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《现代机械设计与制造技术》 内容简介 本书系统、全面地阐述了现代机械设计与制造领域的核心理论、先进技术及工程应用，旨在为机械工程专业学生、工程师及技术人员提供一本深度兼具广度的高级参考资料。全书紧密结合当前工业发展的前沿趋势，涵盖了从基础力学分析到数字化制造、智能控制的完整技术链条，力求构建一个结构化、逻辑清晰的知识体系。 第一部分：机械设计基础理论的深化与拓展 本部分着重于传统机械设计理论的提升和拓展，为理解复杂机械系统的行为奠定坚实基础。 第一章：机械工程材料的性能、选择与失效分析 深入探讨了工程材料的微观结构与宏观力学性能之间的内在联系。详细分析了金属材料（如高强度钢、钛合金、铝合金）和非金属材料（高分子材料、陶瓷复合材料）的本构关系、疲劳极限、蠕变特性和断裂韧性。重点介绍了先进材料的应用，如智能材料（形状记忆合金、压电材料）在精密机械中的应用潜力。新增内容包括材料在极端环境（高温、高压、强腐蚀）下的行为建模，以及基于密度泛函理论（DFT）对材料失效机理的模拟分析。详细讲解了疲劳裂纹的萌生、扩展和最终断裂的机制，并提供了损伤容限设计（Damage Tolerance Design）的方法论和实例。此外，对增材制造（3D打印）材料的各向异性力学行为进行了专门的讨论。 第二章：机械传动系统的高效能设计 超越基础的齿轮和轴承计算，本章侧重于高速、重载、高精度传动系统的动态特性分析与优化。内容涵盖了先进的齿轮强度计算方法（如ISO 6336标准详解），滚子轴承的寿命预测模型（包括Stribeck效应和润滑膜的建立），以及万向联轴器的动态平衡设计。在带传动和链传动部分，引入了摩擦学理论，探讨了润滑剂的选择对系统效率和寿命的决定性影响。特别关注了非传统传动方式，如磁悬浮轴承和柔性机构在精密仪器中的应用，包括其控制系统的基本架构。对于减速器箱体的设计，引入了有限元法（FEM）进行刚度和模态分析，确保在复杂载荷下的结构稳定性。 第三章：机械连接件的可靠性增强 本章聚焦于螺纹连接、焊接和胶接等关键连接方式的优化。螺栓连接部分，不仅包含预紧力的精确控制和松动预防措施，还深入分析了螺栓在交变载荷下的疲劳可靠性评估。焊接部分，详细介绍了不同焊接工艺（如激光焊、搅拌摩擦焊）对热影响区（HAZ）微观结构和残余应力的影响，并提供了无损检测（NDT）的技术要点。胶接技术部分，基于界面科学，分析了不同界面处理方式对粘接强度的影响，并引入了多物理场耦合分析，预测胶接结构在湿热环境下的长期耐久性。 第二部分：现代机械制造工艺与数字化转型 本部分是全书的重点，系统介绍了适应工业4.0时代要求的先进制造技术，强调制造过程的精度控制、柔性化与智能化。 第四章：先进切削加工技术与刀具优化 深入剖析了高速和超高速切削（HSC/UHS）的机理，包括切削力、温度场和刀具磨损的实时监测与预测模型。重点讲解了PVD/CVD涂层技术在硬质合金刀具上的应用，以及微纳加工中的特殊挑战。对于难加工材料（如镍基高温合金、复合材料），本书提供了特定的切削参数选择策略和冷却润滑技术。此外，引入了基于人工智能的刀具路径优化算法，旨在最小化加工时间和刀具损耗。讨论了电化学加工（ECM）和激光加工（LBM）等非传统加工方法的原理与应用范围，特别是在模具制造中的应用。 第五章：增材制造（AM）的理论与工程实践 本书将增材制造视为机械制造的核心组成部分。全面介绍了选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）、材料喷射（Material Jetting）等主流技术的物理过程。核心内容包括：粉末床的激光/电子束相互作用、熔池的凝固动力学、残余应力的产生与控制。对于SLM制造的零件，本书详细介绍了热后处理（Post-processing）对改善密度、机械性能和表面质量的作用。引入了面向增材制造的设计（DfAM）原则，包括晶格结构、多孔结构的设计与拓扑优化方法，以充分发挥增材制造在轻量化和功能集成方面的优势。 第六章：数控编程、仿真与系统集成 本章从制造系统的角度探讨了数字化集成。详细介绍了五轴及以上复杂曲面零件的后处理（Post-processing）与G代码生成技术，重点讲解了插补算法和误差补偿机制。在仿真方面，本书不仅涵盖了工件的有限元仿真，更侧重于整个制造链的仿真——包括机床的运动学/动力学建模、加工过程的虚拟调试以及生产节拍的优化。对基于OPC UA等工业标准的机床联网和数据采集技术进行了阐述，为构建智能车间奠定了基础。 第三部分：机械系统的动态特性、控制与智能诊断 本部分关注机械系统在实际运行中的行为，以及如何利用现代控制理论和信息技术实现高性能运行和预测性维护。 第七章：机械系统的振动、冲击与噪声控制 深入分析了多自由度系统的模态分析、传递率函数和频率响应。重点讨论了随机激励下的振动分析方法（如谱密度分析）。在主动控制方面，详细介绍了半主动和主动减振技术，如磁流变阻尼器（MR Damper）和主动隔振系统的工作原理及控制策略。噪声控制部分，结合声学有限元法（FEM）和边界元法（BEM），对机械噪声源进行定位和优化设计，并探讨了吸声、隔声材料的工程应用。 第八章：机械系统的反馈控制与伺服驱动 本章是现代自动化设备的核心。详细介绍了经典PID控制器的调优方法（如Ziegler-Nichols法、根轨迹法），并拓展到先进控制技术，如滑模控制（SMC）、鲁棒控制（H-infinity）在高速精密运动控制中的应用。对伺服系统的关键组成部分——电机（永磁同步电机PMSM、无刷直流电机BLDC）的选型、驱动器（变频器、伺服驱动器）的原理和电流/速度/位置环的解耦控制进行了深入讲解。特别关注了直线电机驱动系统和高分辨率编码器的误差分析。 第九章：机械系统的状态监测与预测性维护（PdM） 结合物联网（IoT）和大数据分析，本章探讨了如何从运行数据中提取健康信息。重点介绍了传感器技术在机械诊断中的应用，包括加速度计、应变片、声发射传感器（AE）的安装位置和信号采集标准。深入讲解了基于时频分析（如小波包分解）的故障特征提取方法，以及通过机器学习（如支持向量机SVM、深度神经网络DNN）对轴承、齿轮等关键部件的早期故障进行分类和寿命预测的流程。本书提供了系统的故障诊断流程图和实际案例分析，指导工程师建立有效的预测性维护策略。 附录 包含常用机械工程标准、材料性能数据库（精选）、以及工程计算中常用的高级数学工具回顾（如傅里叶变换、拉普拉斯变换在系统分析中的应用）。 本书结构严谨，图文并茂，配备大量工程实例和习题，是机械工程领域从业者和高年级学生深入学习和工程实践的必备参考书。
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