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出版者:科学出版社

作者:孙敬姝

出品人:

页数:177

译者:

出版时间:2005-1

价格:16.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787030149510

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• 实验
• 普通物理
• 大学教材
• 理工科
• 教学
• 实践
• 物理学
• 实验指导
• 本科

《机械设计基础：原理与实践》 第一章 绪论：机械设计的基本概念与发展 本章首先界定了机械设计在现代工程中的核心地位，并深入探讨了机械系统与部件的功能、结构和运动关系。我们将详细阐述机械设计的基本流程，从需求分析、概念生成到详细设计与优化。重点分析了材料选择、制造工艺与经济性之间的权衡，这是决定一个机械产品能否成功商业化的关键因素。本章还将回顾机械设计理论的演进历程，特别是在数字化设计、仿真实践和智能制造背景下的新趋势，为后续章节的学习奠定坚实的理论基础。 第二章 机械工程材料的选用与性能 本章聚焦于机械设计中至关重要的材料学基础。我们将系统地介绍常用的金属材料（如碳素钢、合金钢、铸铁及有色金属）和非金属材料（如高分子材料、陶瓷和复合材料）的微观结构、力学性能（强度、硬度、韧性、疲劳极限）及服役性能（耐磨性、耐腐蚀性）。讨论如何根据具体工作条件——载荷性质、温度、环境介质——科学地选择材料，并详细分析热处理和表面改性技术如何优化材料性能以满足严苛的设计要求。本章尤其强调材料的失效分析，使设计者能够预见并避免常见的材料破坏形式。 第三章 机械连接的基础理论：静力学与强度分析 本章是机械设计中静力学分析的核心章节。首先讲解力的平衡、应力与应变的基本概念，以及胡克定律在线弹性范围内的应用。随后，对不同类型的连接进行深入剖析： 螺纹连接： 详细讨论普通螺纹、紧固螺纹的几何参数、自锁条件、预紧力的计算及其在承受静载荷和变载荷下的可靠性校核。 键与花键连接： 分析键连接（平键、半圆键、楔键）的强度计算，区分剪切破坏与压溃破坏，并探讨花键连接在高扭矩传递中的优势。 铆接与焊接： 介绍不同焊接方法（如MIG、TIG、埋弧焊）的特点，重点进行焊缝的强度计算，包括对角焊缝、对接焊缝的疲劳强度评估。 第四章 摩擦、润滑与滚动轴承 本章深入研究机械运动中的能量耗散与控制问题。首先，系统阐述摩擦的本质、分类（静摩擦与动摩擦），以及影响摩擦系数的因素。随后，引入润滑理论，详细介绍润滑剂的种类（液体润滑、半固体润滑、固体润滑）和润滑状态（边界润滑、流体润滑、弹性流体润滑）。着重讲解Reynolds方程在流体润滑分析中的应用。 在轴承部分，本章详尽分析滚动轴承的结构、工作原理和失效模式（疲劳点蚀、磨损、保持架损坏）。侧重于轴承的寿命计算（基本额定动载荷与静载荷）、选型标准，以及轴承的安装、润滑和密封技术。 第五章 滑动轴承与滑动接触 本章专门针对需要承受冲击载荷或在恶劣条件下工作的滑动轴承进行设计与分析。讨论滑动轴承的承载机理、油膜的形成与稳定性。详细介绍不同类型的滑动轴承（如整体式、剖分式、有隔板轴承）的结构特点。重点推导和应用油膜压力分布的计算方法（如短轴承近似理论），并分析轴承的温升、磨损与自适应性。本章亦涵盖了材料（如巴氏合金、铜基合金）的选择和轴颈与轴瓦之间的间隙设计对性能的影响。 第六章 弹性连接与柔性传动：弹簧的设计与应用 本章聚焦于利用弹性变形来吸收冲击、储存能量或传递力的部件。系统介绍螺旋弹簧（拉伸、压缩、扭转）的几何设计、材料选择和强度校核，特别是疲劳载荷下的许用应力确定。详细探讨板簧、碟形弹簧（Belleville弹簧）的工作特性，及其在制动系统和压力调节中的应用。本章还涉及减振器的设计原理，分析如何通过弹簧的刚度匹配来达到预期的减振效果。 第七章 齿轮传动系统设计与分析 齿轮传动是机械中应用最广泛的动力和运动传递方式。本章从几何入手，详细阐述渐开线齿廓的形成、参数（模数、压力角、齿数）之间的关系，以及标准直齿圆柱齿轮的啮合原理。强度分析是核心内容，包括齿面的接触疲劳（点蚀）计算和齿根弯曲疲劳的校核，并引入ASME和ISO标准进行修正。此外，本章还涵盖斜齿圆柱齿轮、人字齿轮和蜗轮蜗杆传动的特殊性，并指导读者进行高精度齿轮箱的总体布局设计。 第八章 轴的设计、校核与动态特性 本章是机械设计实践中工作量最大的部分之一。首先，讲解轴的设计流程，包括确定轴的类型（传动轴、心轴、曲轴）和确定各部件的相对位置。随后，深入进行强度校核，考虑扭转应力、弯曲应力、弯扭复合应力以及交变载荷下的疲劳寿命预测。特别关注轴的刚度要求（变形和振动控制），引入临界转速的概念，并指导如何通过轴的截面优化来避免共振。本章最后讨论轴的制造与装配公差配合的确定。 第九章 联轴器、离合器与制动器 本章集中于动力传递过程中的连接、分离与控制装置。 联轴器： 介绍刚性联轴器、柔性联轴器（如膜片式、齿式、万向联轴器）的结构、作用及适用范围，重点分析它们对轴系不对中误差的补偿能力。 离合器： 详述摩擦式离合器的工作原理，分析单片、多片离合器的轴向压力、摩擦力矩计算，以及接合过程的平稳性控制。 制动器： 分析块式制动器和带式制动器在不同工况下的制动性能，包括制动力矩的计算、热平衡分析，以及防止过热的散热设计。 第十章 机构运动学与动力学基础 本章为理解更复杂机械（如机床、自动化设备）提供理论基础。首先引入平面机构的运动分析，包括位置、速度和加速度的图解法和解析法（瞬心法、矢量法）。随后转向动力学分析，应用达朗贝尔原理分析机构的惯性力与力矩，并介绍通过飞轮来平衡机构运动不均匀性的方法。本章将通过实例展示如何利用拉格朗日方程或牛顿-欧拉方程对复杂多连杆机构进行精确的动态仿真建模。

