工业设计机械基础

本书靠前篇为工程力学基础，第二篇为机械设计基础。靠前篇中的四章分别为工程力学的基本概念、构件与产品的静力分析、构件与产品的强度分析、构件的刚度、压杆稳定和动载荷问题。第二篇中的四章分别为机械设计概述、机械零件基础、常用机构、机械传动基础。附录一为综合作业指南与作业题，附录二为产品结构的图例与剖析。

第3版前言
第2版前言
第1版前言
第一篇工程力学基础
第一章工程力学的基本概念/2
第一节工程力学与工业设计/2
第二节工程力学的研究对象与基本内容/8
第三节刚体与变形固体力与力系/8
第四节静力学公理/10
第五节约束与约束反力/12
第六节分离体与受力图/15
习题与作业/19
第二章构件与产品的静力分析/22
第一节平面力系的简化与合成/22
第二节平面力系平衡问题的求解/30
第三节空间力系简介超静定的概念/40
第四节物体的重心和平面图形的形心/43
第五节摩擦与摩擦力/48
第六节功与功率/56
习题与作业/60
第三章构件与产品的强度分析/65
第一节材料力学的研究目的杆件的基本变形形式/65
第二节内力、应力与应变/67
第三节材料在拉伸和压缩时的力学性能/72
第四节拉压杆的强度/76
第五节剪切和挤压强度/79
第六节圆轴抗扭强度/84
第七节梁的抗弯强度（一）/91
第八节梁的抗弯强度（二）/98
第九节组合变形强度问题简介/105
习题与作业/108
第四章构件的刚度、压杆稳定和动载荷问题/113
第一节构件的变形与刚度/113
第二节压杆的稳定性/119
第三节动载荷与动应力/122
第四节应力集中现象和裂纹问题/125
第五节交变应力与疲劳强度简介/128
习题与作业/130
第一篇《工程力学基础》篇后语设计专业的
学生怎样解读力学公式——从张飞的虎须谈起/132
第二篇机械设计基础
第五章机械设计概述/136
第一节机械结构在设计中的地位/136
第二节机械设计的基本要求和一般程序/139
第三节机械结构的常用材料及其选用原则/144
第四节零件的结构工艺性和造型因素/151
习题与作业/157
第六章机械零件基础/160
第一节连接/160
第二节轴与联轴器/170
第三节轴承/179第四节弹簧/187
习题与作业/195
第七章常用机构/198
第一节运动副、机构与机构运动简图/198
第二节平面连杆机构/202
第三节凸轮机构和螺旋机构/209
第四节间歇运动机构/216
第五节机构的扩展与组合/220
习题与作业/221
第八章机械传动基础/224
第一节带传动/224
第二节链传动/230
第三节齿轮传动/234
第四节轮系与减速器/248
第五节液压传动简介/253
参考资料常用机械传动形式的性能对比/255
习题与作业/256
附录/258
附录A机械设计基础综合作业/258
附录A.1第一类综合作业撰写产品结构的分析报告/258
附录A.2第二类综合作业绘制产品结构图/263
附录A.3第三类综合作业制作产品机构的可动模型/264
附录B产品结构的图例与剖析（学生自学阅读材料）/265
附录B.1日用小产品/266
附录B.2灵巧、便捷机构/269
附录B.3几种专用机构/271
附录B.4电烤炉和台式电扇/274
附录B.5机箱机壳/277
参考文献/282

本书第2版于2008年9月第1次印刷，至2015年11月印刷8次，大体每年重印一次。7年间陆续收到出版社转来的读者来信，有赞扬鼓励的、有指出差错的、有提出修订意见的。每一封读者来信都体现了读者对本书、对编者工作的关心，在此致以诚挚的谢意！读者的宝贵建议在第3版中多有采纳。
