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出版者:Wiley-Interscience

作者:Horacio Márquez

出品人:

页数:376

译者:

出版时间:2003-04-25

价格:USD 94.50

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471427995

丛书系列:

图书标签:

• 非线性控制
• 控制系统
• 自适应控制
• 最优控制
• Lyapunov稳定性
• 滑模控制
• 反馈控制
• 机器人控制
• 混沌控制
• 非线性系统

好的，这是一本关于经典机械设计原理与应用的图书简介： 书名：《经典机械设计原理与应用：从基础理论到现代工程实践》 内容简介： 本书旨在为机械工程领域的学生、初级工程师以及希望系统回顾机械设计基础知识的专业人士提供一本全面、深入且注重工程实践的参考手册。我们聚焦于机械设计中那些经过时间检验、构成了现代工程基石的核心理论与方法，并辅以大量实际案例，确保读者不仅理解“为什么”，更能掌握“如何做”。 第一部分：机械设计的基础范式与材料科学 本书伊始，我们首先确立了现代机械设计所依赖的五大基本原则——强度、刚度、可靠性、可制造性与经济性。随后，我们对机械设计中至关重要的工程材料进行了深入探讨。这部分内容不仅涵盖了钢铁合金（碳素钢、合金钢、不锈钢）的微观结构、热处理工艺及其对宏观力学性能的影响，还详尽分析了有色金属（铝、铜、钛合金）在特定应用环境下的优势与局限。我们特别强调了疲劳理论，从S-N曲线的绘制、应力集中效应的分析，到高周疲劳和低周疲劳的判据，力求让读者对材料在周期性载荷下的失效模式形成深刻的理解。此外，静力学强度分析不再局限于简单的应力公式，而是引入了基于可靠性的设计（LFRD）方法，探讨了概率论在确定安全系数中的作用，使设计决策更具科学依据。 第二部分：连接件与静载荷元件的设计 本部分是机械系统的核心骨架，详细阐述了各种常用连接件的设计与校核。 螺纹连接部分，我们超越了简单的拉伸强度校核，深入分析了螺纹副的摩擦特性、预紧力的保持机制以及在冲击和振动载荷下的自锁能力。针对特定应用，如高精度机床导轨的紧固，我们探讨了扭矩控制与伸长量控制的实际操作规范。 紧固件方面，本书对比了螺栓、铆钉和销子的适用场景，重点分析了如何通过优化螺栓的受力状态（如轴向载荷与横向载荷的合理分配）来最大化其承载能力。 焊接连接的设计，则从焊缝的几何尺寸确定、载荷分配到焊缝的疲劳寿命评估，提供了一套完整的、符合国际标准（如AWS或相关欧洲标准）的设计流程。我们特别关注了焊接残余应力的产生机理及其对结构整体性能的影响。 静载荷元件如轴、轴承座和联轴器的设计，遵循了“先整体，后局部”的思路。轴的设计不再是简单的扭转刚度控制，而是综合考虑了弯曲、扭转的组合应力，并利用应力流线分析的概念来指导结构优化。滑动轴承的润滑理论（如雷诺方程的简化应用）和滚动轴承的寿命计算（L10寿命与可靠度修正）被系统地介绍。 第三部分：运动传递机构的理论与实践 运动传递是机械系统的灵魂。本部分聚焦于齿轮、带传动和链传动的精密设计。 齿轮传动被赋予了极高的权重。我们详细剖析了标准直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、锥齿轮的几何参数计算，并深入讲解了齿面接触应力（Hertz接触应力）和齿根弯曲疲劳应力的校核步骤。强调了齿形系数、应力修正系数和载荷分布系数在实际制造公差下的精确选取。对于重载、高速应用，书中还涵盖了齿轮的热处理强化（如渗碳、氮化）对承载能力提升的量化分析。 带传动部分，不仅讨论了V带和同步带的功率传递能力计算，更侧重于带的初拉力设定、导向轮的布置以及对振动抑制的考量。链传动则侧重于节距、链速对啮合冲击的影响，以及润滑对链条寿命的决定性作用。 第四部分：弹性元件与机构动力学基础 理解机构的受力响应，需要引入弹性元件的设计。螺旋弹簧的设计需要精确平衡刚度要求和最大工作行程，书中提供了用于高应力状态下材料选择的指导。板簧和碟形弹簧在缓冲与储能应用中的设计参数推导也被详尽阐述。 在机构动力学基础方面，我们简要回顾了速度分析和加速度分析，但核心聚焦于冲击与振动。如何通过隔振器的选择与设计（如固有频率的匹配）来有效降低设备传递到基础结构上的振动，是本部分关注的工程热点。 第五部分：制造、装配与现代设计方法论 机械设计最终要落实到制造和装配上。本书用一章的篇幅专门讨论了公差与配合理论。这不再是简单的查表，而是讲解了几何尺寸和几何公差（GD&T）如何通过功能链来指导零件的设计和检测，确保装配的可行性与互换性。 最后，本书提倡基于模型的系统工程（MBSE）思维，虽然不涉及复杂的非线性控制理论，但强调了现代设计流程中，如何利用有限元分析（FEA）对关键受力部件进行精确的应力奇异点识别和结构优化，以及如何将优化后的设计反馈到材料选择和制造工艺的决策中。 本书的结构逻辑清晰，从宏观的材料选择到微观的应力分析，再到整体的运动传递，构建了一个完整的、面向工业应用的机械设计知识体系。书中的所有图表、公式推导均力求严谨，旨在培养读者独立分析和解决复杂机械系统工程问题的能力。

