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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Whitaker, Jerry 编

出品人:

页数:2640

译者:

出版时间:2005-2

价格:$ 237.24

装帧:HRD

isbn号码:9780849318894

丛书系列:

图书标签:

• 电子学
• 电路
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• 半导体
• 元器件
• 设计
• 应用
• 参考手册
• 技术指南

机械工程基础原理与应用 一本涵盖经典机械原理、现代制造技术与前沿工程应用的权威性参考书 图书简介 本著作《机械工程基础原理与应用》旨在为工程专业的学生、初级工程师以及需要深入了解机械系统设计与分析的专业人士，提供一个全面、深入且实用的知识体系。本书严格遵循工程学科的逻辑结构，从最基本的力学原理出发，逐步深入到复杂的系统集成与现代制造工艺，力求构建一座连接理论与实践的坚实桥梁。 全书内容组织严谨，共分为六大部分，二十五章，力求覆盖现代机械工程领域的核心知识图谱。 --- 第一部分：基础力学与材料科学（Fundamentals of Mechanics and Materials） 第1章：静力学基础 本章详细阐述了刚体平衡的原理，包括力的表示法、力矩与力偶的概念，以及如何应用平衡方程解决二维和三维空间中的静力学问题。重点分析了约束的类型及其对结构受力的影响，并引入了桁架、框架和拱等典型结构的分析方法。 第2章：运动学与动力学 本章深入探讨了质点和刚体的运动描述。运动学部分涵盖了运动方程、速度和加速度的矢量分析，以及曲线运动的分析。动力学部分则基于牛顿第二定律，引入了功和能的概念（动能、势能、系统能量守恒），以及冲量和动量定理，为分析机器运动和冲击问题奠定了基础。 第3章：材料力学核心 材料力学是理解结构可靠性的基石。本章首先介绍了几何性质（如截面惯性矩、截面模量）的计算。随后，系统阐述了应力与应变的概念，包括正应力、剪应力，以及胡克定律在各向同性材料中的应用。重点分析了梁的弯曲应力、剪力流、扭转问题，并对组合应力状态下的失效理论（如最大剪应力理论和最大能量理论）进行了详细的比较和应用实例展示。 第4章：工程材料特性 本章聚焦于机械设计中常用的金属材料（如碳钢、合金钢、铝合金）和非金属材料（如高分子材料、陶瓷）。内容涵盖了材料的微观结构与宏观性能之间的关系，重点分析了拉伸、压缩、冲击和疲劳试验的标准流程及其结果解读。对材料的热处理工艺（退火、正火、淬火、回火）如何影响其力学性能进行了深入探讨。 --- 第二部分：机械系统设计与分析（Mechanical System Design and Analysis） 第5章：机构学基础 本章是机械设计的核心理论部分。从运动链的组成出发，系统讲解了平面机构和空间机构的运动分析。详细阐述了自由度计算（Kutzbach准则），并深入分析了连杆机构（如曲柄摇杆、凸轮机构）的运动特性，着重介绍了速度和加速度瞬心法在机构分析中的应用。 第6章：齿轮传动原理 齿轮作为最主要的动力传递元件，本章对其进行了详尽的论述。内容包括直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和人字齿轮的几何尺寸计算、齿轮的强度设计（弯曲疲劳和接触疲劳），以及齿轮的制造公差与精度要求。同时，对蜗轮蜗杆传动和行星齿轮传动的特性进行了比较分析。 第7章：轴与连接件设计 本章关注机械产品中的静载荷和变载荷下的轴系设计。内容涵盖了轴的强度计算（刚度和疲劳寿命），以及键、销、螺栓连接的载荷分配和可靠性评估。对于可拆卸连接，重点讨论了螺纹连接的预紧力矩计算与防松措施。 第8章：滑动与滚动轴承 轴承是减小摩擦和支撑旋转部件的关键部件。本章详细区分了滚动轴承（球轴承、滚子轴承）的选型标准、基本额定寿命计算（L10寿命），以及动态载荷下的修正。对于滑动轴承，则深入探讨了流体润滑理论（雷诺方程的简化应用）在油膜形成中的作用。 第9章：弹簧与柔性元件 弹簧在吸收冲击、储存能量和提供预紧力方面起着不可替代的作用。本章分析了螺旋弹簧（拉伸、压缩）、板簧和碟形弹簧的应力分析和刚度计算，并讨论了它们在实际应用中可能遇到的屈曲和疲劳问题。 --- 第三部分：流体机械与热力学（Fluid Machinery and Thermodynamics） 第10章：工程热力学 本章奠定了能量转换的基础。系统介绍了热力学第一定律（能量守恒）在控制体和系统上的应用，以及第二定律（熵增原理）。详细分析了理想气体状态方程、气体功和热量的计算，并对朗肯循环和布雷顿循环等经典热力学循环进行了深入的性能评估。 