机械设计基础案例MATLAB App编程实践

陆爽 浙江师范大学行知学院教授、浙江师范大学三级教授，教育部机械设计课程群虚拟教研室核心会员。吉林大学机械设计及理论工学博士，教育部公派德国布伦瑞克工业大学高级访问学者。曾任全国高等院校工程应用技术教师大赛专家委员会委员、全国高校机械工程测试技术研究会常务理事、全国三维数字化大赛工业工程组专家、华中科技大学出版社高等院校机械类应用型本科“十二五”创新规划系列教材编委会委员等。历任浙江师范大学交通学院(现更名为工学院)副院长、浙江师范大学行知学院副院长，主要从事“机械工程控制基础”“机械工程测试技术基础”“机电传动控制技术”等课程的教学工作，把数字化应用软件MATLAB/Simulink与所讲授的课程深度融合，在专业教学数字化改革方面进行了全面的探索和实践。

第1章平面连杆机构App设计案例1

1.1平面四杆机构设计案例1

1.1.1案例1: 四杆机构类型判断App设计1

1.1.2案例2: 按连杆通过两个预定位置的几何法实现App设计6

1.1.3案例3： 按连杆通过三个预定位置的几何法实现App设计11

1.1.4案例4: 按连杆预定位置位移矩阵法实现App设计16

1.1.5案例5: 按连杆预定位置解析法实现App设计21

1.1.6案例6: 按两连架杆预定对应位置运动规律实现App设计25

1.1.7案例7: 按期望函数实现App设计28

1.1.8案例8: 按行程速比系数及有关参数实现App设计32

1.2平面连杆机构分析案例40

1.2.1案例9: 铰链四杆机构运动分析App设计40

1.2.2案例10: 铰链四杆机构力分析App设计46

1.2.3案例11、案例12:曲柄滑块机构运动和精度分析App设计56

1.2.4案例13: 曲柄滑块机构力分析App设计68

1.2.5案例14: 曲柄滑块机构等效动力学App设计78

1.2.6案例15、案例16：导杆机构运动分析App设计84

1.2.7案例17: 导杆机构力分析App设计95

1.2.8案例18: 六杆机构运动分析App设计104

1.2.9案例19: 六杆机构力分析App设计113

1.2.10案例20: 双滑块机构运动分析App设计124

1.2.11案例21: 放大机构运动分析App设计130

1.2.12案例22: 刨床机构运动分析App设计137

第2章凸轮传动机构App设计案例146

2.1凸轮传动机构运动规律146

2.1.1凸轮从动件的运动规律146

2.1.2四种推杆运动规律的MATLAB子函数148

2.2凸轮传动机构运动和压力角设计案例150

2.2.1案例23: 偏置直动滚子推杆盘形凸轮机构运动App设计150

2.2.2案例24: 凸轮机构最大压力角及其位置App设计157

第3章其他常用机构App设计案例162

3.1槽轮机构162

3.1.1槽轮传动机构设计计算162

3.1.2案例25: 外槽轮机构App设计163

3.1.3案例26:内槽轮机构App设计166

3.2针轮机构169

3.2.1针轮传动机构设计计算170

3.2.2案例27: 针轮机构参数及运动App设计172

3.3螺旋机构176

3.3.1螺旋传动机构设计计算176

3.3.2案例28: 螺旋机构App设计178

第4章齿轮机构App设计案例182

4.1圆柱齿轮传动参数计算182

4.1.1案例29: 直齿圆柱齿轮传动参数计算App设计183

4.1.2案例30： 直齿圆柱齿轮传动变位系数App设计185

4.2直齿圆柱齿轮传动齿面接触应力设计190

4.2.1齿轮传动齿面接触应力设计理论190

4.2.2案例31： 齿轮传动齿面接触应力App设计191

4.3单级圆柱齿轮减速器优化设计195

4.3.1单级圆柱齿轮减速器优化设计方法195

