單元,包括緒論、機構(gòu)組成原理、常用機構(gòu)、機械運動方案設(shè)計;第5-8章為設(shè)計(D)模塊的知識單元,包括連桿機構(gòu)設(shè)計、凸輪機構(gòu)設(shè)計、齒輪機構(gòu)及其設(shè)計、輪系及其設(shè)計;第9-10章為實施(I)模塊的知識單元,包括機構(gòu)運動分析、機構(gòu)力學(xué)分析;第11-13章為運行(0)模塊的知識單元,包括機械的效率與自鎖、機械平衡、機械動力學(xué)(含機械系統(tǒng)的動力學(xué)模型、機械的速度波動及其調(diào)節(jié)等);第14、15章為知識擴展(V)模塊,包括機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計與優(yōu)化、機構(gòu)設(shè)計與分析的編程。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(知識點選。┥媳WC了“兩性一度”與地方性高校學(xué)生特點的協(xié)調(diào),在教學(xué)內(nèi)容的取舍上,教學(xué)中可根據(jù)實際情況選取,建議著重關(guān)注機構(gòu)的構(gòu)思和設(shè)計模塊,而實施與運行模塊中的知識點與理論力學(xué)課程有一些重疊,應(yīng)注意講授與理論力學(xué)不同的知識點,書中標注“木”的內(nèi)容為選學(xué)內(nèi)容。
每章的內(nèi)容安排是:先介紹一個知識點,對于重要的知識點先設(shè)置例題,之后是強化訓(xùn)練題;而后再按照這個思路安排另外一個知識點,直到本章知識點介紹完畢;最后給出課后習題。
考慮到CDIO教學(xué)實際情況,使用本書時建議采用的教學(xué)組織形式為:(1)提前三周將教學(xué)進度表(包括每次講授的知識點信息、驅(qū)動項目、課后實踐內(nèi)容、關(guān)鍵節(jié)點、考核要求等)發(fā)給學(xué)生,并提醒學(xué)生嚴格參照進度表實施驅(qū)動項目或準備資料;(2)驅(qū)動項目主體實踐工作放在課后進行,利用慕課組織學(xué)生預(yù)習,課內(nèi)以重要知識點傳授和研討為主;(3)課堂教學(xué)采用PTDS流程實施,即問題(problem)導(dǎo)入,設(shè)置一些問題引出要講授的知識點;知識點精講(teaching),對重點、難點進行講授,并回答學(xué)生在課后實踐中發(fā)現(xiàn)的問題;專題討論(discussing),針對重要知識點進行深入討論,主要是結(jié)合例題討論如何應(yīng)用、與其他知識的關(guān)聯(lián)等;最后總結(jié)(summary),每組分別總結(jié)討論結(jié)果,給出知識關(guān)聯(lián)與應(yīng)用思路。(4)對于關(guān)鍵節(jié)點,要求學(xué)生以小組為單位匯報課后實踐情況,以PPT和實物進行講解,并回答其他小組的質(zhì)疑,及時提醒課后的實踐任務(wù)。
本書構(gòu)建適合CDIO教學(xué)的機械原理知識體系,著力培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建機構(gòu)的知識體系,對創(chuàng)新機構(gòu)的分析與設(shè)計能力,并體現(xiàn)以下特色:(1)按照驅(qū)動項目的CDIO流程來組織知識點,便于學(xué)生邊實踐邊學(xué)習理論知識,理論與實踐并行。(2)選用有工程應(yīng)用背景的例題、強化訓(xùn)練題和習題,使學(xué)生能夠融入機構(gòu)的工程應(yīng)用環(huán)境。特別是第二章習題中給出了大量生產(chǎn)實際中的機構(gòu),通過繪制這些機構(gòu)的機構(gòu)簡圖,讓學(xué)生充分了解機構(gòu)種類及基本構(gòu)成。同時課后習題給出多種類型的、便于學(xué)生適應(yīng)考試的題型。(3)給出再生運動鏈桿機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方法、TRIZ理論機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方法及機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法,引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習基本知識的同時,應(yīng)用創(chuàng)新思維與創(chuàng)新方法設(shè)計更為合理地創(chuàng)新機構(gòu)。(4)兼顧經(jīng)典知識點和現(xiàn)代新型機構(gòu)知識,注重知識的更新、計算機技術(shù)(如機構(gòu)設(shè)計與分析的編程)和機構(gòu)技術(shù)的發(fā)展,書中多處給出了機械手機構(gòu),介紹了新型機構(gòu)、機器人等,除了使學(xué)生掌握經(jīng)典的機構(gòu)設(shè)計與分析方法外,將進一步擴展學(xué)生的機構(gòu)知識面。大量有工程應(yīng)用背景的例題、習題等保證了本書的高階性,創(chuàng)新機構(gòu)設(shè)計與新型機構(gòu)、編程等保證了本書的創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。
