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出版者:

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页数:337

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出版时间:2010-1

价格:35.00元

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isbn号码:9787534568138

丛书系列:

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机械设计与制造工艺探析 本书聚焦于现代工业的核心领域——机械设计与先进制造工艺的深度融合与创新实践。 旨在为工程技术人员、机械设计专业的学生以及对高端制造感兴趣的研究人员提供一套系统、前沿且极具实操价值的知识体系。本书摆脱了传统教科书的刻板说教，以解决实际工程难题为导向，深入剖析了从概念设计到最终产品实现的各个关键环节。 全书内容结构清晰，逻辑严密，分为五大部分，共计三十章，辅以数百个经典案例和详细的工程图示与数据表格。 --- 第一部分：现代机械系统设计基础与理论革新 (约300字) 本部分着重于奠定坚实的理论基础，并引入当代工程设计中不可或缺的先进理念。 第一章：工程设计思维的范式转换 探讨从传统基于经验的设计到基于性能、基于仿真的现代设计流程的转变。重点阐述了系统工程在复杂机械产品开发中的应用，包括需求获取、功能分解与顶层设计。讨论了面向对象的（Object-Oriented）设计方法在大型装备开发中的实践，强调设计迭代与快速原型制作的必要性。 第二章：材料科学在结构优化中的前沿应用 不再局限于常规金属材料，深入解析了高性能复合材料（如碳纤维增强树脂基复合材料，CFRP）和智能材料（如形状记忆合金，SMA）在承受极端载荷和实现自适应功能方面的潜力。详细介绍了材料的微观结构如何影响宏观力学性能，并给出了不同工况下材料选型的决策树模型。 第三章：结构动力学与疲劳寿命精确预测 超越基础的静力学分析，重点研究高速旋转机械、往复运动机构以及承受随机载荷的结构所面临的动力学挑战。引入了随机振动理论、模态分析与频率响应分析，并结合有限元分析（FEA）的最新进展，讲解了高周疲劳（HCF）和低周疲劳（LCF）寿命的可靠性预测模型，特别关注应力集中区和焊缝的寿命评估。 第四章：人机工程学与可维护性设计 强调设计不仅要满足功能要求，更要关注操作者的安全、舒适性与效率。系统阐述了人体尺寸数据库的应用、工作空间设计标准（如ISO 9241系列），以及如何通过模块化设计和易拆装结构来大幅提升设备的现场维护效率（Mean Time To Repair, MTTR）。 --- 第二部分：先进机构学与运动控制理论 (约350字) 本部分深入解析了复杂机构的设计、分析与优化，特别关注高精度和高速度运动的实现。 第五章：复杂多自由度机构的运动学解算 详细介绍了闭环机构、并联机器人（如Stewart平台）的运动学和逆运动学求解方法。着重讨论了奇异点分析及其规避策略，确保操作空间内的运动平稳性与可控性。 第六章：齿轮传动与非圆齿轮设计 超越标准直齿轮和斜齿轮，深入探讨了高精度、高承载能力的渐开线齿轮设计，包括变位修正与根切处理。同时，引入了用于特定间歇运动的非圆齿轮（如椭圆齿轮、摆线齿轮）的原理、设计步骤与制造误差对精度的影响。 第七章：凸轮机构的优化设计与柔顺控制 针对高速凸轮系统中的冲击和振动问题，提出了基于五次多项式、贾可布多项式等先进轮廓函数的设计方法，以实现加速度曲线的连续性。讨论了柔顺驱动（Compliance Drive）技术在降低凸轮与从动件接触应力中的应用。 第八章：摩擦、润滑与密封技术 详细分析了不同工况下的接触力学问题，包括Hertz接触理论的扩展应用。