4.3.2案例32: 单级圆柱齿轮减速器体积最小优化App设计195

4.4二级圆柱齿轮减速器优化设计199

4.4.1二级圆柱齿轮减速器优化设计方法199

4.4.2案例33: 二级圆柱齿轮减速器中心距最小优化App设计201

4.5圆柱蜗杆减速器优化设计205

4.5.1圆柱蜗杆减速器优化设计方法205

4.5.2案例34: 蜗杆减速器涡轮齿圈体积最小优化App设计208

第5章机械连接App设计案例212

5.1螺栓及螺栓组连接设计212

5.1.1螺栓连接强度设计计算212

5.1.2案例35: 螺栓连接强度App设计214

5.1.3螺栓组连接优化设计计算217

5.1.4案例36： 螺栓组连接优化App设计218

5.2圆柱螺旋弹簧设计221

5.2.1圆柱螺旋弹簧设计计算221

5.2.2案例37、案例38、案例39： 圆柱螺旋弹簧App设计221

5.2.3圆柱螺旋弹簧优化设计计算228

5.2.4案例40: 圆柱螺旋弹簧优化App设计230

5.2.5案例41： 圆柱螺旋弹簧多目标优化App设计232

第6章转轴的App设计案例238

6.1转轴的可靠性设计238

6.1.1弯扭组合作用下转轴的可靠性设计计算238

6.1.2案例42： 弯扭组合作用下轴的可靠性App设计239

6.1.3简支轴危险截面可靠性设计计算241

6.1.4案例43： 锥齿轮轴危险截面可靠性App设计243

6.2主轴支撑静不定结构的设计246

6.2.1主轴支撑静不定结构受力分析计算246

6.2.2案例44： 静不定结构App设计249

第7章机械平衡App设计案例252

7.1刚性转子静平衡设计253

7.1.1刚性转子静平衡计算253

7.1.2案例45: 刚性转子静平衡App设计254

7.2刚性转子动平衡设计258

7.2.1刚性转子动平衡计算258

7.2.2案例46: 刚性转子动平衡App设计260

第8章带式输送机传动系统综合App设计案例266

8.1综合案例： 主系统界面266

8.2传动系统运动与动力参数App设计——子设计系统1268

8.2.1案例47: 传动系统运动与动力参数的基本计算268

8.2.2传动系统运动与动力参数子系统App设计269

8.3输送机V带传动App设计——子设计系统2272

8.3.1案例48： V带传动的参数计算272

8.3.2V带传动App设计273

8.4减速器斜齿圆柱齿轮传动App设计——子设计系统3277

8.4.1案例49: 斜齿圆柱齿轮传动的理论分析277

8.4.2圆柱斜齿轮传动App设计 279

8.5减速器弯扭组合轴App设计——子设计系统4283

8.5.1案例50: 弯扭组合轴设计计算283

8.5.2弯扭组合轴App设计 286

8.6减速器轴承（30209）寿命计算App设计——子设计系统5291

8.6.1案例51: 圆锥滚子轴承（30209）寿命设计计算291

8.6.2圆锥滚子轴承（30209）寿命计算App设计 292

8.7平键连接选用App设计——子设计系统6295

8.7.1案例52： 平键连接设计选用计算295

8.7.2平键连接选用App设计 296

附录 MATLAB App Designer编程入门简介299

参考文献308

在数字化、网络化、智能化时代，理工科专业的学生在职场人才竞争中应具备的三种基本能力之一就是专业工作数字化计算的App表达能力。本书基于MathWorks公司新一代MATLAB App Designer，以“机械设计基础”中常见的52个典型应用案例为素材，详细介绍了每个案例的工业App编程方法与步骤。

本书可作为本科及高职高专院校的智能制造、工业机器人和机械类专业的教学、课程设计和毕业设计的辅助教材，也可作为相关制造领域工程技术人员工业App设计应用的辅助工具书。