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第1章 绪论1

1.1机械设计科学的发展及其在现代化建设中的作用1

1.1.1机械设计科学在实践、创新中不断发展1

1.1.2发展历程4

1.1.3机械工业及其设计理论在现代化建设中的作用5

1.2机器、机构、零件要素6

1.2.1机器6

1.2.2机构7

1.2.3零件11

1.3现代设计理论与设计方法11

1.3.1设计、发明与创造11

1.3.2现代设计方法12

思考题14

第2章 机械设计进程15

2.1机械设计的一般过程15

2.1.1机械设计的重要阶段及特征15

2.1.2机械产品的工程设计步骤16

2.2方案设计的关键环节18

2.2.1研究和确定设计任务18

2.2.2总体方案设计的重点方法18

2.2.3系统性能综合评价21

2.2.4多方案设计实例23

2.2.5总体布局设计25

2.3技术设计的重点环节30

2.4技术文件编制与设计总结报告34

2.5设计过程的规划与监控34

2.5.1节点计划说明36

2.5.2各个阶段的启动和完成情况审查41

2.5.3文件管理42

2.6国外对机械系统具体设计步骤的分析42

2.6.1诺顿关于设计步骤的分析42

2.6.2设计过程的反复、多解特性分析46

思考题47

第3章 创新设计与创造技法48

3.1创新的特点分析48

3.2创新设计的基础49

3.2.1理论基础49

3.2.2传承基础50

3.2.3方法基础51

3.2.4思维基础52

3.2.5群众性基础53

3.2.6多学科基础53

3.3创造力原理53

3.3.1创造力的一般特性53

3.3.2创造力的影响因素54

3.3.3个人智力与群体智慧56

3.3.4想象、幻想、灵感思维、逆向思维57

3.4常用的创造技法57

3.4.1综合创造57

3.4.2分离创造62

3.4.3移植创造62

3.4.4其他方法64

3.4.5创新设计基本方法64

3.5创造技法的实施64

3.5.1智力激励法的实施64

3.5.2典型的检核表——设想提问法66

3.6发明问题解决理论66

思考题68

第4章 机械创新设计表达69

4.1机构示意图与机械系统运动简图69

4.1.1机构示意图69

4.1.2机械系统运动简图71

4.1.3液压传动系统简图76

4.1.4机械加工装备及加工过程简图79

4.2功能原理分析及表达83

4.2.1功能分析83

4.2.2功能原理关键特征的设计表达84

4.2.3功能原理图与工作原理确定86

4.3设计目录方法简介88

4.3.1逻辑功能元及其物理实现方法88

4.3.2数学功能元与物理功能元89

4.4机械运动循环图设计92

4.5三维设计显示94

4.5.1三维设计软件94

4.5.2草图绘制95

4.5.3实体建模特征95

4.5.4装配体96

4.6运用三维软件设计的实例97

4.6.1自动爬楼梯装置97

4.6.2减速器三维显示99

思考题100

第5章 机构的创新设计与实现101

5.1机构选型101

5.1.1机构选型基础101

5.1.2机构的形式设计103

5.1.3选型实例分析106

5.2机构变异110

5.3机构组合115

5.3.1串联式机构组合115

5.3.2并联式机构组合116

5.3.3复合式机构组合116

5.3.4叠加式机构组合117

5.4功能综合118

5.5构型综合的基本要求119

5.6机构的演绎法120

5.7广义机构122

思考题124

第6章 机械结构设计125

6.1机械结构设计的任务125

6.2零件的结构要素、工作要素、连接要素126

6.3机械系统结构设计的主要原则128

6.3.1简单128

6.3.2明确133

6.3.3安全可靠139

6.4结构设计的原理及实现141

6.4.1等强原理141

6.4.2变形协调原理143

6.4.3自助原理144

6.5轴系支承结构设计145

6.5.1轴承的调心性能145

6.5.2滚动轴承的预紧结构设计146

6.5.3密封结构148

6.5.4轴承的“正装”与“反装”结构148

6.5.5止推轴承、静压轴承结构149

6.5.6几种联轴器结构设计150

6.5.7轴的安装结构151

6.6提高机械性能的结构设计152

6.6.1提高散热性能152