    第3版的修订要点如下：
    1）对深度广度不适当的部分做了删减，如力学部分压杆稳定计算的折减系数法、持久极限与疲劳强度、机械部分的齿轮失效和齿轮精度问题简介等。
    2）为贴合工业设计专业教学的需要，改写充实了零件结构工艺性一节，扩展了四杆机构的内容等。对第五章至第八章做了相当多的段落调整、表述修改和插图更替。
    3）排查发现第2版中的各种差错或失当20余处，并一一加以订正。
    4）教材总篇幅有所减少。第2版中的“第九章产品结构的图例与剖析”，因近乎是资料性的内容，删减至原来的40%左右，改放在附录B里。
    5）对某些章节段落的行文进行剪枝削蔓，以求简洁明晰。
    此次修订工作由北京理工大学阮宝湘与河北工程大学周殿春合作完成。具体分工是：第一章至第四章、附录A、附录B的修订由阮宝湘承担，第五章至第八章的修订由周殿春、阮宝湘共同承担，全书由阮宝湘统稿定稿，课件由周殿春加工制作，全书由北京理工大学吴永健教授主审。合作者分居两城，在将近一年的时间里，讨论、辩正、沟通的电子邮件往来一百多次。
    国内开设工业设计专业的高校有数百所，工程技术课程在专业教学中的比重各校互有差异。如何把握好教材的广度、深度才能使本书的适应面广些（包括其他非机专业）？各章各节的内容怎样才算繁简适宜、增删得当？这是修订中颇感难以拿捏决断之处。编者衷心期待多多得到这方面的指教，也希望读者对本书第3版继续关注，并提出更多的批评指正和改进建议。
    编者本书于2002年7月发行第1版，至2007年8月第4次印刷，累计印刷14000册。由于当时交稿的时限较为紧迫，第1版在不少方面未能达到既定的编写要求，这一直是编者的一个心结。2006年本书入选为教育部“普通高等教育‘十一五’国家级规划教材”，这才得到机会进行期待已久的修订。本次修订继续秉承“适专业、宽而浅、重实例、重应用”的原则，但改写的篇幅较多，对比第1版，主要有以下方面的改进：
    1）尽量采用日用工业品作为讲解的示例和作业分析的对象。因为日用品比机械生产设备更贴近学生生活，看得见、摸得着、容易懂，也更符合设计专业及其他非机类专业的工作实际。
    2）加大了第二篇各章中实践性作业的比例，通过作业引导学生去观察实物、分析实物、动手拆装产品实物，摆脱“抄书答题”的桎梏，使学生在结合实际中学得更加灵活、牢靠和有趣。附录机械设计基础综合作业是本书的特色所在，内有三种类型近80个大作业题，涉及百种以上的日用产品，学生可任选一个题目，通过自我钻研来有效地巩固和加深对课程的学习和掌握。
    3）改正了第1版中的一些差错，削减了部分较深的内容和较难的作业题。
    4）制作配套的电子课件，以便利任课教师的课堂教学。课件中还附有习题解答，给出了书中所有计算题的解题步骤和答案，这也是为减轻教师的工作负担而提供的。
    参与编写本书第1版的老师，有的工作已有所变动，有的正忙于其他任务而无法分心，因此，此次修订工作由阮宝湘、邵祥华承担。但第2版的编者署名仍维持第1版的原样不变。第2版由北京理工大学简召全、吴永健两位教授主审，编者对他们认真细致的工作和所提的宝贵意见深表感谢。
    曾经来信给本书第1版提出意见和建议的，有讲授这门课程的教师，也有学习这门课程的在校学生，他们的意见不仅有价值，而且还让编者感受到了社会的关心和帮助。编者由衷地期待本书第2版能得到更多的批评指正和改进建议。
