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isbn号码:9780070523913

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《现代机械设计原理与应用》 内容简介 本书系统阐述了现代机械设计的基本理论、方法与技术，旨在为工程技术人员、机械设计专业学生提供一本内容全面、注重实践的专业参考书。全书共分十二章，涵盖了从材料选择、应力分析到复杂机构设计与优化等多个关键领域，强调了理论与工程实践的紧密结合。 第一部分：基础理论与分析 第一章：机械设计概述与发展趋势 本章首先界定了机械设计的内涵、目标与基本原则，包括可靠性、经济性、可制造性与环境友好性。随后，深入探讨了机械工程领域的前沿技术，如增材制造（3D打印）在复杂结构设计中的应用、智能制造对传统设计流程的革新，以及数字化孪生技术在机械系统生命周期管理中的角色。特别分析了当前工业4.0背景下，机械设计工程师所需具备的跨学科能力。 第二章：机械材料与选择 详细介绍了工程中最常用的金属材料（钢铁、铝合金、钛合金等）和非金属材料（高分子材料、陶瓷复合材料）的力学性能、物理性能及使用性能。重点阐述了材料选择的系统方法，包括基于性能需求、环境条件（温度、腐蚀性介质）和成本约束的决策树模型。引入了先进材料数据库的使用方法，并讨论了纳米材料在增强机械性能方面的潜力。 第三章：机构运动分析与综合 本章聚焦于运动学和动力学分析的基础。系统讲解了平面机构和空间机构的运动学描述方法，包括瞬心法、速度多边形法以及利用运动学方程进行精确求解。在动力学部分，深入分析了静力学、运动动力学和振动力学的基础，特别是如何建立简化模型以进行初步的载荷估算。最后，介绍了现代机构综合的数值方法，如基于拓扑优化的机构形态生成。 第四章：机械零部件的强度与可靠性分析 强度分析是设计的核心。本章涵盖了静力强度、疲劳强度和断裂韧性的理论基础。详细讲解了许用应力法、安全系数法以及更精确的基于可靠性指标（如可靠度R或失效率λ）的概率设计方法。疲劳分析部分重点介绍了S-N曲线、Miner线性累积损伤理论及其在变载荷工况下的应用，并引入了有限元分析（FEA）在复杂应力场评估中的标准流程。 第二部分：核心零部件设计与优化 第五章：连接元件设计（静连接与动连接） 本章分为静连接（如螺栓联接、铆接、焊接）和动连接（如铰链、滑动与滚动轴承）两大部分。静连接部分重点讨论了螺纹联接的预紧力计算、疲劳载荷下的螺栓失效模式及优化设计；焊接部分则侧重于焊缝形式的选择、焊缝的强度校核及其无损检测方法。 第六章：轴系与转动机械设计 轴的设计涉及强度、刚度及振动特性。本章详细阐述了组合梁理论在轴设计中的应用，包括临界转速计算与避免共振的措施。转动机械设计部分深入探讨了各类轴承（滚动轴承与滑动轴承）的选择、润滑系统的设计（润滑油选择、油封技术）以及轴承的寿命预测模型。 第七章：齿轮传动设计 齿轮传动是机械动力的核心。本章全面覆盖了直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮和人字齿轮的几何尺寸计算、强度校核（齿根弯曲疲劳与齿面接触疲劳）。特别强调了齿面修形技术（如变位系数的选取）以提高承载能力和运行平稳性。同时，介绍了蜗轮蜗杆传动在实现大传动比和自锁功能上的应用。 第八章：摩擦、磨损与制动技术 本章探讨了机械系统中普遍存在的摩擦与磨损问题。系统分析了摩擦的物理机制，并介绍了减少摩擦和磨损的工程对策，如表面工程技术（渗碳、氮化、PVD/CVD涂层）。制动器设计部分，详细分析了盘式制动器和鼓式制动器的工作原理，并计算了热平衡和磨损率。 第九章：弹性元件与柔性连接 弹簧是重要的能量储存和减振元件。本章详细设计了螺旋弹簧、板簧及其它特殊形状弹簧的计算方法，并给出了疲劳寿命校核标准。柔性连接方面，重点分析了联轴器（刚性、弹性、万向联轴器）的选择与应用，以及减振器在隔离振动中的作用。 第三部分：系统集成与工程实践 第十章：润滑与密封技术 润滑是保障机械长期可靠运行的关键。本章深入探讨了流体动力润滑理论（雷诺方程的简化应用），以及边界润滑和混合润滑的工况分析。密封技术部分，涵盖了静密封（垫片、O型圈）和动密封（填料密封、唇形密封、迷宫密封）的泄漏控制原理与选择指南。 第十一章：机械系统的动态行为与振动控制 本章从工程应用的角度，分析了单自由度和多自由度机械系统的自由振动与强迫振动。重点讲解了如何通过动力吸振器或隔振器来控制系统响应。同时，介绍了现代故障诊断技术，如基于振动信号的早期故障识别方法。 第十二章：机械设计优化与计算机辅助工程 本章将理论设计与现代CAE工具相结合。详细介绍了参数化建模技术在快速设计迭代中的作用。重点讲解了拓扑优化、形状优化和尺寸优化在解决复杂载荷下的轻量化与高刚度设计问题中的应用。最后，通过实际案例展示了如何利用多目标优化算法（如遗传算法）实现设计方案的权衡与选择。 本书特色： 1. 理论与实践并重： 每个章节均配有大量的工程实例和计算示例，直接对接实际生产中的设计规范与标准。 2. 引入先进技术： 涵盖了增材制造、智能传感与状态监测等前沿技术对机械设计的影响。 3. 强调可靠性与生命周期： 从材料选择开始，贯穿疲劳分析、润滑与维护，构建全生命周期的设计思维。 本书适用于从事机械设备研发、产品设计、设备维护及相关研究工作的工程师、技术人员，以及高等院校机械类专业的高年级本科生和研究生作为教材或参考用书。

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