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出版者:

作者:吴桂秀

出品人:

页数:437

译者:

出版时间:2005-1

价格:28.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787534126284

丛书系列:

图书标签:

• 电子元器件
• 检测技术
• 新型元器件
• 电路测试
• 质量控制
• 失效分析
• 自动化测试
• 仪器仪表
• 电子工程
• 可靠性测试

机械设计基础：结构、运动与可靠性 本书导读： 本书深入探讨了现代机械设计领域的核心原理、方法与实践。不同于侧重于特定电子元件或电路分析的著作，《机械设计基础：结构、运动与可靠性》致力于构建读者坚实的机械系统设计思维框架。我们聚焦于如何将物理定律应用于宏观机械结构的创建、运动的精确控制以及系统在长期服役中的耐久性保障。全书内容紧密围绕工程力学、材料科学与实际应用场景的结合，旨在培养工程师将抽象概念转化为具体、可制造、高性能机械产品的能力。 第一部分：机械系统的静态分析与结构设计 本部分是整个机械设计学习的基石，着重于理解机械零件在受力状态下的行为，并指导如何设计出能够承受预定载荷而不发生破坏或过度变形的结构。 第一章 载荷与应力分析基础 本章首先界定了机械设计中常见的载荷类型，包括静载荷、动载荷、冲击载荷和疲劳载荷。我们将详细分析杆件、梁和轴在这些载荷作用下的内力分布。核心内容包括： 材料的本构关系： 深入探讨工程材料的应力-应变曲线，区分弹性极限、屈服强度和抗拉强度。引入胡克定律在三维应力状态下的广义形式，特别是广义胡克定律和泊松比的实际意义。 应力状态的描述： 阐述主应力概念，介绍莫尔圆（Mohr's Circle）在二维应力分析中的应用，用于确定结构中的最大拉应力和最大剪应力位置。 强度理论的应用： 详细比较并应用最大剪应力理论（Tresca准则）和最大变形能理论（Von Mises准则），指导工程师根据材料特性选择适用的失效判据，进行构件的初步尺寸估算。 第二章 机械零部件的强度与刚度校核 本章将理论分析转化为具体的零部件设计规范。重点在于如何确保设计满足特定的安全系数要求。 静强度设计： 针对轴、杆、螺栓等基本受力元件，基于许用应力法确定其最小尺寸。讨论如何处理局部应力集中问题，特别是对于带有孔洞、切口或几何突变的区域，介绍断裂力学中的应力强度因子概念，作为高精度分析的补充。 刚度要求： 强调在许多应用中，尺寸的确定不仅受强度限制，更受刚度限制（如变形量、挠度、振动频率）。讲解梁的挠度公式推导，以及如何通过限制位移来优化结构设计，例如在精密仪器支架中的应用。 连接件设计： 详细讲解螺纹连接、键、销和铆接的受力分析和设计计算。特别关注螺栓预紧力的计算与控制，这是确保连接可靠性和防止松动的关键环节。 第三章 摩擦、润滑与密封技术 机械系统中的运动必然伴随着摩擦与磨损，本章提供了控制这些现象的工程学方法。 摩擦理论： 分析滑动摩擦和滚动摩擦的机理，讨论库仑摩擦定律的局限性及其修正模型。 润滑学基础： 引入流体润滑理论（如雷诺方程的简化形式），解释粘度、油膜厚度和压力分布在实现“完全流体润滑”中的作用。对比边界润滑和混合润滑状态。 密封技术： 介绍静密封（如垫片、O型圈）和动密封（如填料密封、唇形密封）的原理、选型依据和失效分析，确保流体或气体不发生泄漏。 第二部分：机械系统的运动与动力学分析 本部分从静态分析转向动态分析，关注机构如何实现预期的运动轨迹，并处理运动过程中产生的惯性力与振动问题。 