机械工程设计 9/e

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具体描述

本书适用于初学机械工程设计的学生,其重点在于融合基础概念的推展与实际元件的规范。使用本书的学生将会发现,它会导引他们同时熟悉决策的基础与工业用元件的标准。因此之故,当学生过渡到执业工程师时,他们将会发现本书是不可或缺的一本参考书。

  本书的目标如下:
  ‧涵盖机器设计的基本原理,包括:设计步骤、工程力学与材料、静负荷与变动负荷下的损坏预防,以及主要类型机械元件的特性。
  ‧经由实际的应用及实例,提供设计课题的实用方法。
  ‧鼓励读者连结设计与分析。
  ‧鼓励读者将基础观念与实际元件的规范连结。
现代工程制造与材料科学:前沿探索与实践指南 图书简介 本册《现代工程制造与材料科学:前沿探索与实践指南》汇集了当代工程领域最关键、最具创新性的知识体系。它并非传统意义上机械设计基础的简单重复,而是将视角聚焦于未来十年工业发展的核心驱动力:先进制造技术、功能性材料的突破以及跨学科的系统集成。本书旨在为高年级本科生、研究生以及经验丰富的工程师提供一个深入理解和应用尖端工程原理的平台。 第一部分:先进制造技术与数字化转型 第1章:增材制造(3D打印)的深度剖析与应用 本章彻底革新了对增材制造(AM)的理解,不再停留在概念介绍层面。我们深入探讨了当前主流的金属(如SLM、EBM)和聚合物(如SLA、FDM的工业升级版)工艺的微观物理机制。重点分析了打印过程中的热应力管理、晶粒结构控制以及残余应力的消除技术。章节特别强调了“面向增材制造的设计”(DfAM)原则,包括拓扑优化在结构减重和性能增强中的应用,并结合实际案例展示了如何通过AM实现传统减材制造无法达到的复杂几何形状,特别是在航空航天和生物医学植入物领域的应用案例。 第2章:智能制造与工业4.0的系统集成 本部分聚焦于如何将物理制造系统与信息物理系统(CPS)深度融合。我们详细阐述了工业物联网(IIoT)在生产车间中的数据采集、边缘计算和实时决策优化。内容涵盖了先进的传感技术(如无损检测集成传感器、高精度激光测距仪)如何实时反馈工艺参数。重点讨论了数字孪生(Digital Twin)的概念及其在预测性维护、工艺模拟和生产流程优化中的实际构建方法和数据流管理策略。本章还深入探讨了基于机器学习的质量控制系统,如何通过图像识别和大数据分析实现产品缺陷的在线识别和溯源。 第3章:超精密加工与表面工程 针对对表面完整性和几何精度有极高要求的行业,本章详述了微米级和纳米级加工技术。内容包括五轴联动、五轴曲面加工的刀具路径规划算法,以及微细加工技术,如超声波辅助加工、激光诱导正压力加工(LIPG)。表面工程方面,重点介绍了先进的涂层技术,如PVD/CVD的改进工艺,以及等离子表面改性技术(如离子注入),以显著提高零件的耐磨性、抗腐蚀性和摩擦学性能。 第二部分:新一代工程材料与性能设计 第4章:高性能结构材料的突破 本章深入研究了超越传统钢铝合金的新型工程材料。首先,详细分析了高熵合金(HEAs)的设计原理、合成方法(如快凝技术)及其在极端温度环境下的力学性能表现。其次,对先进复合材料进行了全面覆盖,特别是碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)和陶瓷基复合材料(CMCs)。本章包含了复合材料的层合板理论(经典层合板理论的扩展),以及针对损伤检测和修复的先进技术。 第5章:功能材料与智能响应系统 本部分侧重于材料如何响应外部刺激并实现特定功能。详细介绍了几类关键功能材料: 智能/形状记忆材料(SMAs): 重点分析了镍钛合金(NiTi)等材料的相变热力学和本构关系,以及其在自适应结构和驱动器中的应用。 压电与电磁材料: 探讨了功能陶瓷和聚合物的电-力耦合机制,并将其应用于传感器和执行器设计。 先进软材料: 涵盖了可编程材料和自修复材料的最新研究进展,特别是用于柔性电子和生物界面材料的设计原则。 第6章:材料的计算模拟与性能预测 本章强调了计算方法在材料科学中的核心作用。从微观尺度出发,介绍了密度泛函理论(DFT)在预测材料电子结构和化学反应性中的应用。在中观尺度,详细阐述了相场法(Phase-Field Method)在模拟材料微观组织演变(如晶界迁移、裂纹扩展)中的优势和具体实现。最后,讨论了如何结合有限元分析(FEA)和材料信息学(Materials Informatics),利用大数据和人工智能模型来加速新材料的筛选和性能预测,实现“材料基因组”计划的工程实践。 第三部分:系统集成与可靠性工程 第7章:机电系统集成与控制理论扩展 本章超越了单一机械系统的分析,转向多物理场耦合系统的设计。探讨了现代控制理论在处理非线性、不确定性系统中的应用,特别是滑模控制、自适应控制在减振降噪和精密定位中的实战方案。重点分析了机电一体化系统中的功率密度提升、热管理挑战以及电磁干扰的抑制技术。 第8章:工程系统的生命周期评估与弹性设计 本部分关注工程项目的长期可持续性和鲁棒性。详细阐述了产品全生命周期评估(LCA)的方法论,包括碳足迹核算、材料回收性分析在早期设计阶段的权重分配。在可靠性工程方面,本书引入了“弹性设计”(Resilience Engineering)的概念,即系统不仅要抵抗故障,还要能快速适应和从灾难性事件中恢复的能力。内容涵盖了故障树分析(FTA)、事件树分析(ETA)的高级应用,以及基于概率风险评估(PRA)的结构优化方法。 结论:面向未来的工程范式 本书最终总结了跨学科、数据驱动和可持续性驱动的未来工程设计新范式。它强调,成功的现代工程解决方案不再依赖单一学科的深入,而是要求工程师具备将先进材料、智能制造流程与复杂系统控制理论融会贯通的能力。本书提供的知识和工具,是应对下一代工业挑战的必备指南。

