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出版者:机械工业出版社

作者:崔凤奎等编

出品人:

页数:256

译者:

出版时间:2004-3

价格:24.0

装帧:平装

isbn号码:9787111137092

丛书系列:

图书标签:

• Solid Edge
• 机械设计
• CAD
• CAM
• 工程制图
• 三维建模
• 产品设计
• 机械工程
• 数字化设计
• 工业设计

精密制造的艺术：现代机械设计与工程实践 本书聚焦于机械设计的核心原理、前沿技术以及在实际工程项目中的应用，旨在为读者提供一套全面且深入的现代机械设计方法论。 本书的撰写基于对当前工业界需求的深刻理解，摒弃了对特定软件操作的冗余介绍，而是将重点放在设计思维、材料科学、结构力学基础以及创新制造工艺的融合与实践上。我们致力于构建一个坚实的理论框架，使读者能够独立应对复杂的工程挑战，无论未来使用何种主流设计工具，都能保持设计的先进性和可靠性。 --- 第一部分：机械设计的基础范式与理论基石 本部分深入剖析了传统机械设计哲学在数字化时代的演进与重塑。我们首先回顾了机械系统设计的核心目标——可靠性、效率与成本的最优化，并在此基础上引入了现代设计流程的全局观。 1.1 结构强度与失效分析的深化 本章详细探讨了静力学、动力学分析在现代设计中的深化应用。重点内容包括： 疲劳寿命预测的先进模型： 不仅仅停留在S-N曲线的简单应用，而是深入讲解了应力集中系数的精确计算、高周疲劳与低周疲劳的区分，以及引入了基于断裂力学的裂纹扩展风险评估方法。针对复杂受力状态下的多轴疲劳问题，提供了实用化的工程判断标准。 接触应力与润滑设计： 详细阐述了赫兹接触理论在滚动轴承、齿轮副设计中的应用，并扩展至弹性与塑性接触的边界条件讨论。同时，结合流体力学基础，讲解了润滑剂选择、油封设计以及摩擦学在提升机械寿命中的关键作用。 1.2 材料选择与性能工程 现代工程的进步，往往受限于材料性能的突破。本章超越了标准材料手册的简单罗列，侧重于材料行为在特定工作环境下的预测。 高性能合金的选取逻辑： 探讨了镍基高温合金、钛合金以及先进复合材料（如碳纤维增强聚合物CFRP）在航空航天、新能源汽车等高要求领域的应用前提、制备工艺对最终性能的影响，以及失效模式的差异性。 热力学与材料相变： 分析了热循环对材料微观结构的影响，例如焊接残余应力的控制、热处理工艺（淬火、回火、时效）对机械性能的精确调控，以及如何通过热力学计算辅助材料的合理配方设计。 1.3 运动学与动力学仿真基础 本章强调了系统运动学分析的精确性，是实现复杂机构运动轨迹控制的前提。 多体系统动力学（MBS）： 介绍如何建立精确的机械系统数学模型，处理约束关系，并引入了拉格朗日方程在复杂连杆机构、凸轮机构动态响应分析中的应用。着重讨论了惯性力、振动传递路径的识别与抑制方法。 --- 第二部分：面向制造的设计（DFM）与集成化创新 本部分将设计从图纸阶段提升到制造可行性与全生命周期考量的层面，这是衡量优秀工程师的重要标准。 2.1 数字化制造的衔接：从模型到物理实体 本章聚焦于如何设计出真正能够高效、低成本制造的产品。 面向精密加工的设计准则： 详细分析了铣削、车削、磨削等经典切削工艺的限制，指导设计者如何优化特征布局以避免刀具干涉、减少夹持次数、优化刀具路径的可行性。讨论了在设计阶段就应考虑的基准面选择和公差链管理。 增材制造（AM）的设计适应性： 深入探讨了SLM、EBM等金属增材制造技术对设计自由度的解放，但同时也明确了其固有缺陷，例如残余应力、孔隙率控制、以及各向异性的力学性能。指导读者如何利用拓扑优化结果，设计出真正适合增材制造的轻量化结构。 2.2 稳健设计与公差分析（Tolerance Stack-up） 确保产品在批量生产中尺寸精度和功能一致性是工程设计的核心挑战。 统计化公差分析（RSS）： 系统介绍了如何运用统计学方法而非传统的最坏情况分析来评估装配体的尺寸误差累积。探讨了牛顿迭代法在复杂公差链求解中的应用。 参数化与知识驱动设计： 强调如何将工程经验固化为设计参数和规则集，实现设计自动化和稳健性提升。这包括对关键尺寸的敏感性分析，确保少量参数波动不致导致系统性失效。 2.3 机械系统集成与可靠性工程 现代机械系统是机、电、液、控的高度集成。 接口管理与系统耦合： 重点分析了不同子系统（如电机、传感器、液压单元）之间的物理和信号接口标准，以及如何设计缓冲和隔离机制以防止交叉干扰。 环境适应性设计： 涵盖了密封技术（防尘、防水IP等级）、温度管理（散热器设计、热流密度控制）以及抗振动设计，确保设备在预期工作环境下的长期稳定运行。 --- 第三部分：前沿设计方法与优化策略 本部分面向追求性能极限和创新概念的设计师，引入了高级的计算辅助设计工具和思维模式。 3.1 拓扑优化与仿生设计 基于有限元（FEA）的结构优化： 详细讲解了固体力学约束下的拓扑优化算法原理，指导读者如何解读优化结果，识别并修正因网格或边界条件设定不当而产生的“伪解”。重点在于如何将优化得到的非直观结构转化为可制造的几何形状。 仿生学在结构设计中的启示： 探讨自然界中高效结构（如蜂窝、骨骼结构）的设计原理，并将其转化为工程应用，例如点阵结构和梯度材料的设计思路。 3.2 虚拟原型与实时仿真 在物理样机制造前，对系统进行高保真度的虚拟测试至关重要。 多物理场耦合分析（MPFA）： 介绍如何耦合热-力-流场分析，例如分析高速旋转部件的离心力、热膨胀与气动载荷的综合影响。强调耦合分析在预测真实工作状态下的性能瓶颈中的不可替代性。 机电系统集成仿真： 探讨如何将机械运动模型与控制算法模型（如PID控制器、状态估计器）集成在一个统一的仿真环境中，实现对系统动态性能的预测与控制策略的验证。 3.3 人机工程学与安全设计 优秀的机械设计必须以人为本。 操作性与维护性设计： 强调易于接近的维护点、清晰的指示标识、以及安全联锁机制的设计。分析了人机交互界面在设备操作中的关键作用。 机械安全标准与风险评估： 概述了国际通用的机械安全标准（如ISO 13849），指导设计者在产品初期就嵌入安全冗余和故障保护机制。 结论： 本书期望成为一本工具书与思维导向手册的结合体。它不提供“一键出图”的捷径，而是要求读者理解设计背后的物理定律和工程权衡。通过掌握这些深层次的原理和方法，读者将能够驾驭任何现代机械设计工具，创造出真正具有竞争力的、可靠的工程产品。

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