本書采取“項目驅(qū)動教學”的思路,按照機構(gòu)設計項目構(gòu)思(C)、設計(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)、機械運動方案設計及實例分析,再介紹連桿機構(gòu)設計、凸輪機構(gòu)設計、齒輪機構(gòu)設計、輪系計算與設計,之后介紹機構(gòu)運動分析、機構(gòu)力學分析,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)等基礎知識。在此基礎上,最后介紹基于再生運動鏈的桿機構(gòu)設計方法、基于TRIZ理論的機構(gòu)創(chuàng)新設計方法、機構(gòu)優(yōu)化方法及相關(guān)編程方法。
本書是結(jié)合機械基礎課程教學指導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-設計(design)、I-實施(implement)、0-運行(operation)]的教學實際進行編寫的。
本書采用項目驅(qū)動教學,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,設置了機構(gòu)的組成原理、常用機構(gòu)、機械運動方案設計等知識單元。在項目設計(D)模塊,需要知道機構(gòu)設計方法,相應設置了連桿機構(gòu)設計、凸輪機構(gòu)設計、齒輪機構(gòu)設計、輪系設計等知識單元。在項目實施(I)模塊,需要對機構(gòu)進行分析,相應設置了機構(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,相應設置了機械效率與自鎖、機械平衡、機械動力學、速度波動與調(diào)節(jié)等知識單元。本書的結(jié)構(gòu)設置保障學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)新設計方法及優(yōu)化方法(包括再生鏈的桿機構(gòu)創(chuàng)新設計方法、TRIZ理論機構(gòu)創(chuàng)新設計方法、機構(gòu)優(yōu)化設計等),機構(gòu)設計與分析的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)、機械運動方案設計;第5-8章為設計(D)模塊的知識單元,包括連桿機構(gòu)設計、凸輪機構(gòu)設計、齒輪機構(gòu)及其設計、輪系及其設計;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(含機械系統(tǒng)的動力學模型、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)新設計與優(yōu)化、機構(gòu)設計與分析的編程。教學內(nèi)容設計(知識點選。┥媳WC了“兩性一度”與地方性高校學生特點的協(xié)調(diào),在教學內(nèi)容的取舍上,教學中可根據(jù)實際情況選取,建議著重關(guān)注機構(gòu)的構(gòu)思和設計模塊,而實施與運行模塊中的知識點與理論力學課程有一些重疊,應注意講授與理論力學不同的知識點,書中標注“木”的內(nèi)容為選學內(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置例題,之后是強化訓練題;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教學實際情況,使用本書時建議采用的教學組織形式為:(1)提前三周將教學進度表(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)給學生,并提醒學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,利用慕課組織學生預習,課內(nèi)以重要知識點傳授和研討為主;(3)課堂教學采用PTDS流程實施,即問題(problem)導入,設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)與應用思路。(4)對于關(guān)鍵節(jié)點,要求學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。
本書構(gòu)建適合CDIO教學的機械原理知識體系,著力培養(yǎng)學生構(gòu)建機構(gòu)的知識體系,對創(chuàng)新機構(gòu)的分析與設計能力,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,便于學生邊實踐邊學習理論知識,理論與實踐并行。(2)選用有工程應用背景的例題、強化訓練題和習題,使學生能夠融入機構(gòu)的工程應用環(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、便于學生適應考試的題型。(3)給出再生運動鏈桿機構(gòu)創(chuàng)新設計方法、TRIZ理論機構(gòu)創(chuàng)新設計方法及機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法,引導學生在學習基本知識的同時,應用創(chuàng)新思維與創(chuàng)新方法設計更為合理地創(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,除了使學生掌握經(jīng)典的機構(gòu)設計與分析方法外,將進一步擴展學生的機構(gòu)知識面。大量有工程應用背景的例題、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)等同學參加插圖的制作。本書強化訓練題和習題的答案可掃二維碼查看。
華南理工大學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(201709k20)]、廣州大學教材出版基金資助,得到廣州大學機械與電氣工程學院張春良、文桂林、柳晶晶、王一軍等領導的支持和指導以及機電工程系很多老師的幫助,得到肇慶學院、東莞理工學院、電子科技大學中山學院、長沙學院相關(guān)領導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)絡資源,在此對原作者致以謝意。
本書是CDIO教材與研究性教學方法的一種嘗試,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!