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我个人对这本书的实验设计理念深表赞赏，它彻底摆脱了那种“照本宣科”的机械重复，充满了对学生创新思维的引导。很多实验项目都不是仅仅要求“验证”某个已知定律，而是鼓励学生去“探索”不同参数组合下的系统行为。举个例子，其中一个关于电磁感应的实验，它提供的基础框架很稳固，但留给学生的自由发挥空间却非常大，你可以选择改变线圈的匝数、磁铁的强度、切割磁感线的速度，甚至可以尝试设计一种全新的检测装置，每一次小小的改动，都会带来意想不到的结果。这种“开放式”的实验设计，极大地锻炼了我的批判性思维和动手解决实际问题的能力。我不再是被动地接收指令，而是主动地构建假设、设计对照组、并对结果进行多角度的交叉验证。这本书真正培养的，不是只会操作仪器的“技术员”，而是懂得如何用物理学思维去解构世界的“探究者”。

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从一个深度使用者的角度来看，这本书在“故障排除与应急处理”板块的设置，简直是神来之笔，体现了编写者对真实实验环境的深刻洞察。谁做实验没遇到过仪器失灵、读数漂移、电路短路的情况？以往的教材对此往往轻描淡写，让人在遇到突发状况时束手无策。然而，这本书却用近乎“侦探小说”般的笔触，详细列举了每种常见错误现象背后的可能原因，并提供了系统化的排查路径图。例如，当发现测量结果的波动性异常大时，它会提示你先检查接地线、再校准传感器零点、最后考虑环境电磁干扰的可能性。这种结构化的故障诊断流程，极大地节省了我们排查问题的时间，避免了无效的重复操作，更重要的是，它教会了我们一种冷静、有条理的解决问题的思维框架。这不仅仅是关于物理实验的指导，更是关于如何系统性应对复杂系统失常的一种宝贵经验传授。

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这本书的叙事逻辑，简直是一场精妙的思维导图，它不像许多教材那样将理论和操作割裂开来，而是将两者无缝衔接地构建了一个完整的认知闭环。每一章节的引入，都不是生硬地抛出公式，而是从一个贴近日常生活的物理现象或一个亟待解决的工程问题出发，自然而然地引申到本实验的核心原理，这种“问题导向型”的教学方法，极大地降低了理解难度的门槛。更绝妙的是，作者在阐述关键步骤时，所用的语言风格非常具有对话感，仿佛一位经验丰富的导师在你耳边轻声细语地指导，每一个操作细节的“为什么”都被解释得清清楚楚、合情合理。特别是对于误差分析的部分，处理得极为透彻，没有回避实验中必然存在的随机性和系统性误差，反而教会了读者如何用科学的眼光去审视和量化这些不确定性，而不是简单地将失败归咎于“运气不好”。这种深入骨髓的理性精神，才是真正宝贵的财富。

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这本书在理论与实践的衔接上做得相当细腻，特别是对于那些容易在理论和实际测量值之间产生巨大鸿沟的实验，它做出了非常贴合实际的解释和指导。例如，在处理波的干涉与衍射实验时，它没有停留在理想状态下的数学模型，而是坦诚地指出了光束的非平行性、光栅的制造缺陷、以及人眼分辨力的限制是如何影响最终测量结果的。它甚至引入了几个高级统计学工具的简化版，教我们如何用最小二乘法来拟合实验数据，从而得到最可靠的斜率和截距。这种处理方式，让我深刻理解了理论是理想化的模型，而实验则是受限条件下的最优逼近。读完这本书，我不再迷信于教科书上的“完美数据”，而是学会了尊重数据本身包含的信息，理解误差是科学的一部分，而非失败的标志。这种对“真实性”的尊重，是这本书最让我受益匪浅的地方。

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这本书的排版真是让人眼前一亮，完全颠覆了我对传统实验手册的刻板印象。封面设计简洁却不失深度，那种灰白相间的色调，配上精准的物理公式点缀，透露出一种严谨的美感。内页的纸张质量也相当出色，触感温润，即使用钢笔书写，墨水也不会轻易洇开，这对需要详细记录实验数据的我们来说，简直是福音。更值得称赞的是，图表的绘制达到了专业级别的水准，那些示波器的波形图、电路示意图，线条清晰，标注详尽，即便是初次接触复杂仪器的同学，也能通过图示快速理解其结构和工作原理。细节之处，例如对安全注意事项的字体加粗和图标使用，都体现了编者对使用者体验的极致追求。翻阅过程中，我甚至感受到了一种莫名的仪式感，仿佛捧着的不只是一本工具书，更像是一件精心打磨的艺术品，让人在学习知识的同时，也能享受到阅读的愉悦。这种对物理实验的“美学化”处理，无疑能激发更多学习的热情。

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