机械设计综合实践

前言《机械设计综合实践》教程是根据2007年教育部启动的“高等学校本科教学质量与教学改革工程”（简称“质量工程”) ，从加强学生素质教育和能力培养的需要出发，并结合教学改革成果编写的。本教材力图加强实践教学，以达到切实提高大学生实践能力的目的。

本书编写的指导思想是： 在总结近年来相关课程教学改革经验的基础上，对原机械原理课程和机械设计课程实践教学进行整合，系统地训练机械制图、机械系统运动方案设计、机械系统结构设计的能力，也包括金属材料及热处理、工程力学、公差与配合等知识的运用；以机械设计综合实践为教学内容，以培养学生的综合设计能力和创新设计能力为目标，力求激发学生的创新潜能和工程意识。本教材通过选题报告、机械系统运动方案设计、机械系统结构化设计，使学生能从整机的角度和系统的观点，掌握机械产品设计的基本方法和步骤，扩展机械设计知识，增强机械设计和创新设计能力。

本教材是在总结清华大学多年来机械设计综合实践课程教学改革、教学研究和教学实践的基础上编写而成的，其主要特色如下：

(1) 将机械原理课程设计和机械设计课程设计的内容整合为一个新的综合设计课程的教学内容体系，反映了机械设计的系统性特征，按照机械工程设计过程安排各章节次序，以增强学生在机械设计过程中的系统化认识。

(2) 科研选题是原始性创新的起点。为了培养学生研究性阅读和文献综述能力，增加了选题和设计规划一章，弥补了一般机械设计课程设计教材对创新能力培养环节的不足。

(3) 在机械结构设计方面，除了介绍机械零部件的工作能力设计、机械系统结构设计及图形表达外，增加了机械系统装配结构设计和机械零部件精度设计章节，以利于学生从全局角度掌握机械设计方法及理论，培养学生的系统综合设计能力和详细设计能力。

(4) 除培养学生的独立工作能力外，本教材强调培养学生的团队合作精神。机械设计综合实践课程以某个机械产品设计为载体，通过团队的组建、任务的分配与协作，培养学生的团队合作精神。前言机械设计综合实践 (5) 本教材配套了电子版计算机辅助机械设计部分，提供了学生机械设计综合训练的平台。

(6) 本教材中所选择的机械设计案例均从学生课程设计报告中节选，便于学生参考和学习。

本书适用于普通高等学校工科机械类各专业。全书分为选题与设计规划、机械系统运动方案设计、机械系统装配结构设计、机械零部件工作能力设计、机械零部件精度设计、机械系统装配图及零部件图绘制、设计报告与答辩等内容，并提供了用于机械设计综合实践的教学和学生训练的电子版设计指导、机械CAD平台、课件以及有关标准、规范、数据、资料等，并附有清华大学机械设计综合实践课程教学大纲和教学计划等。本教材适用于不同专业的机械设计综合实践课程，各校可根据自身课程安排和学时情况，灵活选用各章节。本教材也可用于分开进行的机械原理和机械设计课程设计，还可以作为高年级学生学习专业课、专业课课程设计及毕业设计的参考资料。

本书由季林红、阎绍泽担任主编。第1章由季林红编写，第2章、第8章、附录A3由王人成编写，第3章由阎绍泽编写，第4章、附录A1和附录C由高志编写，第5章由肖丽英编写，第6章、第7章、附录A2由杨铁牛和季林红编写，附录B、附录D、附录E由阎绍泽、季林红整理。电子版部分由高志、王人成担任主编，计算机辅助设计程序由高志编写，机械设计综合实践课程课件PPT讲稿等由王人成整理。

本书承教育部高校机械学科机械基础课程教学指导分委员会副主任委员、北京科技大学翁海珊教授精心审阅，提出了很多宝贵意见，编者在此表示衷心感谢。

清华大学机械设计与制造基础系列课负责人、国家级教学名师申永胜教授，清华大学机械设计课程负责人刘向锋教授，在本书编写过程中给予了热情指导和帮助，并提供了宝贵的修改意见和建议，对提高本书质量给予了很大帮助，在此表示诚挚的谢意。借本书出版之机，对为本书提供了各种指导和帮助的各位同行以及所参考教材的编者，也表示衷心的感谢。

作者感谢清华大学出版社的领导和本书的责任编辑，他们以全力支持教学改革为己任，早在我们进行课程教学改革试点和教材编写酝酿阶段，就对本书的编写给予了热情的关注和支持。

