本书以培养机械工程专业学生机械产品创新设计与製造及其相关综合能力与素质为主要目标，针对学生参与机械创新设计大赛的各个流程和技术环节，进行了细緻而科学的归纳总结。

全书共分9章，第1章介绍机械创新设计大赛与综合能力培养；第2章论述机械创新设计大赛的组织、培训与管理；第3章重点讲解机械创新设计最优方案分析与拟定，总结典型机构和套用；第4章讲述机械最佳化设计与仿真；第5章介绍机械产品的动力学分析与仿真；第6章归纳和举例分析机电控制系统常用电动机选型和控制电路设计要点；第7章总结产品数控加工与製造、装配；第8章论述与竞赛相关的论文写作、答辩环节注意事项等；第9章以4个典型机械作品为例，介绍了机械创新设计内容、主要步骤和方法。

本书可作为机械专业学生学习“机械创新与最佳化设计”课程的教材，也可作为有关教师和学生参与各级各类机械创新设计大赛的参考书。

第1章 机械创新设计大赛与综合能力培养 1

1.1 全国大学生机械创新设计大赛简介 1

1.2 历届全国大学生机械创新设计大赛的命题与要求 1

1.3 作品的选评 4

1.4 综合能力培养与科技製作 5

1.4.1 课外科技製作的内容与作用 5

1.4.2 课外科技製作与综合能力培养 6

1.4.3 做好大学阶段学习规划，积极参与科技製作 7

1.5 其他相关学科竞赛和创新项目申请 9

1.5.1 挑战杯课外科技作品製作大赛 10

1.5.2 全国工程训练综合能力竞赛 10

1.5.3 全国大学生创新训练项目 11

1.5.4 全国三维数位化创新设计大赛 12

第2章 机械创新设计大赛的组织、培训与管理 13

2.1 全国机械创新设计大赛流程 13

2.2 机械创新设计研究团队建设 14

2.2.1 指导教师团队建设 15

2.2.2 科技製作学生团队建设 16

2.2.3 基于导师制和项目制培养学生团队 17

2.2.4 团队学生选拔与分工 17

2.3 大赛的组织与动员 18

2.4 理论与实验教学改革 19

2.5 管理过程注意事项 22

第3章 机械创新设计最优方案分析与拟定 24

3.1 机械产品设计史 24

3.2 机械产品研发流程 25

3.3 机械专业学生创新能力与素质 26

3.4 机械产品选型与创新点提炼 27

3.5 机械运动方案设计 31

3.6 机构设计要点 31

3.7 机构特点及套用 32

3.7.1 常用机构功能 32

3.7.2 组合机构设计 35

3.7.3 机构的变异与演化 36

3.8 基于功能元求解的机械系统设计 38

3.8.1 创新思维方法 38

3.8.2 功能元对应基本机构 39

3.9 基于桿组的结构分解法 41

3.10 机械产品的可行性和综合评价 46

3.11 先进机构学理论 47

3.11.1 受控机构 47

3.11.2 变胞机构 47

第4章 机械最佳化设计与仿真 49

4.1 机械最佳化设计 49

4.2 最佳化设计的数学模型 51

4.2.1 设计变数 51

4.2.2 目标函式 52

4.2.3 约束条件 53

4.2.4 最优解分析 53

4.3 最佳化设计问题分析举例 54

4.4 机构运动仿真与程式设计 55

4.4.1 计算机仿真技术简介 55

4.4.2 机构运动仿真的目的和意义 56

4.5 基于Visual Basic.Net的四桿机构仿真 57

4.5.1 Visual Basic.Net简介 57

4.5.2 机构运动仿真编程基础 58

4.6 全铰链四桿机构运动仿真 61

4.6.1 变数定义 61

4.6.2 函式设计 62

第5章 机械产品的动力学分析与仿真 65

5.1 Adams软体简介 65

5.2 Adams入门 66

5.2.1 Adams/View的用户界面简介 66

5.2.2 Adams/View的一般使用方法 68

5.2.3 Adams/PostProcessor的用户界面简介 72

5.2.4 Adams/PostProcessor的一般使用方法 73

5.3 机构动力学仿真案例 76

5.3.1 问题描述 76

5.3.2 建立运动学模型 77

5.3.3 仿真 81

5.3.4 后处理 81

第6章 机电控制系统设计 84

6.1 电动机的选型 84

6.1.1 三相交流异步电动机的选型原则、步骤及实例 86

6.1.2 直流电动机的选型原则、步骤及实例 90

6.1.3 步进电机的选型原则、步骤及实例 94

6.2 电动机控制电路设计 100

6.2.1 永磁有刷直流电动机的PWM调速电路设计实例 100

6.2.2 混合式两相步进电机的驱动电路设计实例 105

6.2.3 三相交流异步电动机直接启动控制电路设计实例 106

第7章 产品数控加工与製造、装配 112

7.1 各种数控工具机的适应加工範围 112

7.2 数控加工的工艺设计 113

7.2.1 数控加工工艺内容的选择 114

7.2.2 零件的数控加工工艺性分析 114

7.2.3 数控加工的工艺过程设计 116

7.2.4 数控工具机加工工序和加工路线的设计 117

7.2.5 数控加工专用技术档案的编写 122

7.2.6 数控加工综合举例 125

7.3 零件加工製造过程中的注意事项 128

7.4 产品调试与问题分析 129

第8章 后期参赛準备工作 131

8.1 视频与海报製作 131

8.2 申报书写作 132

8.2.1 立项背景 133

8.2.2 研究内容和研究意义 134

8.2.3 项目的科学性和可行性论证 134

8.2.4 产品创新点与重难点总结 134

8.3 如何写说明书或论文 135

8.4 陈述与答辩 137

8.4.1 答辩的PPT设计与製作 138

8.4.2 作品陈述内容及注意事项 138

8.4.3 答辩的注意事项及技巧 139

第9章 机械创新作品案例 142

9.1 概述 142

9.2 创新作品一：救援变形金刚 142

9.2.1 摘要与关键字 142

9.2.2 多功能伤病员输送装置市场调查研究 143

9.2.3 救援变形金刚的设计理念 143

9.2.4 机械系统功能分析与实现 144

9.2.5 结束语 148

9.2.6 总结 148

9.3 创新作品二：斗牛士健身车 149

9.3.1 摘要和关键字 149

9.3.2 健身车市场调查研究 149

9.3.3 斗牛士健身车的设计理念 150

9.3.4 机械系统结构分析与功能实现 152

9.3.5 基于机构分析的关键零部件设计 154

9.3.6 结束语 155

9.3.7 总结 156

9.4 创新作品三：节能划船健身器 156

9.4.1 摘要和关键字 156

9.4.2 市场现有划船健身器的调查研究 156

9.4.3 划船健身器方案设计 157

9.4.4 传动系统设计 160

9.4.5 储能部分设计 161

9.4.6 系统安装 162

9.4.7 结论 162

9.4.8 总结 162

9.5 创新作品四：酷跑双轮车 163

9.5.1 摘要和关键字 163

9.5.2 现有产品市场调查研究 163

9.5.3 酷跑双轮车设计思路 164

9.5.4 酷跑双轮车功能分析 165

9.5.5 结论 170

9.5.6 总结 170

附录 国家级大学生创新训练项目申报书——斗牛士健身车 171

参考文献 178

后记 180