6.6.2非金属结构设计153

6.6.3提高精度的结构设计154

思考题156

第7章 有限元法157

7.1有限元法的发展背景157

7.2有限元法解题步骤和过程158

7.3含弹性构件机构的有限元法160

7.3.1单元坐标和系统坐标161

7.3.2系统力和单元力163

7.3.3单元位移函数164

7.3.4单元动力学方程165

7.4刚架结构的有限元法172

7.4.1单元刚度矩阵的建立172

7.4.2单元刚度矩阵的导出173

7.4.3总体刚度矩阵的集成176

7.4.4位移的求解177

7.5有限元分析软件180

7.6机械系统有限元分析的力学基础与实例181

7.6.1力学基础181

7.6.2齿轮有限元分析实例191

思考题194

第8章 机械动力学设计195

8.1动力学研究领域195

8.2系统动力学建模的原理196

8.2.1牛顿第二定律196

8.2.2达朗贝尔原理196

8.2.3拉格朗日方程197

8.2.4凯恩方程197

8.2.5影响系数法197

8.2.6传递矩阵法198

8.3机构动力学模型方程的建立198

8.3.1旋转机械动力学方程198

8.3.2电磁铁机构动力学方程199

8.3.3含周期性运动构件的机构动力学方程200

8.3.4四杆机构动力学方程200

8.3.5五杆机构动力学方程201

8.3.6开链机构动力学方程203

8.3.7齿轮传动系统模型方程203

8.3.8电机驱动起动过程运动规律206

8.4动力学仿真207

8.4.1仿真设计技术207

8.4.2计算机数字仿真与物理仿真208

8.4.3机械系统的耦合特性及线性图简化208

8.4.4多领域仿真的计算机实现211

8.5 ADAMS动力学建模与仿真213

8.5.1软件简介213

8.5.2动力学问题的求解算法简介与坐标系214

8.5.3 ADAMS的建模与求解过程215

8.5.4 ADAMS仿真分析模块218

思考题232

第9章 逆向工程技术及设计233

9.1逆向工程概念233

9.2逆向工程设计流程234

9.3实物逆向工程设计中的几项关键技术237

9.4逆向工程关键技术的实现239

9.5数字模型重构技术243

9.6快速原型制造技术244

思考题248

第10章 机械优化设计249

10.1优化设计的概念249

10.2机械优化设计的发展250

10.3机械优化设计的数学模型250

10.3.1优化准则与目标函数251

10.3.2设计变量253

10.3.3约束条件255

10.3.4求解数学模型的方法256

10.4最优化方法的数学基础257

10.4.1偏导数与梯度258

10.4.2泰勒展开式258

10.4.3极小点存在条件259

10.5优化方法举例260

10.5.1一维搜索方法260

10.5.2无约束优化方法262

10.5.3约束优化方法265

10.6优化计算结果的分析及处理267

10.7优化设计建模流程示例268

思考题271

第11章 机电系统建模仿真与控制设计272

11.1机电系统集成272

11.2机电系统控制273

11.2.1控制方式基本分类274

11.2.2控制实现方式275

11.3机电系统建模与仿真277

11.3.1建模277

11.3.2机电系统模型结构278

11.3.3仿真环境280

11.4机电系统控制设计281

11.4.1电动机控制方案281

11.4.2可逆调速系统、稳速系统284

11.4.3交流电动机的变频控制287

11.4.4常规指令实现PID控制288

11.5多轴协调运动控制289

思考题290

第12章 系列化、模块化与人-机工程设计291

12.1标准化设计、系列化设计291

12.1.1设计步骤与方法292

12.1.2优先数与标准公比292

12.1.3设计举例294

12.2模块化设计295

12.2.1模块化设计的主要方式295

12.2.2模块化设计的关键296

12.2.3模块化设计的步骤298

12.2.4模块化程度的度量298

12.3人-机工程设计299

12.3.1人-机特性比较与功能匹配300

12.3.2从人体尺度考虑显示与控制的设计302

12.3.3由人体力学考虑人-机学设计303

12.3.4人-机系统的可靠性评价304

思考题308

参考文献309