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出版者:Academic Press

作者:Ira M. Cohen

出品人:

页数:759

译者:

出版时间:2004-5-6

价格:GBP 41.99

装帧:Hardcover

isbn号码:9780121782535

丛书系列:

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《机械设计基础：原理与应用》 一、 绪论：机械系统的基石 本书旨在为读者提供一个全面且深入的《机械设计基础》的学习体验，重点聚焦于机械系统设计所必需的核心理论、计算方法以及实际应用。我们摒弃了对流体力学（如您提及的《流体力学》一书所涵盖的）的深入探讨，而是将全部篇幅集中于机械结构稳定性和运动可靠性的基础构建。本书内容严格围绕机械设计领域的核心支柱展开，确保读者能够构建起坚实的工程思维框架。 本课程作为工程教育的奠基石，其重要性不言而喻。机械系统，无论是简单的杠杆机构，还是复杂的集成制造单元，其设计无不依赖于对材料力学、运动学、动力学以及制造工艺的精确理解。本书的结构设计，正是为了引导初学者系统性地掌握从概念形成到最终图纸绘制的全过程，尤其强调工程实践中的“为什么”和“如何做”。 二、 材料的奥秘与选择 机械设计的基础之一是对所用材料特性的深刻认知。本章将详细阐述工程材料的宏观与微观结构，重点分析金属、高分子材料及复合材料在受力状态下的响应。 我们将深入探讨材料的关键力学性能指标：屈服强度、抗拉强度、硬度、韧性、疲劳极限以及蠕变特性。不同于侧重于流体状态的描述，本书的重点在于材料在固态下，如何抵抗载荷、如何发生变形乃至失效。例如，我们将细致分析钢材的碳含量如何影响其晶体结构和机械性能；高分子材料的分子链缠绕如何决定其粘弹特性。 材料选择的原则与方法：在实际设计中，选择正确的材料是决定产品寿命和成本的关键。本章将介绍基于可靠性、经济性、环境适应性和可加工性等多目标优化的材料筛选流程。我们将引入材料性能指标矩阵法，帮助设计者在复杂约束条件下做出最优决策，这一过程完全独立于流体介质的性质分析。 三、 机械连接元件设计：静力与疲劳考量 机械系统由众多零件通过连接件可靠地结合在一起。本章是机械设计实践的核心内容，涵盖了永久连接（如焊接、铆接）和可拆卸连接（如螺纹连接、键、销连接）的设计与计算。 螺纹连接设计：本书将详细推导螺栓连接的预紧力计算、强度校核以及防松动措施。计算重点是螺纹间的摩擦力、轴向载荷传递效率和螺纹疲劳寿命。我们采用基于应力集中的方法进行静强度校核，并引入螺栓组的受力分析，确保连接的整体稳定性。关于流体动力学导致的流动损失或压力分布计算，在此不予涉及。 键、销与铆接：键槽连接的设计需考虑剪切和压溃，我们专注于几何尺寸的优化以平衡强度和过盈配合的要求。铆接和焊接的校核，则侧重于焊缝的几何形状对载荷传递路径的影响，以及在反复载荷下的疲劳抗力。 四、 机构运动学与动力学基础 机械系统要实现特定的功能，必须具备精确的运动规律。