第四章 机构运动学与动力学分析 本章是机构设计的核心，研究如何将输入运动转换为所需的输出运动。 平面机构运动分析： 运用瞬心法、速度投影法和矢量法对四连杆机构、凸轮机构等进行速度和加速度分析。重点在于凸轮机构的轮廓设计（如遵循等速、等加速运动规律），确保输出运动平稳。 机构的动力学分析： 引入拉格朗日方程和牛顿-欧拉方程，对复杂机构进行动力学建模。分析惯性力、离心力对机构运动和结构载荷的影响，为消除振动和冲击提供理论基础。 机构的综合设计： 讨论如何根据特定的功能要求（如工作行程、传动比要求）反向设计机构的几何参数，并进行机构的运动简图选择和优化。 第五章 齿轮传动的设计与分析 齿轮作为机械传动中最常见、最高效的元件，其设计需要严谨的几何和强度计算。 齿轮几何尺寸计算： 详细推导标准直齿圆柱齿轮的参数（模数、齿数、基圆、齿顶高），确保齿廓啮合的正确性。 齿轮的强度设计： 分别进行齿根弯曲疲劳强度计算和齿面接触疲劳强度（点接触/线接触）计算。讨论修正系数（如载荷分布系数、区域系数）对实际承载能力的影响。 特种齿轮传动： 介绍斜齿轮、人字齿轮的轴向力分析，以及蜗轮蜗杆传动的自锁现象和传动效率计算。 第六章 机械振动与系统稳定性 机械在工作时不可避免地会产生振动，本章旨在理解振动特性并采取控制措施。 单自由度系统振动： 分析无阻尼、有阻尼自由振动和强迫振动的特性。重点讲解系统的固有频率及其重要性，以及共振现象的危害。 多自由度系统分析： 介绍主振型和模态分析的基本概念，用于理解复杂机械结构（如机床床身、大型结构）的动态响应。 减振与隔振技术： 讨论通过增加阻尼元件（如粘滞阻尼器）或使用隔振器（如弹簧、橡胶垫）来降低系统对外部激励的响应，确保设备在动态工况下的平稳运行。 第三部分：机械系统的可靠性与制造工艺 本部分将设计理念提升到全生命周期的视角，关注如何保证设计在实际制造和长期使用中的可靠性，这是区别于仅关注理论计算的关键。 第七章 机械零部件的可靠性设计 可靠性是现代机械设计中不可或缺的考量。 疲劳寿命分析： 深入讲解S-N曲线的构建与应用。介绍Miner准则，用于评估在复杂变幅载荷下的累计疲劳损伤。讨论表面处理（如喷丸强化）对提高疲劳极限的实际效果。 蠕变与断裂： 针对高温或长期承载应用，分析材料的蠕变特性。引入断裂韧性（KIC）的概念，指导工程师在存在缺陷的情况下，预测结构失效的临界条件。 可靠性指标： 介绍平均故障前时间（MTTF）和可靠度函数，并讨论如何通过冗余设计或优化材料选择来提升系统的整体可靠性水平。 第八章 机械零件的制造、装配与公差配合 优秀的设计必须是可制造的。本章连接了设计图纸与实际工厂生产。 零件的成形与加工： 概述铸造、锻造、焊接等主要成形工艺，以及车、铣、磨等切削加工对零件精度和表面粗糙度的影响。强调“面向制造的设计”（DFM）原则。 标准与公差配合： 详细讲解ISO几何尺寸和公差（GD&T）体系，包括形位公差的符号、标注和检测方法。阐述配合选择（过盈、间隙、过渡配合）对装配质量和工作性能（如轴承的固定）的决定性作用。 装配与检验： 讨论装配顺序的优化，以及如何使用测量工具对关键尺寸和形位公差进行有效检验，确保产品符合设计意图。 总结： 本书提供了一个全面的机械设计知识体系，从基本力学原理出发，逐步深入到复杂的机构动力学、可靠性评估和实际制造约束。它旨在培养读者具备独立分析、创新设计和解决复杂工程问题的综合能力，是机械工程、车辆工程、自动化装备设计等领域专业人士的有力参考书。

