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出版者:

作者:张秋生

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:1996-4-1

价格:14.00元

装帧:精装(无盘)

isbn号码:9787806132418

丛书系列:

图书标签:

• 儿童益智
• 手工制作
• 亲子互动
• 创意DIY
• 动手能力
• 启蒙教育
• STEM教育
• 科学实验
• 艺术创作
• 游戏化学习

《探秘奇妙机械：动手创造的乐趣》 书籍简介 本书是一本为充满好奇心和创造力的青少年朋友们量身打造的动手实践指南。它不聚焦于儿童益智，而是深入探索机械、电子和工程学的核心原理，引导读者从理论到实践，亲手搭建和改造各种精巧的装置。 第一部分：机械基础与结构设计 第一章：解构运动的奥秘 本章将带领读者走进机械世界的大门，理解力和效率在工程设计中的重要性。我们不谈简单的拼图游戏，而是深入探讨齿轮传动系统的设计与应用。读者将学习如何计算不同尺寸齿轮组合带来的速度和扭矩变化，这对于设计复杂的传动装置至关重要。内容包括： 基础齿轮类型：正齿轮、斜齿轮、蜗轮蜗杆的工作原理与适用场景。 传动比的精确计算：掌握如何通过齿数比来预设机械输出的转速与力量。 凸轮机构的剖析：了解凸轮如何将旋转运动转化为直线或摆动运动，并尝试设计一个具有特定运动曲线的凸轮模型。 第二章：梁、杆与力的平衡 结构稳定性是任何工程项目的基础。《探秘奇妙机械》将教授读者如何运用静力学原理来分析和设计承重结构。我们将使用更专业的术语和图示来解释受力分析，而非简单的“平衡”。 桁架结构的设计：学习如何利用三角形的稳定性原理，设计轻质而高强度的框架，例如用于小型桥梁模型或起重设备。 材料的应力与形变：探讨不同材料（如铝合金、工程塑料、木材）在承受拉伸、压缩和剪切力时的表现差异，指导读者选择最合适的结构材料。 杠杆原理的深化应用：超越小学课本中的简单例子，探讨多级杠杆系统如何实现巨大的力放大效果，并设计一个能够举起自身重量数倍物体的机械臂。 第三章：连杆机构的动态美学 连杆机构是赋予机械生命的关键。本章聚焦于如何通过巧妙的连杆组合，实现复杂的周期性运动。 曲柄滑块机构：深入解析其运动规律，并设计一个可以将纯粹的旋转输入转化为稳定往复运动的装置。 棘轮与棘爪：理解单向传动机制，并动手制作一个能精确控制运动方向的棘轮装置，这在自动化设备中极为常见。 万向节（Hooke's Joint）：剖析其结构，解释它如何解决不同轴线间动力传递的问题，并动手组装一个简易模型进行测试。 第二部分：电子与自动化控制入门 第四章：电路基础与能量转换 本部分将从严谨的电学角度切入，不再是简单的电路连通，而是探讨电流、电压和电阻的相互关系，以及如何高效地利用电能。 欧姆定律的实际应用：学习如何根据负载需求精确计算所需电源的规格，避免元件烧毁或效率低下。 串联与并联电路的深度解析：对比两种连接方式在电压分配、电流分配和容错性方面的差异。 电机的工作原理与选型：详细介绍直流电机（DC Motor）的基本构造（定子、转子、电刷），以及如何根据扭矩和转速需求选择合适的电机型号，这是驱动任何移动装置的基础。 第五章：传感器与信息采集 自动化系统的“眼睛”和“耳朵”是传感器。本章引导读者理解如何将物理世界的信息转化为电子信号。 电阻式传感器的应用：着重介绍电位器（作为位置反馈）和光敏电阻（LDR，作为光照强度检测），并学习如何将它们接入简单的分压电路中。 编码器的初步认识：介绍增量式和绝对式编码器的工作原理，它们在精确测量角度和位移中的核心作用，为后续的伺服控制打下基础。 信号调理：理解模拟信号的局限性，介绍简单的放大和滤波技术，确保传感器数据采集的准确性。 第六章：微控制器与逻辑编程（以基础平台为例） 本章侧重于使用一个通用的微控制器平台（如Arduino或类似的开源硬件）来整合机械结构和电子控制，实现系统的自动化。 数字输入/输出（I/O）的控制：学习如何通过编写简洁的程序代码，精确控制LED的闪烁频率、继电器的开关时间，实现逻辑判断。 脉冲宽度调制（PWM）：掌握PWM技术，这是实现对直流电机平滑速度控制的关键，避免粗暴的“全开”或“全关”模式。 简单的反馈控制回路：设计一个基础的“开环”与“闭环”控制概念对比，例如，编写程序使一个直流电机转动固定的圈数，而非仅凭时间来判断停止。 第三部分：综合项目实践与工程思维 第七章：模块化设计与原型制作 好的工程项目需要良好的规划。本章强调将复杂系统分解为可独立测试和迭代的模块。 快速原型制作技术：介绍使用激光切割、3D打印或传统手工制作方法来快速制造定制化的机械零件。 装配顺序与公差：讨论零件在制造过程中存在的微小误差（公差）如何影响最终装配的顺畅度，以及在设计时如何预留调整余量。 布线与集成：教授如何进行清晰、可靠的电子元件布线，确保设备在长期运行中的稳定性和可维护性。 第八章：故障排查与系统优化 项目完成只是第一步，使其可靠运行才是真正的挑战。 排除机械卡滞：识别因摩擦力过大、对中不良或结构应力集中导致的运动不畅问题，并给出机械调整方案。 调试电子系统：使用万用表等基本工具，检测电路中的短路、开路和电压异常点。 性能基准测试：指导读者设定清晰的性能指标（如负载能力、响应时间），并对最终作品进行量化评估，不断迭代改进，追求工程上的“优雅”解决方案。 本书致力于培养读者扎实的工程思维和解决实际问题的能力，鼓励他们超越简单的组装，深入理解背后的科学原理，成为真正的“动手创造者”。

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