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精密机械设计基础与应用 作者： 机械工程学会 编著 出版社： 工业科技出版社 ISBN： 978-7-5045-8890-3 定价： 128.00 元 --- 内容简介 《精密机械设计基础与应用》 是一本全面、深入探讨现代精密机械设计理论、方法与实践的专业教材与参考书。本书旨在为机械工程、精密仪器、航空航天、生物医学工程等领域的工程师、技术人员以及高年级本科生和研究生提供一个坚实的理论基础和丰富的工程实践指导。 在当前科技高速发展的时代背景下，机械系统对精度、可靠性、轻量化和智能化提出了前所未有的要求。本书紧密围绕“精密”二字，系统梳理了从基础理论到前沿技术的全景图，力求在理论的严谨性与工程的实用性之间找到最佳平衡点。 全书共分为七个主要部分，内容编排遵循“基础先行，递进深入，实践导向”的原则。 --- 第一部分：精密机械设计的基本概念与误差理论（约 200 字） 本部分首先界定了精密机械的内涵、外延及其发展趋势，强调了在现代制造体系中“精密”所包含的多维度含义，包括尺寸精度、形位公差、表面粗糙度、刚度与动态特性等。重点阐述了误差理论的核心内容，包括误差的分类（系统误差、随机误差、偶然误差）、误差的传递与合成方法，特别是引入了蒙特卡洛模拟在复杂系统误差分析中的应用。同时，详细解析了公差与配合设计原则在保证系统机能和可制造性之间的权衡艺术，为后续所有设计环节奠定严谨的量化基础。 --- 第二部分：高精度运动与传动系统的设计（约 300 字） 本部分聚焦于精密机械的心脏——高精度运动与传动单元。针对传统机械结构在高速、高载荷、高精度要求下的局限性，本书深入剖析了滚动轴承与滑动轴承的极限性能分析，特别是在微小载荷和真空环境下的润滑机理与寿命预测。 在传动方面，本书详细讨论了精密齿轮的设计、制造与误差补偿技术，包括蜗轮蜗杆的误差对传动精度影响的分析。更重要的是，本书投入大量篇幅介绍了非传统传动方式，如： 1. 谐波齿轮传动：重点分析了其超高减速比和零背隙特性，以及波发生器的设计优化。 2. 静电/磁悬浮传动：探讨了其在消除摩擦和实现无接触运行中的应用潜力及控制难点。 3. 精密导轨系统：对比了滑动导轨、滚动导轨和空气静压导轨的性能指标，并给出了在不同应用场景下的选型指南。 --- 第三部分：机构的刚度、稳定性与动态特性分析（约 250 字） 精密机械的设计绝非静态的几何堆砌，而是对动态行为的精确控制。本部分深入探讨了机构的静刚度与动刚度设计。通过有限元分析（FEA）的理论基础，指导读者如何建立合理的模型来预测结构变形和固有频率。 书中详细阐述了振动抑制技术，包括结构阻尼的优化设计，以及主动与被动隔振系统的选型与布置。特别关注了机电耦合系统的稳定性分析，利用模态分析结果预测系统在工作状态下的振动响应，并提出了改善系统阻尼比和降低共振幅值的具体设计策略。对于高速运动系统，还涉及了旋转体的动力学平衡技术及其对寿命和精度的影响。 --- 第四部分：超精密加工与表面工程技术（约 250 字） 精密机械的性能最终体现在其制造工艺上。本部分将理论设计与先进制造技术紧密结合。详细介绍了超精密加工的基本原理，包括金刚石车削、光学加工、离子束加工等，以及这些技术对表面形貌（粗糙度、残余应力）的控制机理。 重点分析了表面工程技术在提升零部件性能中的关键作用，例如： PVD/CVD 涂层：用于提高硬度、耐磨性和抗腐蚀性。 激光表面强化：控制热影响区，优化表面残余应力状态。 同时，书中还涵盖了精密测量与在位检测方法，如激光干涉仪、原子力显微镜（AFM）在工件质量评价中的应用，强调了“制造即测量”的现代制造理念。 --- 第五部分：精密驱动与控制技术（约 250 字） 现代精密仪器的核心在于对驱动源的精确控制。本部分侧重于精密驱动源的选择与控制策略。系统对比了步进电机、永磁同步电机（PMSM）以及压电陶瓷驱动器（PZT）在行程、速度分辨率和响应速度方面的特性。 对于纳米级定位需求，本书深入剖析了闭环反馈控制系统的设计，包括传感器（如光栅、电容式传感器）的精度等级选择和误差校正。特别强调了伺服控制算法在克服摩擦力矩、消除定位死区和实现轨迹跟踪方面的优化，例如应用先进的滑模控制或自适应控制策略来增强系统对外部扰动的鲁棒性。 --- 第六部分：微纳技术与集成化设计（约 200 字） 随着技术向更小尺度发展，微系统（MEMS） 和纳米技术已成为精密机械的重要组成部分。本部分介绍了微结构的设计规则、制造工艺（如光刻、干法刻蚀）以及微系统的封装技术。 重点讨论了流体动力学在微尺度系统中的特殊表现（如粘滞效应显著），指导读者如何设计高灵敏度的微流控芯片或微泵。此外，还涵盖了柔性机构的设计原理，这对于需要大变形和高集成度的可穿戴设备和生物医学介入器械至关重要。 --- 第七部分：系统集成与可靠性工程（约 100 字） 最后一章回归到系统集成层面。讨论了不同功能模块（光学、机械、电子）之间的界面设计和热-机-光耦合分析，以避免热漂移导致的精度下降。最后，系统阐述了精密机械的可靠性评估方法，包括FMECA（失效模式与影响分析）在设计阶段的应用，确保复杂系统在长期运行中的稳定性和可维护性。 --- 目标读者： 机械工程、车辆工程、材料科学、仪器科学与技术等相关专业高年级本科生和研究生。 从事精密仪器、数控机床、光学设备、半导体制造设备、医疗器械等研发与设计的一线工程师。 对高精度系统集成与控制感兴趣的科研人员。 本书特色： 1. 理论深度与工程实例并重： 结合数十个国内外知名精密装备的实际案例进行剖析。 2. 前沿技术覆盖全面： 涵盖了从传统精密传动到先进微纳驱动的完整技术栈。 3. 注重量化分析： 大量采用数学模型和仿真工具指导设计决策。
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