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出版者:化学工业出版社

作者:徐元昌

出品人:

页数:344

译者:

出版时间:2005-5

价格:38.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502568351

丛书系列:

图书标签:

• 机电系统设计
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• 机械工程
• 电气工程
• 自动化
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• 系统工程
• 设计方法
• 工业自动化
• 设备选型

机械工程基础理论与实践：结构、运动与控制的深度探索 本书导言： 在现代工业体系中，机械工程作为核心技术领域，始终扮演着至关重要的角色。本书并非聚焦于特定领域的应用设计，而是致力于为读者构建一个全面、扎实且具有前瞻性的机械工程基础知识体系。我们旨在深入剖析机械系统的三大基本要素——结构、运动和控制——之间的内在联系与相互作用，强调从第一性原理出发，对复杂工程问题进行系统性分析和解决的能力培养。全书内容涵盖了从宏观的机构学、动力学分析，到微观的材料力学、摩擦学，再到现代控制理论在机械系统中的应用，旨在为工程师和研究人员提供一把理解和设计高性能、高可靠性机械系统的钥匙。 第一部分：结构基础与材料科学的深度融合 本部分将机械系统的“骨架”——结构——的构建与性能优化作为核心议题。我们不讨论具体的“机电系统”集成，而是专注于构成这些系统的基本单元的内在属性和设计原则。 第一章：工程材料的本构关系与失效分析 本章详尽阐述了工程材料在不同载荷和环境条件下的力学行为。重点在于理解应力-应变关系、弹性、塑性变形的微观机制，以及蠕变、疲劳和断裂等关键的失效模式。 晶体结构与宏观性能的关联： 深入探讨金属、高分子、陶瓷等材料的微观结构如何决定其屈服强度、韧性、硬度和抗疲劳性能。 本构模型与有限元分析基础： 介绍线弹性、弹塑性材料模型，并为后续的结构分析奠定数学基础。侧重于材料参数的准确获取与应用。 先进材料的应用挑战： 讨论复合材料、智能材料在极端工况下的力学响应，分析如何通过材料选择和界面设计来提升结构件的承载能力和耐久性。 第二章：静力学与结构稳定性分析 本章聚焦于结构在静态载荷下的平衡、内力分布及其稳定性问题。这部分内容为所有后续的动力学和设计打下严谨的理论基础。 空间力系平衡与刚体分析： 运用矢量代数和矩阵方法，求解复杂结构中的约束力与反力，是结构分析的基石。 杆件理论的深化： 详细推导梁的挠度和应力分布，包括欧拉-伯努利梁理论和更适用于厚壁结构的铁木辛柯梁理论的适用性。 结构失稳理论： 重点分析欧拉屈曲、非线性屈曲问题，以及薄壁结构的面内与面外稳定性判据。讨论如何通过增加支撑、改变截面形式来提高结构的临界屈曲载荷。 第二章：机构运动学与动力学（侧重机构本身而非电子驱动） 本部分从经典力学的角度，解析机械系统的运动规律和受力情况，关注机械原理层面的核心概念。 第三章：平面与空间机构的运动学分析 本章旨在揭示机械传动和变换的几何规律，是理解任何运动系统的先决条件。 运动链的分类与自由度计算： 详细介绍平面四杆机构、凸轮机构、齿轮系等基本单元的自由度计算方法（Kutzbach准则及其在空间机构中的扩展）。 瞬心法与速度多边形法： 深入探讨解析法在求解机构速度和加速度分布中的应用，特别是针对复杂连杆机构的瞬时运动分析。 轨迹生成与路径规划的纯几何描述： 不涉及电机控制，仅从几何和运动学角度分析连杆端点的位移、速度和加速度矢量关系。 第四章：机构动力学与振动理论 本章将运动与力学相结合，分析机械系统在动态载荷下的响应，是评估系统性能和寿命的关键环节。 拉格朗日方程与牛顿-欧拉方程的应用： 运用能量法和力学原理推导复杂多自由度机构的运动微分方程，为后续的动态仿真和控制设计提供数学模型。 机械振动分析基础： 针对单自由度、多自由度系统，分析自由振动、强迫振动及其共振现象。重点讨论阻尼对系统响应的影响。 机械系统中的冲击与接触动力学： 讨论碰撞、摩擦和冲击过程中的能量耗散与系统状态突变，分析这类非线性动力学问题对结构的影响。 第三部分：摩擦、润滑与系统性能保障 本部分关注机械系统长期可靠运行的内在机制，即界面行为的控制。 第五章：摩擦学与磨损机制 摩擦和磨损是机械系统效率和寿命的根本制约因素。 摩擦的物理本质： 探讨表面能、界面粘附力与摩擦力的微观成因，区分粘着摩擦与迟滞摩擦。 磨损的类型与控制： 详细分类并分析磨粒磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损的形成机制，并介绍表面工程技术（如涂层、表面强化）在抑制磨损方面的应用原理。 第六章：润滑理论与流体动力学基础 流体动力润滑（Hydrodynamic Lubrication）： 深入剖析雷诺方程（Reynolds Equation）在阐述油膜承载机理中的核心作用，分析润滑剂粘度和速度对油膜厚度的影响。 边界润滑与混合润滑： 探讨在低速或高载荷条件下，润滑油膜无法完全隔离接触表面的情况，介绍添加剂和固体润滑剂的作用。 第四部分：面向可靠性的系统集成思维（非指机电集成，而是通用系统可靠性） 本章将前述的结构、运动、材料知识融会贯通，以系统工程的视角审视机械设计过程。 第七章：机械系统的可靠性与寿命预测 概率设计与寿命分布模型： 介绍威布尔分布、正态分布等在描述元件寿命和系统可靠性中的应用。 载荷谱与疲劳寿命评估： 结合振动与冲击分析的结果，使用Miner准则等方法对结构件在复杂交变载荷下的累积损伤和剩余寿命进行预测。 系统建模与容错设计： 讨论如何通过冗余配置、故障模式与影响分析（FMEA）等工具，在设计源头提升机械系统的固有鲁棒性。 结论与展望： 本书旨在提供一个坚实的、跨越多个学科的机械工程知识框架。它强调的是第一性原理的推导和结构-功能-失效的内在逻辑。通过对材料特性、运动规律、力学响应和界面行为的全面理解，读者将能够独立地分析和设计出更高效、更持久的机械装置，而非仅仅停留在对现有“机电系统”的表面应用层面。未来的机械设计，必然建立在对这些基础科学的深刻洞察之上。