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这本书的封面设计散发着一种沉稳而深邃的学术气息，深蓝色的背景上，复杂的数学公式仿佛星辰般闪烁，立刻抓住了我的眼球。我原本以为这会是一本晦涩难懂的纯理论著作，但在翻开第一页后，我的顾虑被逐渐打消了。作者在引言部分就以一种近乎诗意的笔触，勾勒出了非线性系统在现实世界中无处不在的图景——从湍急的水流到复杂的生物神经元网络，无不展现着线性方法无法企及的精妙。书中对基础概念的梳理极为扎实，比如状态空间描述的严谨推导，以及李雅普诺夫稳定性理论的几何直观阐释，都远超我之前接触过的任何教材。特别值得称赞的是，作者没有将理论束之高阁，而是巧妙地穿插了大量历史背景和哲学思考，让我感受到这不是简单的知识堆砌，而是一次对控制领域核心难题的深刻探索。阅读过程中，我感觉自己仿佛在跟随一位经验丰富的大师，沿着一条铺设精良的知识阶梯，稳步攀登至一个全新的高度，每一个新的概念引入都恰到好处，让人有豁然开朗之感。

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我花了很长时间在“滑模控制”（Sliding Mode Control, SMC）这一章节上，这本书对SMC的讲解深度是我前所未见的。不同于其他教材仅介绍标准的二阶滑模面设计，这里的论述深入到了高阶滑模以及对抖振现象（Chattering Phenomenon）的抑制策略。作者并没有回避SMC的固有缺陷，而是用大量的篇幅，从多面体设计、边界层技术到更现代的鲁棒观测器方法，提供了一套完整的、循序渐进的解决方案。让我印象尤其深刻的是，书中对“等效控制”（Equivalent Control）的推导过程，作者通过精妙的微积分技巧，揭示了在滑模表面上的系统行为本质，这使得我对SMC的工作原理有了一种近乎本能的理解，而不仅仅是机械地套用公式。随后的实例部分，作者选取了一个机械臂的精确轨迹跟踪问题，展示了如何利用这些高级SMC技术，在存在较大外部扰动的情况下，依然保持极高的跟踪精度。阅读这一部分时，我几乎是屏住呼吸，因为它完美地诠释了非线性控制的强大力量。

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从排版和配图的角度来看，这本书的制作质量也体现了出版方的专业水准。图表清晰、逻辑流畅，复杂的向量场和相平面图绘制得极为精准，没有丝毫含糊不清之处。尤其值得称赞的是，作者在引入诸如“反步法”（Backstepping）等需要高度空间想象力的理论时，辅以了大量的二维和三维示意图，这些图示并非简单的插图，而是与文字描述完美契合的“视觉证明”，极大地降低了理解难度。例如，在阐述反步法中能量函数的构建过程时，通过动态改变的李雅普诺夫函数“形状”的图示，我一下子明白了每一步迭代是如何保证系统整体稳定性的。全书的注释和参考文献列表详尽且权威，为后续的深入研究提供了坚实的文献支撑。总而言之，这是一部集大成之作，它不仅是技术细节的宝库，更是一次富有启发性的智力旅程，强烈推荐给所有致力于攻克复杂系统控制难题的同仁。

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这本书的结构安排堪称教科书级别的典范，它成功地平衡了理论深度与实际应用的可达性。初读时，我被其对“输入-状态线性化”（Input-State Linearization）方法的详尽论述所震撼。作者不仅清晰地展示了如何通过坐标变换将复杂的系统转化为易于控制的线性形式，更深入探讨了这种方法的局限性，例如对零动力学的处理，这一点在许多其他书籍中往往一带而过。更让我感到惊喜的是，书中对基于分离原理（Separation Principle）的设计策略进行了细致入微的剖析，特别是针对多模态系统（Multi-mode Systems）的切换控制设计，提供了详尽的算法步骤和参数选择指导。我尝试着将书中的一个案例——一个高阶的陀螺仪姿态控制问题——用书中介绍的方法重新设计了一遍，结果发现其收敛速度和鲁棒性明显优于我原先使用的PID控制器。这种理论与实践的紧密结合，使得这本书不仅仅是一本阅读材料，更像是一本随时可以查阅和实践的“工具箱”，对于希望将非线性控制理论应用于工程实践的研究人员来说，价值无可估量。

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这本书的哲学思辨层面，是其区别于市面上其他纯粹技术手册的关键所在。在探讨“奇异摄动法”（Singular Perturbation Theory）时，作者没有仅仅停留在求解快慢子系统上，而是追溯了该理论诞生的时代背景，探讨了系统时间尺度分离的物理意义。这种对“为什么”的深究，远比单纯的“怎么做”更有启发性。书中有一段关于“模型不确定性与控制器设计”的讨论尤其发人深省，作者指出，在现实世界中，任何模型都是对现实的简化，因此，控制器的鲁棒性设计与其说是弥补模型缺陷，不如说是对系统内在不确定性的尊重。这种将数学工具置于更广阔的科学哲学框架下考察的视角，极大地拓宽了我的思维边界。它促使我反思，在构建任何控制系统时，我们究竟是在追求数学上的完美解，还是在寻求工程上的最佳妥协。对于那些不仅想成为优秀工程师，更想成为深刻思考者的读者来说，这本书无疑提供了丰富的精神食粮。

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