书中内容均在清华大学的课程改革试点中使用过多遍，绝大部分内容在五邑大学、中国地质大学也进行了教学实践。尽管如此，由于按照新体系编写此书尚属首次尝试，加之编者水平有限，误漏和不妥之处在所难免，恳请广大同仁和读者批评指正。

编 者2011年3月于清华园

1 机械设计综合实践总论1

1.1 机械设计综合实践的目的1

1.2 机械设计综合实践的内容2

1.3 机械设计综合实践的一般步骤2

1.4 机械设计综合实践中应注意的问题6

思考题9

主要参考文献102 选题与设计规划11

2.1 选题11

2.2 设计规划12

2.3 开题调研12

2.3.1 产品检索12

2.3.2 文献检索13

2.3.3 专利检索14

2.4 文献综述15

2.5 开题报告17

思考题17

主要参考文献18

文献阅读指南183 机械系统运动方案设计19

3.1 基本要求及设计步骤19

3.1.1 基本要求19

3.1.2 设计步骤19

3.1.3 总体参数的确定21

3.2 机械工作原理方案设计22

3.2.1 功能分析22

3.2.2 功能原理设计24

3.2.3 工艺动作设计26

3.3 执行系统设计28

机械设计综合实践3.3.1 执行机构分类28

3.3.2 执行构件的运动形式29

3.3.3 执行机构形式设计29

3.3.4 执行系统协调设计35

3.4 原动机的选择与传动系统设计39

3.4.1 原动机的选择39

3.4.2 传动系统设计43

3.5 机械系统运动方案初步拟订54

3.5.1 机械系统运动方案图54

3.5.2 总体布置55

3.6 尺度设计58

3.6.1 连杆机构的尺度设计58

3.6.2 凸轮机构的尺度设计58

3.6.3 齿轮机构的尺度设计59

3.6.4 间歇运动机构的尺度设计60

3.7 运动与动力分析60

3.7.1 机械系统的运动分析60

3.7.2 机械系统的动力分析61

3.8 机械系统运动方案的评价与决策63

3.8.1 评价指标64

3.8.2 评价体系65

3.8.3 评价方法65

3.8.4 机械系统运动方案的决策67

思考题68

主要参考文献68

文献阅读指南694 机械系统装配结构设计71

4.1 机械系统装配结构设计的基本要求及设计步骤71

4.1.1 基本要求71

4.1.2 设计步骤72

4.2 机械结构设计的原则与原理80

4.2.1 结构设计的基本原则80

4.2.2 结构设计的原理84

4.3 机械结构设计方法92

4.3.1 典型结构设计方法93

4.3.2 功能结构设计方法93

4.4 装配草图设计94

思考题98

主要参考文献98

文献阅读指南985 机械零部件工作能力设计100

5.1 基本要求及设计步骤100

5.1.1 基本要求100

5.1.2 设计步骤100

5.2 材料选择与热处理101

5.2.1 机械零件的常用材料101

5.2.2 材料选择的原则102

5.2.3 材料的热处理103

5.3 机械零部件的工作能力设计104

5.3.1 机械零部件的强度设计104

5.3.2 机械零部件的刚度设计113

5.3.3 机械零部件的寿命设计114

思考题114

主要参考文献115

文献阅读指南1156 机械零部件精度设计116

6.1 基本要求及设计步骤116

6.1.1 基本要求116

6.1.2 设计步骤116

6.2 互换性生产的基本概念117

6.2.1 互换性生产117

6.2.2 标准化 117

6.2.3 优先数和优先数系118

6.3 公差与配合的基本术语和定义119

6.4 公差与配合的选用121

6.4.1 基准制122

6.4.2 公差等级的选用123

6.4.3 配合选择124

6.4.4 非配合尺寸精度设计129

6.5 形位公差130

6.5.1 形位公差的概念130

6.5.2 形位公差原则132

6.6 表面粗糙度136

思考题139

主要参考文献140

文献阅读指南1417 机械系统装配图及零部件图绘制142

7.1 装配图设计142

7.1.1 装配图的内容与功能142

7.1.2 系统结构方案分析与设计143

7.1.3 装配图的设计要求146

7.1.4 装配图的绘制147

7.1.5 尺寸标注147

7.1.6 标题栏与明细表148

7.1.7 装配图中的技术要求148

7.2 零件图设计150

7.2.1 零件设计原则与设计图的要求150