重点讲解了流体动力润滑理论（Reynolds方程的简化应用），以及如何根据转速、粘度、载荷选择合适的润滑剂和密封结构（如迷宫密封、唇形密封、机械密封），以最小化能量损失和磨损。 --- 第三部分：面向制造的设计（DFM）与工艺集成 (约400字) 本部分是连接设计与生产的桥梁，强调在设计阶段就必须考虑后续制造的可行性、成本和质量控制。 第九章：铸造工艺对零件性能的影响 讨论了砂型铸造、金属型铸造以及精密铸造（如熔模铸造）的适用性。深入分析了铸件内部的气孔、缩孔、夹渣等缺陷的形成机理，以及如何通过优化浇注系统设计和冷却速率控制来确保关键受力区域的材料完整性。 第十章：切削加工的精度控制与刀具路径优化 系统介绍了车、铣、磨等传统加工的精度等级标准。重点阐述了计算机数控（CNC）编程中的G代码与M代码的高效应用，以及复杂曲面加工中的后处理技术。探讨了刀具几何角度、切削参数（Vc, fz, ap）与表面粗糙度（Ra）之间的定量关系。 第十一章：焊接工程：结构完整性与残余应力管理 针对大型结构件，详细分析了TIG、MIG/MAG等主流焊接方法的工艺窗口。重点讨论了焊接过程中热影响区（HAZ）的微观组织变化及其力学性能退化。教授如何通过合理的焊缝布置和分层焊接策略来有效控制焊接残余应力，防止变形和脆性断裂。 第十二章：增材制造（AM）在机械部件中的应用与局限 全面覆盖选择性激光熔化（SLM）、电子束熔化（EBM）等金属3D打印技术。分析了增材制造如何实现传统工艺无法完成的复杂内部结构（如点阵结构、内部冷却通道）。关键在于讨论了增材制造件的各向异性、内部孔隙率对疲劳性能的影响，以及后处理（热等静压，HIP）的必要性。 --- 第四部分：现代制造中的质量保证与计量学 (约300字) 本部分侧重于如何量化和保证产品的制造精度与可靠性。 第十三章：几何量量值误差（GD&T）的规范应用 深入解析了ASME Y14.5或ISO 1101等标准中的形位公差符号和原则。通过大量三维模型实例，讲解了基准参照系的建立、位置度、轮廓度、跳动等复杂公差的实际测量方法与分析软件的应用。强调GD&T是连接设计意图与制造现实的语言。 第十四章：测量仪器与非接触式测量技术 详细介绍了三坐标测量机（CMM）的工作原理、误差补偿和校准流程。重点介绍激光跟踪仪、三维光学扫描仪等非接触式测量技术，以及它们在大型设备装配和反向工程中的应用。 第十五章：过程能力分析（Process Capability Analysis） 讲解统计过程控制（SPC）的核心工具，如$ ext{Cp}$和$ ext{Cpk}$指数的计算及其工程意义。指导读者如何通过控制图（Control Charts）实时监控加工过程的稳定性，并采取预防性措施，确保产品批次的一致性。 --- 第五部分：系统集成与智能制造前瞻 (约200字) 展望未来，本部分探讨了数字化工具与机械系统集成的最新趋势。 第十六章：机电一体化系统的设计与集成 分析了传感器、执行器、控制器在现代机械系统中的协同工作模式。讨论了伺服系统选型、PID参数整定以及如何将机械运动学模型与电气控制算法进行无缝集成。 第十七章：数字孪生（Digital Twin）在机械生命周期中的构建 介绍如何利用实时数据流、仿真模型和物理实体之间的双向映射，构建设备的“数字孪生体”。重点讨论其在远程诊断、预测性维护（PdM）以及生产流程优化中的实际案例。 第十八章：工业物联网（IIoT）与柔性制造系统 探讨传感器网络、边缘计算在工厂车间中的部署，以及如何利用大数据分析来优化设备稼动率和能源消耗。 --- 本书的特色在于其对“跨学科解决问题”的强调。 它不仅传授了设计规范，更侧重于如何运用多物理场仿真（耦合热-力-电分析）、实验设计（DOE）和可靠性工程的方法，来应对当代机械产品对精度、轻量化和长寿命的苛刻要求。附录包含常用的工程手册数据和主流CAE软件的求解器参数设置参考。 总而言之，本书为读者提供了一张通往复杂机械产品设计与高端制造领域的全景路线图。

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