第11章：传热学基础 热量传递是所有工程系统设计中必须考虑的因素。本章全面覆盖了三种基本传热方式：热传导（傅里叶定律，瞬态和稳态分析）、热对流（自然对流与强制对流，边界层理论的引入）以及热辐射（黑体与灰体的辐射换热）。 第12章：流体力学原理 本章从流体的宏观特性（密度、粘度）出发，阐述了连续性方程、牛顿运动方程（欧拉方程和纳维-斯托克斯方程的简化形式）。重点分析了管道中的定常流动，包括摩擦损失、局部阻力和水头损失的计算，并引入了无量纲分析（雷诺数、弗劳德数）在流动相似性中的应用。 第13章：泵、风机与压缩机 本章将理论应用于实际的流体机械。详细分析了离心泵和轴流泵的工作原理、特性曲线的绘制，以及有效功和效率的计算。对于气体处理设备，则侧重于等熵压缩过程和多级压缩的能量分析。 --- 第四部分：现代制造工艺与控制（Modern Manufacturing and Control） 第14章：切削加工原理 本章专注于机械零件的形成过程。系统介绍了车削、铣削和钻削等主要加工方法的运动学和动力学分析。详细讨论了切削力、切削热的产生机制，以及刀具磨损的机理，这些是优化加工效率和表面质量的关键。 第15章：先进制造技术 随着工业4.0的推进，本章介绍了增材制造（3D打印）的基本原理（如选择性激光烧结SLS、熔融沉积FDM）及其在复杂几何零件制造中的优势。此外，还涵盖了数控（NC）编程的基本概念，以及加工误差的补偿策略。 第16章：焊接与连接技术 焊接作为永久性连接的常用手段，本章分析了电弧焊、激光焊等主要工艺的冶金过程和热影响区（HAZ）的形成。重点讨论了焊接残余应力和变形的控制方法，以及无损检测技术（如超声波、射线检测）的应用。 第17章：机械系统控制基础 本章引入了系统动态响应的概念。阐述了开环和闭环控制系统的基本结构，并使用传递函数模型来描述系统的动态行为。重点介绍了经典控制理论中的时域分析（超调量、调节时间）和频域分析（伯德图），以及PID控制器的基本整定方法。 --- 第五部分：振动学与可靠性工程（Vibration and Reliability Engineering） 第18章：机械振动分析（一） 本章从单自由度系统开始，分析了无阻尼和有阻尼的自由振动和强迫振动问题。详细推导了固有频率和阻尼比的计算方法，并引入了振动传递率的概念，用于评估机器基础隔振设计的有效性。 第19章：机械振动分析（二） 本章扩展到多自由度系统。通过瑞利法和转移矩阵法，分析了复杂结构的特征值问题，确定了主振型和高阶固有频率。对于旋转机械，重点讨论了转子动力学中的不平衡激励和临界转速问题。 第20章：机械系统可靠性与寿命预测 本章关注产品在使用寿命周期内的性能保持能力。介绍了可靠度函数的数学描述，以及不同寿命模型（如Weibull分布、指数分布）在故障数据分析中的应用。针对疲劳失效，详细讲解了S-N曲线的构建、Miner累积损伤准则在变幅载荷下的应用。 --- 第六部分：专业应用与案例研究（Specialized Applications and Case Studies） 第21章：摩擦学与润滑 摩擦、磨损和润滑是机械系统效率和寿命的决定性因素。本章深入探讨了干摩擦、边界润滑和流体润滑之间的过渡机制，并介绍了润滑剂的类型和添加剂对减少磨损的作用。 第22章：结构优化设计 本章介绍了现代设计流程中的迭代优化方法。从强度、刚度和频率约束出发，讲解了有限元分析（FEA）在结构设计中的应用步骤，以及拓扑优化和形状优化技术如何指导轻量化设计。 第23章：可重构与柔顺机械 本章探讨了面向未来应用的柔顺机构（Compliant Mechanisms）的设计原理，以及如何利用材料的弹性变形来实现传统刚性机构难以实现的复杂运动。 第24章：工业案例分析 通过分析大型减速器、精密机床主轴和航空发动机叶片的实际设计案例，将前述的理论知识整合起来，展示如何应对多物理场耦合的复杂工程挑战。 第25章：工程伦理与可持续性 本章强调了现代工程师的社会责任，讨论了产品生命周期评估（LCA）、绿色设计原则，以及在设计过程中必须遵守的安全标准与法规要求。 --- 本书特点： 理论深度与工程实用性并重： 每一个理论分析后，均附带详细的工程设计准则和标准应用示例。 详尽的数学推导： 关键公式推导过程清晰完整，便于读者理解其物理意义。 丰富的插图和表格： 包含大量的机构示意图、应力云图、材料性能曲线，辅助视觉化理解。 课后习题设计： 每章末尾均附有难度递进的习题，包括概念回顾和定量计算题，适合自学和课堂教学。 《机械工程基础原理与应用》不仅是一本教科书，更是一份面向实践的工具手册，旨在培养工程师严谨的分析思维和解决复杂机械问题的能力。

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