7.2.2 轴类零件设计151

7.2.3 杆类零件设计155

7.2.4 齿轮类零件设计158

7.2.5 箱体类零件设计159

7.3 常用CAD设计软件的选用及绘图步骤162

思考题163

主要参考文献163

文献阅读指南1648 设计报告与答辩165

8.1 设计报告的撰写要求165

8.2 设计报告的内容与结构规范166

8.3 设计报告格式要求169

8.4 准备答辩171

8.4.1 整理设计资料171

8.4.2 注意事项171

思考题172

主要参考文献172

文献阅读指南172附录A 机械设计综合实践案例173

A1 高杆灯提升装置设计173

A1.1 设计任务书173

A1.2 提升装置的功能分解及方案构思175

A1.3 提升装置的运动方案设计177

A1.4 细节设计188

A1.5 传动系统结构设计190

A2 网球自动捡球机设计196

A2.1 设计任务书196

A2.2 时间安排198

A2.3 开题报告200

A2.4 机械系统运动方案设计208

A2.5 结构草图设计和参数选择214

A3 减重步行康复训练机器人设计217

A3.1 设计任务书217

A3.2 开题报告（节选）217

A3.3 机械系统运动方案设计221

A3.4 机械系统结构设计231

A3.5 设计总结237

主要参考文献240附录B 设计题目及设计指导241

B1 书本打包机设计任务书241

B2 模拟太阳电池阵实验装置设计任务书245

B3 自动包装机设计任务书248

B4 全自动简易翻书机设计任务书249

B5 堆垛式立体车库设计任务书250

B6 管道机器人设计任务书251

B7 升降-横移式立体车库设计任务书252

B8 欠驱动仿生智能假手设计任务书253

B9 辅助老年人和残障者上下楼梯装置设计任务书254

B10 行走功能康复训练机器人设计任务书254

B11 多体位行走功能康复训练床设计任务书255

B12 960接线端子自动化装配机设计任务书256

B13 硬币队列化输送装置设计任务书258

B14 水果分拣机设计任务书260附录C 计算机辅助设计平台262附录D 清华大学的教学计划与教学大纲264

D1 课程基本情况264

D2 课程内容简介265

D3 课程教学大纲265

D4 课程实践环节267

D5 课程知识单元与知识点267

D6 节点考核与设计评价268附录E 清华大学机械设计综合实践课程教学日历270

机械设计综合实践教程是清华大学面向新世纪教学内容和课程体系改革计划的研究成果，是在总结近年来相关课程教学改革经验的基础上编写而成的。教材对原机械原理课程设计和机械设计课程设计进行了整合和改革，以适应机械设计系列课程改革需要。教材以机械产品设计为主线，培养学生的综合设计能力、创新能力以及独立工作能力和团队精神，形成了新的机械设计综合实践课程内容体系。

《机械设计综合实践》共八章，内容包括机械设计综合实践总论、选题与设计规划、机械系统运动方案设计、机械系统装配结构设计、机械零部件工作能力设计、机械零部件精度设计、机械系统装配图及零部件图绘制、设计报告与答辩等。教材提供了用于机械设计综合实践的教学和学生训练的电子版设计指导、机械cad平台、课件、学生设计案例以及有关标准、规范、数据、资料等。教材中还给出了结合生产实际的设计题目供学生选择，并附有清华大学机械设计综合实践课程教学大纲和教学计划等。

《机械设计综合实践》适于高等工科院校机械类、近机械类专业师生使用。本教材既适用于整合后的机械原理和机械设计课程设计的课程教学，也适用于分开进行的机械原理和机械设计课程设计教学。

内容简介

《机械设计综合训练》是按照教育部组织实施的“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”精神，从机械设计系列课程体系改革总体目标出发，为加强学生工程意识和能力的培养，重点突出和加强学生综合设计能力和创新能力的培养，在总结近几年来教学改革经验基础上而编写的。

《机械设计综合训练》详细阐述了机械设计综合训练的基本内容，编写了适用于不同专业、不同学时的综合训练题目。全书分为四个部分：第一部分为机械设计综合训练指导；第二部分为机械设计综合训练参考资料；第三部分为机械设计现代设计方法训练；第四部分为综合训练题目。2100433B

《综合实践(采矿)》为中等职业教育“十二五”规划教材之一。

《综合实践(采矿)》为中等职业教育“十二五”规划教材之一。