本章聚焦于机械装置的运动学分析，即研究机构的运动规律而不考虑引起运动的力。 运动分析：我们将系统地介绍平面连杆机构（如曲柄摇杆机构、凸轮机构）的位置、速度和加速度分析。速度和加速度的求解将通过瞬心法、矢量法及解析法进行详细阐述，目的是精确确定末端执行器的运动轨迹和速度特性。 动力学分析：机构在运动中受到的惯性力、重力和外加载荷的影响是机构设计中的核心挑战。本章将引入牛顿-欧拉方程和拉格朗日方程，用于分析复杂多自由度机构的动力学特性。重点在于惯性力的计算、平衡力的确定以及传动系统中的转矩波动分析，为后续的振动与平稳性设计打下基础。 五、 常用机械零件的强度与寿命设计 这是本书篇幅最大的部分，详细介绍了机械设计中最常遇到的四大类零件——轴、齿轮、滚动轴承和滑动轴承的强度计算与寿命评估。所有计算均基于固体力学和材料疲劳理论。 轴系设计：轴承担负传递扭矩和弯矩的使命。我们将区分静力强度校核（基于最大剪应力或第三强度理论）和疲劳强度校核。重点在于临界截面的确定、对键槽、圆角等应力集中源的处理，以及选择合适的轴承和轴的刚度校核。 齿轮传动设计：齿轮是机械动力的核心载体。本书严格遵循标准化的设计流程，包括齿轮的几何参数确定（模数、齿数、压力角）、齿面接触疲劳（点蚀）寿命计算、齿根弯曲疲劳寿命计算，以及齿面和齿根的综合强度校核。对齿轮的制造精度、润滑状态和啮合误差的影响也会进行讨论，但其性能分析不涉及流体润滑理论的复杂模型。 轴承设计：我们将区分滚动轴承和滑动轴承的设计。滚动轴承的设计重点在于根据载荷类型（径向、轴向）选择合适的系列，并应用L10寿命计算公式来确定其可靠工作时间。滑动轴承的设计，则聚焦于必要的油膜厚度、允许的表面压力，确保在特定转速下承载能力满足要求，主要基于边界摩擦和粘性润滑的初步概念，而非复杂的流体动力学润滑方程求解。 六、 机械系统的振动与平稳性分析 任何运动的机械系统都不可避免地产生振动。本章旨在提供基础的机械振动理论，以指导设计者如何抑制不利的振动，确保系统运行的平稳性和可靠性。 自由振动与强迫振动：我们将从单自由度系统（弹簧-质量-阻尼系统）出发，推导其运动微分方程，分析固有频率和阻尼对系统响应的影响。重点分析共振现象的危害，并介绍如何通过改变刚度或质量来避免共振区。 机械系统的平衡：对于旋转机械，动平衡是实现平稳运行的关键。本章将介绍转子的静平衡与动平衡原理，以及如何通过增加或移除配重块来消除不平衡惯性力，确保轴系在高速运转时的平稳性，这与外部流体冲击引起的振动是截然不同的概念。 七、 机械控制系统的集成与可靠性 本章将机械设计与现代控制理论的初步接口进行整合，强调机械结构如何影响控制系统的性能。内容包括摩擦力的精确估算对伺服响应的影响、机构间隙对定位精度的制约，以及面向制造的设计（DFM）和面向装配的设计（DFA）原则。可靠性工程的初步概念，如失效模式与影响分析（FMEA），将用于评估机械设计方案的整体鲁棒性。 本书的全部内容聚焦于固态力学、运动学、动力学和材料科学在机械设备设计中的应用，旨在培养出具备扎实工程基础和解决实际机械结构问题的能力。