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这本书的结构安排非常精妙，它巧妙地在宏观的行业趋势分析和微观的元件级失效分析之间架起了一座坚实的桥梁。我注意到一个细节，在讨论到先进封装技术（如Chiplet）带来的新的电迁移风险时，作者并没有直接给出结论，而是先回顾了传统封装中电迁移的临界电流密度计算模型，然后引出当前高集成度带来的新挑战。这种由浅入深、层层递进的叙事方式，使得复杂的技术问题变得条理清晰，易于吸收。此外，书中对新兴的非破坏性评估技术（NDT）的介绍非常全面，从声学显微镜到X射线层析成像，不仅描述了原理，更给出了在实际检测中容易出现的伪影和判读陷阱，这对于一线检测工程师来说简直是福音。读完全书后，我感到自己对整个元器件生命周期中的质量控制环节有了一个更全面、更立体的认识，它提供了一种看待电子产品“健康状况”的全新视角，非常值得推荐给所有从事电子制造和维护行业的专业人士。

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说实话，这本书的阅读体验是比较“硬核”的，它对读者的基础知识储备有着不低的要求。如果你对半导体物理和基础电路理论不甚了解，直接阅读可能会感到吃力。但对于那些有志于在电子可靠性工程领域深耕的人来说，它无疑是一座宝库。我特别喜欢作者在探讨“随机失效”与“早期失效”区分时所构建的模型图景，那种将概率分布函数与物理损伤机制相结合的思路，非常巧妙。这本书没有给我们提供现成的“万能钥匙”，而是教会了我们一套系统性的、科学的“找钥匙”的方法论。特别是关于无铅焊料在极端温度循环下的疲劳损伤分析部分，作者引用了大量的有限元分析（FEA）结果图，直观展示了应力集中点，这种跨学科的知识整合能力令人佩服。它强迫读者从更深层次上去理解“为什么会坏”，而不是仅仅停留在“它坏了”的表象。

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这本书的装帧和设计感着实令人眼前一亮，那种沉稳的深蓝色调配上简洁的白色字体，立刻给人一种专业、严谨的理工科书籍的直观感受。我一开始是抱着试试看的心态翻开的，毕竟市面上同类题材的书籍往往过于学术化，生怕变成一本只能在实验室里当镇纸的读物。然而，开篇的绪论部分就展现出了作者深厚的行业洞察力，他没有急于跳入晦涩的技术细节，而是先勾勒出了当前电子信息产业飞速发展对元器件可靠性提出的全新挑战，这极大地激发了我继续阅读的兴趣。特别是关于微纳加工技术如何影响器件性能衰减曲线的章节，作者的论述逻辑清晰，层层递进，结合了大量的工程实例进行佐证，使得即便是像我这种并非一线研发人员的读者，也能大致把握住核心概念。整本书的排版非常考究，图表清晰度极高，很多复杂的电磁兼容性测试流程图，以前总觉得难以理解，现在配合书中的注解，仿佛眼前豁然开朗。这绝不是一本简单堆砌参数的工具书，它更像是一份高屋建瓴的行业发展蓝图，引人深思。

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我最近在处理一些老旧设备的维护升级工作，需要深入了解一些特定批次元器件的失效模式和寿命预测。这本书在讲述老化机理时，引入了一种全新的统计学模型，这与我之前接触的基于经验公式的方法有着本质的区别。作者似乎非常注重理论与实践的结合点，例如，他对“热点效应”在BGA封装中的具体表现进行了细致的剖析，并提供了多种非侵入式检测手段的优缺点对比，分析得极为透彻。我尤其欣赏其中关于“量产前缺陷筛选”的章节，它不仅仅罗列了各种测试标准，更侧重于如何根据生产线的实时数据反馈，动态调整筛选阈值，以达到成本效益和可靠性的最佳平衡点。这部分内容对我们项目组的质量控制流程优化具有极强的指导意义。读完这几章，我感觉自己看待元器件故障的角度都有了提升，不再局限于单一失效点，而是将其视为一个复杂的系统性问题。这本书的深度，绝对能满足资深工程师的需求，绝非入门级读物可比拟。

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这本书的写作风格可以说是非常“务实派”的，它几乎没有使用任何文学性的修饰词汇，全篇以一种近乎教科书式的严谨和客观推进。我印象最深的是它对新型功率器件——特别是SiC和GaN半导体的封装与热管理这一块的论述。很多同类书籍对这些前沿领域的介绍往往停留在原理介绍，但这本书却深入到了具体的可靠性测试规范的演变历史，以及国际标准组织在制定这些规范时所考虑的工程权衡。作者似乎对当前全球供应链中的关键瓶颈有着深刻的认知，他多次提及不同产地和工艺路线的元器件在长期工作环境下的表现差异，这对于我们进行全球采购策略制定至关重要。阅读过程中，我几乎全程都保持着做笔记的习惯，因为书中的每一个案例分析，都像是从真实的项目失败报告中提炼出来的精华，信息密度极高，需要反复消化。它更像是科研工作者之间进行的一次深入的、不带水分的专业交流。

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