先进制造设备维修理论.模型和方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:吕文元

出品人:

页数:119

译者:

出版时间:2008-4

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787030206480

丛书系列:

图书标签:

• 先进制造
• 设备维修
• 维修理论
• 故障诊断
• 模型分析
• 可靠性
• 预测性维护
• 工业自动化
• 机械工程
• 生产技术

精密仪器设计与优化原理 一、 绪论：现代工程设计的基石 本书深入探讨了现代工程领域中精密仪器设计与优化的核心理论、模型与实践方法。随着科技的飞速发展，对测量精度、系统可靠性以及功能集成度的要求日益提高，传统的设计范式已难以适应新时代的挑战。本书旨在为工程技术人员、科研工作者及相关专业学生提供一个全面、系统的知识框架，帮助他们掌握从概念构思到最终实现的全流程优化策略。 我们首先界定了“精密仪器”的范畴，强调其在现代工业、医疗、科研等领域的不可替代性。随后，本书概述了精密仪器设计所面临的主要挑战，包括微纳尺度效应的控制、环境因素的干扰抑制、以及多物理场耦合的复杂性。核心思想在于，优秀的设计并非简单的部件堆砌，而是对系统内在物理规律的深刻理解和对性能瓶颈的精准定位与突破。 二、 理论基础：物理建模与系统辨识 精密仪器的性能高度依赖于其背后的物理模型。本章详细阐述了用于描述仪器工作机理的数学工具和物理原理。 2.1 连续系统建模：偏微分方程的应用 精密仪器的动态特性通常由偏微分方程（PDEs）描述，涉及热、力、电磁、流体等多个场域的相互作用。本书着重介绍如何利用有限元分析（FEA）和边界元法（BEM）对复杂几何结构下的物理场分布进行精确求解。特别关注了非线性效应，如材料的应变率依赖性、接触摩擦的间歇性等，如何被纳入到计算模型中，并探讨了模型简化与计算效率的平衡艺术。 2.2 离散系统与状态空间描述 对于控制和信号处理环节，仪器常被抽象为离散时间系统。本节深入讲解了状态空间表示法在系统辨识中的应用。如何通过实验数据对系统进行精确辨识，确定系统的状态变量、输入输出关系以及系统矩阵，是实现高精度反馈控制的前提。我们引入了卡尔曼滤波（Kalman Filtering）的理论基础，展示其在噪声抑制和状态估计中的关键作用。 2.3 误差源分析与不确定度评估 精密仪器的核心在于其测量准确性。本章系统梳理了系统误差和随机误差的来源，包括热漂移、机械形变、电子噪声、以及制造公差。基于GUM（测量不确定度指南）框架，详细阐述了如何运用蒙特卡洛模拟和误差传播定律，对仪器的整体不确定度进行量化评估，为设计指标的设定提供科学依据。 三、 设计方法论：面向性能的结构优化 现代精密仪器设计强调迭代优化，目标是在满足所有约束条件（包括尺寸、功耗、成本）的前提下，最大化某一关键性能指标（如带宽、分辨率或稳定性）。 3.1 拓扑优化与结构轻量化 针对结构部件的设计，拓扑优化技术提供了从“无到有”的设计思路。本书详细介绍了基于应力约束的材料分布优化方法，尤其关注在保证刚度或模态频率前提下的质量最小化策略。此外，对于柔顺机构（Compliant Mechanisms）的设计，我们探讨了如何利用材料的弹性变形实现运动，从而消除传统关节带来的摩擦和磨损问题。 3.2 灵敏度分析与参数化设计 参数化是连接理论模型与实际制造的桥梁。本节侧重于设计参数（如弹簧常数、阻尼比、腔体尺寸）对系统输出性能的敏感度分析。通过计算梯度信息，工程师可以快速识别对性能影响最大的设计变量，从而集中资源进行精确调整。我们结合了伴随法（Adjoint Method）在高效计算大量参数敏感度方面的优势。 3.3 噪声与振动控制（NVH）的集成设计 振动隔离和噪声抑制是保证高精度测量的关键。本书将结构动力学与控制理论相结合，探讨主动和被动减振策略。被动隔离基于阻尼和匹配质量的原理，而主动控制则涉及利用传感器、执行器和反馈回路，实时抵消外部激励。讨论了阻抗匹配技术在声学和机械界面上的应用。 四、 关键技术与前沿进展 本部分聚焦于支撑精密仪器实现突破的关键技术模块。 4.1 先进传感与执行技术 微纳位移传感技术： 深入剖析了电容式、光栅式和干涉式传感器的原理、精度限制和抗干扰措施。 超精密驱动器： 重点介绍了压电（PZT）驱动器、音圈电机（VCM）和线性步进电机在亚微米级控制中的应用，包括滞后效应的补偿。 4.2 热管理与环境补偿 温度梯度是精密仪器最主要的“隐形杀手”。本书详细介绍了如何通过热-结构耦合分析来预测形变。实践部分包括了主动温控技术（如珀尔帖效应制冷）的设计，以及在无源设计中，如何利用材料的热膨胀系数匹配（CTE Matching）来最大程度地抑制热形变。 4.3 制造约束与公差分配 理论设计必须服从于制造现实。本章探讨了如何将制造工艺（如CNC加工、光刻、增材制造）的精度限制反哺到设计阶段。提出了基于蒙特卡洛模拟的随机公差分配方法，确保在可接受的制造批次合格率下，优化设计性能。 五、 系统集成与性能验证 最后的优化目标是实现一个稳定、可验证的物理实体。本书强调了系统集成阶段的迭代验证流程。从搭建测试平台、环境标定到最终的系统级验收，每一个步骤都必须有严格的规范指导。最后，本书展望了人工智能和机器学习在未来精密仪器设计中的潜力，尤其是在复杂系统参数的自适应优化和故障诊断方面的应用前景。 本书旨在培养读者“从第一性原理出发，用数学语言描述物理现象，并最终通过工程优化实现最优设计”的能力。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