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这本书实在是太出乎我意料了！原本以为会是一本枯燥乏味的教科书，没想到它居然能把我这个对流体力学一窍不通的“小白”都吸引进去。我一直觉得流体的东西很难理解，什么粘滞系数、雷诺数听着就头疼，但这本书从最基础的概念讲起，用非常生动形象的比喻，比如用水龙头里的水流和风吹过树叶来解释，让我一下子就明白了。而且，它里面有很多插图，不是那种死板的示意图，而是很多真实的流体现象的照片，像水滴落在不同表面上的样子、气流经过物体表面的轨迹等等，这些图像真的太有冲击力了，让我一下子就觉得流体力学离我这么近，不再是遥不可及的理论。最让我惊喜的是，这本书不仅仅是讲理论，还穿插了很多实际的应用案例，比如飞机是如何飞起来的、船为什么能在水上航行，甚至是人体内的血液循环，这些都让我觉得流体力学在我们的生活中无处不在，也让我对很多以前习以为常的现象有了全新的认识。我甚至开始主动去观察身边的一切流体现象，然后试着去对照书里的讲解，这种学习方式真的太有趣了！

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这本书的深度绝对超出了我的预期，它不仅仅是为初学者准备的入门读物，对于有一定基础的读者来说，也充满了惊喜和挑战。它没有回避那些复杂的数学推导，但又以一种非常清晰、逻辑性极强的方式呈现出来，让我感觉自己能够跟上作者的思路，甚至能自己动手去验证一些公式。我尤其欣赏它在讨论不同理论模型时，那种严谨的态度和深入的剖析，比如在阐述纳维-斯托克斯方程时，它不仅仅给出了方程本身，还详细解释了各项的物理意义，以及在不同简化条件下可以得到哪些重要的结论。书中的案例研究也非常有深度，涉及到了很多前沿的流体力学应用，比如湍流的模拟、多相流的研究，还有一些在航空航天、生物医学领域的高级应用，这些内容让我对流体力学在现代科学技术中的重要作用有了更深刻的认识，也激发了我进一步深入研究的兴趣。我感觉这本书就像一个宝藏，每一次翻阅都能发现新的东西，总能给我带来新的启发，让我对流体力学这个领域有了更全面、更深入的理解。

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这本书的写作风格简直是一股清流！不像我之前看的很多专业书籍那样，上来就用大段大段的术语和复杂的数学公式，让人望而却步。这本书的语言非常流畅，充满了人文关怀，作者就像一位经验丰富的朋友，循循善诱地引导你一步步走进流体力学的世界。他善于运用类比和生活化的例子来解释抽象的概念，比如用挤牙膏的原理来解释压力分布，用吹泡泡的技巧来讲解表面张力，这些例子都非常贴切，而且充满了趣味性，让我读起来一点都不觉得累，反而有一种读故事的感觉。而且，这本书的排版也非常用心，字体大小适中，段落清晰，即使是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。最重要的，这本书并没有因为语言的通俗易懂而牺牲其科学的严谨性，它在讲解原理的同时，也保留了必要的科学术语和公式，只是这些术语和公式都得到了很好的解释和引导，让我感觉学习的过程是自然而然的，而不是被迫的。

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这本书的体量虽然不小，但每一次阅读都让我受益匪浅，它的价值远超我当初的预期。我特别欣赏作者在处理那些经典问题时的独到见解，比如伯努利方程的推导，它并没有停留在公式层面，而是深入探讨了能量守恒在这个过程中的体现，以及其在不同情境下的适用性和局限性。书中对各种流体现象的分类和分析也非常系统，从层流到湍流，从不可压缩流到可压缩流，每一种都进行了详尽的阐述，并且通过大量的图表和实例来辅助理解。我印象最深刻的是它对于实验方法和数值模拟的介绍，这让我看到了理论知识如何在实践中得到验证和应用，也为我提供了学习和研究的思路。这本书不仅仅是关于“是什么”，更重要的是关于“为什么”和“如何”，它教会了我如何去思考流体问题，如何运用已有的知识去分析和解决现实中的挑战。读完这本书，我感觉自己对流体力学有了一个质的飞跃，不再是停留在表面，而是有了更深刻的理解和更广阔的视野。

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老实说，我一开始抱着非常忐忑的心情拿到这本书的，毕竟“流体力学”这个名字听起来就让人头大。但没想到，它带来的震撼是如此巨大，完全颠覆了我对这门学科的认知。这本书的叙述方式非常独特，它不仅仅是罗列知识点，更像是在讲述一个宏大的故事，一个关于流体如何运动、如何影响我们世界的精彩故事。作者通过生动的语言和丰富的案例，将那些看似复杂的物理现象一一展现在我面前，让我能直观地感受到流体的力量和美妙。我尤其喜欢它对不同尺度下流体行为的对比分析，从微观的分子运动到宏观的天体运动，都展现了流体力学深刻的统一性。而且，这本书的论述逻辑清晰，层层递进，让我能够从基础理论一步步走向复杂的应用，对整个学科体系有了清晰的认识。它不仅仅是一本教材，更像是一扇窗，让我得以窥探流体力学这个神秘而迷人的领域，让我对其产生了浓厚的兴趣，甚至开始思考自己未来是否能在其中找到一席之地。

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流体力学经典教材，来自流体力学老师的推荐，案例浅显易懂。

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ME520@Umich

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