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我是一个偏向于系统集成和项目管理背景的读者，通常我对纯粹偏重硬件细节的专业书籍会感到有些枯燥。然而，这本书在“系统集成”层面展现出的广度和深度，完全抓住了我的兴趣点。它没有陷入单一元件的参数纠缠，而是将重点放在了不同子系统（如机械结构、电子驱动、软件控制）之间如何进行有效接口设计和协同工作上。书中关于“模块化设计原则在机电系统中的应用”一章，对我启发最大。作者不仅提出了理论模型，还结合了几个实际项目，展示了如何通过预留的接口规范来最大化系统的可重构性和可维护性。这对于我这种需要协调跨学科团队、确保项目顺利交付的人来说，提供了宝贵的思维工具。它教会我如何从更高层次定义子系统的边界和契约，确保最终集成时能够减少“意外”的发生，将项目风险降至最低。

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这本关于机械电子系统设计方面的著作，从头到尾给我一种非常扎实的感觉。作者显然在这一领域浸淫多年，对基础理论的把握深入浅出，特别是对各种传感器的选型和信号处理部分的讲解，简直就是一本实操指南。我特别欣赏它在理论与实践结合上的努力，书中穿插了大量的工程案例分析，让我这个在实际工作中经常遇到疑难杂症的工程师受益匪浅。比如，关于伺服电机控制回路的设计，作者不仅仅停留在传递函数的层面，还详细分析了不同负载特性下PID参数整定的实际效果差异，这种细致入微的分析，远超我以往阅读过的同类书籍。它真正教会了我如何去“思考”一个系统，而不是仅仅会“套用”公式。阅读过程中，我甚至能想象到作者在编写时，是多么认真地对待每一个细节，试图为读者扫清所有潜在的知识盲区。如果你想从一个“会用”升级到“精通”机电系统设计，这本书无疑是你的不二之选，它提供的视角和深度，足以让你在面对复杂项目时游刃有余，不再感到力不从心。

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坦率地说，这本书的难度曲线并不平缓，它要求读者具备一定的工程基础知识，并非一本入门读物。但正是这种挑战性，使得它的价值愈发凸显。当我攻克了其中几章关于动态特性辨识和鲁棒性设计的部分后，我对整个机电系统的工作原理有了脱胎换骨的认识。作者在介绍鲁棒控制方法时，没有简单地罗列LQR或H-infinity的公式，而是深入探讨了实际制造公差和环境扰动如何影响控制性能，并提出了工程上可行的简化处理方案。这种既要追求理论上的完美，又要屈服于现实约束的讨论方式，极其贴近真实的工程世界。读完这本书，我感觉自己不再是简单的知识接收者，更像是一个经历过严苛训练的“系统架构师”，能够带着批判性的眼光去审视和优化任何一个复杂的机电设计方案。它不仅是一本书，更像是一次深入的、高强度的专业洗礼。

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这本书的排版和图示质量，真的值得称赞。在阅读涉及复杂结构或时序逻辑的章节时，那些精心绘制的流程图和系统架构图，起到了至关重要的作用。很多技术书籍的图往往是粗糙的示意图，但这本书里的图示，细节精确到连线方式和元件标识都清晰可辨，大大降低了理解复杂概念的认知负荷。特别是关于运动控制中插补算法的推导部分，如果仅靠文字描述，很容易让人陷入迷茫，但作者配上了多组不同插补曲线的对比图，并辅以简洁的数学描述，使得原本晦涩的数学逻辑变得直观易懂。对于视觉学习者而言，这简直是福音。我发现自己可以很快地跳过那些需要反复阅读才能理解的段落，因为关键信息已经被图文并茂的方式完美地传达出来了。这本书的出版方在编辑和设计上投入的精力，是能够被读者真切感受到的，它让学习的过程变成了一种愉悦的体验。

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初翻此书时，我有些意外，它对现代制造技术与信息技术的融合趋势有着相当敏锐的洞察力。我原以为这只是一本聚焦于传统机电控制的教材，但令人惊喜的是，书中用相当大的篇幅讨论了工业物联网（IIoT）在系统优化中的潜力，以及如何将云计算能力融入到嵌入式控制器的设计流程中。这种前瞻性视角极大地拓宽了我的思路。例如，书中对边缘计算在实时故障诊断中的应用所做的讨论，非常具有启发性，它不仅描述了技术原理，还探讨了数据安全和延迟容忍度等实际工程问题。作者似乎并不满足于讲述“如何设计现有系统”，而是更热衷于探索“未来系统应该是什么样”。对于希望站在技术前沿、引领未来产品方向的研发人员来说，这本书提供了一个绝佳的理论框架和技术视野，让你可以站在更高的维度上去规划和构思全新的机电产品，而不是被现有的技术框架所束缚。

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