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机械原理与工程应用 第一章 经典力学基础 本章系统阐述了牛顿运动定律、功与能原理在机械系统中的应用。深入探讨了质点运动学、刚体运动学以及动力学分析方法，包括拉格朗日方程和哈密顿正则方程在复杂机构分析中的应用。重点剖析了摩擦力、弹性力、流体力学基础（如流体静力学和流体动力学基本方程）在工程设计中的量化模型。通过大量经典案例，如摆的运动、行星齿轮组的受力分析，使读者建立起严谨的力学思维框架。特别引入了有限元方法（FEM）的基础概念，为后续的结构强度分析奠定理论基础。 第二章 材料科学与工程 本章聚焦于工程材料的微观结构、宏观性能及其在机械设计中的选择与应用。内容涵盖金属材料（钢铁、有色金属及其合金）、高分子材料、陶瓷材料以及复合材料的晶体结构、相变、强化机理。详细阐述了材料的力学性能（强度、韧性、疲劳、蠕变）测试方法及标准。深入分析了材料在不同环境（高温、腐蚀、辐射）下的行为模式。结合实例，指导读者如何根据载荷类型、工作环境和成本限制，科学地选择最适用的工程材料，并掌握材料的失效分析方法。 第三章 机械设计基础 本章是机械工程的核心组成部分，系统介绍各类常用机械零部件的设计、计算与选择。内容包括：连接件（螺纹连接、键、销、铆接）的静力学和疲劳强度设计；滑动摩擦与滚动摩擦理论，润滑技术（流体润滑、边界润滑）及其在轴承设计中的应用；齿轮传动（直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、蜗轮蜗杆）的强度计算与几何参数设计；带传动与链传动的工作原理及效率分析。强调设计过程中的规范化和标准化，详细讲解了基于失效模式与效应分析（FMEA）的设计优化流程。 第四章 机械控制系统与自动化 本章探讨了现代机械系统中的运动控制、传感技术和执行机构集成。首先介绍了自动控制理论的基础，包括系统的时域分析、频域分析，传递函数、PID控制器的设计与整定。详细解析了各类传感器（位移、速度、力、温度）的工作原理、性能指标和信号处理技术。重点阐述了执行机构的选择与驱动技术，如液压伺服系统、气动系统和精密步进/伺服电机系统的控制策略。通过对典型机床和工业机器人的运动学和动力学分析，展示了如何实现高精度、高动态性能的运动控制。 第五章 制造工艺与公差配合 本章关注如何将设计转化为可制造的产品，探讨了机械加工、成形制造和连接技术的工艺流程与优化。详细介绍了切削加工（车削、铣削、钻削、磨削）的工艺参数选择、刀具材料与几何角度对加工质量和效率的影响。内容涉及铸造、锻造、冲压等成形工艺的原理和适用范围。特别强调了机械工程中的几何量精度保证，深入讲解了标准公差与配合（ISO体系），形位公差（GD&T）的标注、解读与测量方法，确保零部件在装配过程中的互换性和功能性。 第六章 振动学与机械动力学 本章深入研究机械系统中运动部件的振动现象及其对系统可靠性的影响。从单自由度系统、多自由度系统的自由振动与强迫振动分析入手，引入了阻尼理论和振动隔离技术。详细分析了旋转机械（如涡轮机、高速主轴）的动力学特性，包括临界转速、振型分析。着重探讨了随机振动、非线性振动以及结构噪声与振动（NVH）的分析方法，如模态分析和传递路径分析，为解决机械系统的动态稳定性与舒适性问题提供理论工具。 第七章 机构学与机器人基础 本章致力于研究机械运动的产生、传递与控制。系统梳理了平面机构与空间机构的运动分析方法，如瞬心法、速度多边形法、矢量封闭法。重点分析了凸轮机构、棘轮机构、齿轮系等典型机构的设计与运动规律。在机器人学部分，介绍了串联机构和并联机构的运动学建模（正运动学与逆运动学），雅可比矩阵的物理意义，以及机器人轨迹规划的基本概念。为后续更复杂的机电一体化系统设计打下坚实基础。 第八章 机械系统集成与可靠性工程 本章从系统工程的角度出发，指导读者进行复杂机械装置的集成设计与全生命周期管理。涵盖了人机工程学在机械布局中的应用，以及系统集成中的接口管理。重点阐述了机械系统的可靠性、维修性、保障性设计（RAMS）原则。详细介绍了可靠性建模方法（如故障树分析FTA、事件树分析ETA），寿命预测模型，以及基于状态监测的预测性维护（PdM）策略。通过案例分析，展示了如何通过系统化设计流程，最大限度地提高设备的运行效率和使用寿命。
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