本書由江帆、董克權(quán)、龐小兵任主編,江帆、董克權(quán)、龐小兵、黃衛(wèi)清、區(qū)嘉潔、張建、袁嚴輝、殷素峰、何華、陳興強、戴娟參與了本書的編寫工作。研究生陳玉梁、沈健、祝韜、黃海濤、盧浩然、祁肖龍等承擔了文字編輯工作、插圖制作、實體模型、習題解答及配套課件的制作。謝寶山、鐘其鎮(zhèn)等同學(xué)參加插圖的制作。本書強化訓(xùn)練題和習題的答案可掃二維碼查看。
華南理工大學(xué)朱文堅教授審閱了本書,并提出了很多寶貴意見,在此致以深深的謝意。
本書得到廣東省教學(xué)質(zhì)量工程項目——“機械原理”精品資源共享課(粵教高函[ 2016]233號)、“創(chuàng)新與發(fā)明”在線開放課程(粵教高函[2017]214號)、廣州市高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育項目[創(chuàng)新與發(fā)明課程建設(shè)(201709k20)]、廣州大學(xué)教材出版基金資助,得到廣州大學(xué)機械與電氣工程學(xué)院張春良、文桂林、柳晶晶、王一軍等領(lǐng)導(dǎo)的支持和指導(dǎo)以及機電工程系很多老師的幫助,得到肇慶學(xué)院、東莞理工學(xué)院、電子科技大學(xué)中山學(xué)院、長沙學(xué)院相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和老師的幫助和支持,在此一并致以衷心感謝。本書參考了一些國內(nèi)優(yōu)秀教材的內(nèi)容,引用了一些網(wǎng)絡(luò)資源,在此對原作者致以謝意。
本書是CDIO教材與研究性教學(xué)方法的一種嘗試,難免有漏誤及不當之處,敬請各位機械原理教師及廣大讀者指正,意見與勘誤請發(fā)至郵箱:jiangfan2008@ 126.com,謝謝!
Ⅰ 構(gòu)思(conceive)模塊
第一章 緒論
1.1 本課程研究內(nèi)容
1.2 本課程學(xué)習目標
1.3 本課程學(xué)習方法
1.4 機構(gòu)學(xué)發(fā)展歷史
練習題
第二章 機構(gòu)組成原理
2.1 機構(gòu)的基本組成
2.2 機構(gòu)的運動簡圖
2.3 機構(gòu)的自由度分析
2.4 機構(gòu)自由度分析中應(yīng)注意的問題
2.5 機構(gòu)的組成原理
2.6 平面機構(gòu)中高副用低副代替的方法
2.7 機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析
練習題
第三章 常用機構(gòu)
3.1 基本機構(gòu)
3.2 間歇機構(gòu)
3.3 其他常用機構(gòu)
3.4 新型機構(gòu)
3.5 機器人機構(gòu)
練習題
第四章 機械運動方案設(shè)計
4.1 機械運動方案設(shè)計過程
4.2 機械產(chǎn)品的需求分析
4.3 機械總功能分析與功能分解
4.4 執(zhí)行構(gòu)件的運動設(shè)計
4.5 機械系統(tǒng)運動方案選型設(shè)計
4.6 機械運動方案設(shè)計實例分析
練習題
Ⅱ 設(shè)計(design)模塊
第五章 平面連桿機構(gòu)設(shè)計
5.1 平面四桿機構(gòu)的基本知識
5.2 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計
練習題
第六章 凸輪機構(gòu)設(shè)計
6.1 凸輪機構(gòu)的基本知識
6.2 從動件的運動規(guī)律
6.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計
6.4 凸輪機構(gòu)基本尺寸的設(shè)計
練習題
第七章 齒輪機構(gòu)及其設(shè)計
7.1 齒廓嚙合基本定律及漸開線齒形
7.2 漸開線圓柱齒輪各部分名稱和尺寸
7.3 漸開線直齒圓柱齒輪機構(gòu)的嚙合傳動
7.4 平行軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu)
7.5 交錯軸斜齒圓柱齒輪機構(gòu)
7.6 直齒錐齒輪機構(gòu)
7.7 蝸桿蝸輪機構(gòu)
7.8 新型齒輪機構(gòu)
練習題
……
Ⅲ 實施(implement)模塊
Ⅳ 運行(operation)模塊
Ⅴ 拓展(development)模塊
參考文獻