    编者于北京工业设计是一个相对年轻的专业，我国多数高校建立这个专业（系）的时间还不是很长，所以本专业的工程基础课程一般聘请外系的教师来主讲。全国高等学校工业设计专业第二届教学指导组在讨论到这种现状时，指出存在以下两个值得关注的现象：第一，外系教师不易在短时间内熟悉本专业的需要，使得适当地把握课程的深广度和使课程内容结合专业实际都有一定难度；第二，工程基础各门课程由不同系的教师来讲授，教材也由他们分别选用，那么各课程之间的互相贯通衔接也难免出现问题。在这些工程基础课程中，当然包括“工程力学”和“机械设计基础”这两门课程。鉴于此，教学指导组讨论通过了编写本专业规划教材《工业设计机械基础》的建议，并审议通过了该教材的编写大纲，目的在于对解决上述问题进行初步的实践和探索。这就是本教材产生的背景。
    非机类专业教材把《工程力学》和《机械设计基础》合成一册《机械基础》，已经不乏先例。本教材沿用这种做法，主要着眼于两者的贯通衔接。这既不妨碍在教学计划中仍把它们分列为两门课，也不影响分别聘请两位教师来授课。由于一般不会有哪个学校只开其中一门课而不开另一门，相信合册比分册能给教学双方都带来一些方便。
    本教材在编写中力求遵循“适专业、宽而浅、重实例、重应用”的要求。专业的培养目标是工业设计师，需要一定宽度的力学和机械知识，但不可能也没必要达到机械专业的深度。在工程力学部分中，教材突出了静力学和材料力学的基本概念和结论；提供基本计算方法的目的，是让学生掌握的知识能从定性向定量的层面有初步的延伸，这对本科层次的人才培养是需要的。但计算公式的推导一般都加以精简了。机械设计部分中，常用机构、连接、各种传动、轴系零部件等基本内容，都从实用出发，着重于阐明特性对比和适用场合。一般机械基础教材的例题和习题常限于生产机械的范围，本教材补充了一些生活日用品的例子，以期贴近专业。工业设计的核心是创新，而结构创新往往就是功能创新的基础，这应该是本专业学生学习本课程的重点之一，对此本教材也在例题和习题中尽量加以体现。在第三篇“产品机构与结构图例”中，还提供了三大类、近40种产品的立体透视图，作为学生的参考阅读材料。希望它们既能给学生提供创新设计的借鉴，又能激发学生创新设计的热情。本书的附录为课程的“大作业指南”，阐明了“课程论文”和“课程设计”两类大作业的目的、要求和方法，还给出了几十个适合于工业设计专业特点的题目。编者的初步教学实践表明，学生对这样的大作业是欢迎和有兴趣的，能提高本课程的教学效果。希望使用本教材的老师和学生，通过实践，把改进大作业的意见和好的作业题目反馈给本书编者，让更多的学校能分享你们的宝贵经验。
    在各个学校的教学计划中，“工程力学”和“机械设计基础”这两门课程的课时数颇有差异，加之本专业有从理工类招生的，也有从艺术类招生的，因此，各校对这两门课在要求上存在多样性是客观现实。这种多样性对我国设计教育整体而言，是好事；不可能也不应该强求一致。当然，既然如此，就不可能有任何一本教材能适用于所有的学校。本教材的基本对象为理工类招生的工业设计专业本科生。但本教材对较深的理论均已删削，例如，书中公式基本上都以初等数学的形式给出（只在个别地方出现微积分符号，可以跳过去，不影响对主要内容的理解），因此也可供艺术类招生的工业设计专业本科生、理工类招生的工业设计专业大专生参考。
    本书由北京理工大学阮宝湘主编。参加编写的有北京理工大学阮宝湘、邵祥华（第一、二、三、四章，附录），北京机械工业学院高炳学（第五、六章，第十章的第一、二节），北京工商大学张宝刚（第七、八、九章），湖南大学钟家珍、胡锦（第十一、十二、十三章，第十章的第三节）。全书由北京理工大学吴永健教授主审。
    由于作者水平所限，书中难免存在种种缺点与不当，恳切期待读者给予批评指正。
    编者于北京