著者信息

图书目录

Ch1  机械工程设计概论
Ch2  负荷与应力分析
Ch3  挠度与劲度
Ch4  静负荷导致的损坏
Ch5  变动负荷导致的疲劳损坏
Ch6  各类轴与轴的各种组件
Ch7  螺旋、各类扣件与非永久接头的设计
Ch8  机械弹簧
Ch9  滚动接触轴承
Ch10 齿轮—通论
Ch11 正齿轮与螺旋齿轮
Ch12  离合器, 煞车, 联轴器, 及飞轮
Ch13  挠性机械元件
Ch14  动力传输案例研习
附录 A
附录 B
附录 C
索引

图书序言

图书试读

用户评价

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《機械工程設計 9/e》這本書,對我來說,就像是開啟了一扇通往機械世界的大門。它的內容非常豐富,從最基礎的力學原理到最前沿的設計技術,幾乎無所不包。我特別欣賞它在「公差與配合」這個章節的講解。這部分在很多教科書裡往往被一筆帶過,但在實際的機械製造和裝配中卻至關重要。書中詳細地介紹了各種公差的定義、標準,以及如何根據零件的功能和裝配要求來選擇合適的公差等級。我還記得大學時期,我們做一個精密儀器的組裝專案,當時我們在控制零件的尺寸精度方面遇到了很大的挑戰。我翻到這本書關於公差與配合的章節,裡面關於「最大實體尺寸」、「最小實體尺寸」以及各種配合類型(過渡配合、間隙配合、過盈配合)的詳細解釋,幫助我們釐清了設計思路,並成功地完成了組裝。這本書的另一個亮點在於它對「人機工程」和「可靠性設計」的重視。作者在書中強調,一個好的機械設計不僅要滿足功能需求,還要考慮到使用者的安全、舒適性,以及產品的可靠性和壽命。這讓我意識到,機械工程的範疇遠遠超出了冰冷的金屬零件,更包含了對人與環境的關懷。

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每次想到《機械工程設計 9/e》,我腦海中都會浮現出「深度」和「廣度」這兩個詞。這本書真的就像一本百科全書,涵蓋了機械工程設計的方方面面。我尤其喜歡它在「表面處理與塗層」這個章節的講解。在實際的機械設計中,很多零件的壽命和性能,都與其表面的處理方式息息相關。書中詳細介紹了各種表面處理技術,像是電鍍、陽極氧化、熱噴塗、以及各種防鏽塗層的性能和應用。我還記得有一次,我們在設計一個暴露在腐蝕性環境中的機械部件,對於如何提高其耐腐蝕性一直沒有好的辦法。我翻到這本書關於表面處理的章節,裡面關於不同防腐蝕塗層的選擇原則和施工要求,給了我們很大的啟發。我們根據書中的建議,選擇了一種特殊的塗層,大大延長了部件的使用壽命。這本書的另一個特點是它的案例研究非常豐富。書中引用了大量的實際工程案例,從簡單的機械元件到複雜的系統,都進行了詳細的分析。這些案例不僅能夠幫助我們理解書中的理論知識,還能夠讓我們學習到工程師在解決實際問題時的思路和方法。

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對於一個在機械領域摸爬滾打多年的老兵來說,《機械工程設計 9/e》依然是一本值得不斷回味和學習的經典。這本書的編寫者顯然對機械工程的精髓有著深刻的理解,並且能夠用清晰、簡潔的語言將其傳達給讀者。我特別喜歡它在講述疲勞設計的部分。在實際的工程應用中,很多機械零件的失效並不是因為一次性的過載,而是因為長時間的應力循環造成的疲勞斷裂。這本書對疲勞的產生機制、影響因素、以及各種疲勞壽命評估方法都做了非常詳細的闡述,並且提供了豐富的圖表和案例分析。我還記得剛進公司的時候,有一個專案是設計一個經常承受週期性載荷的機械臂,當時我們在估算零件的壽命時遇到了很大的困難。我翻到這本書的疲勞設計章節,裡面的 Goodman 圖、S-N 曲線等分析工具,以及各種修正係數的應用,幫助我們準確地估算出零件的壽命,並對設計進行了優化,大大延長了產品的使用年限。這本書的優點還在於它對最新設計趨勢的關注。雖然是第九版,但它仍然涵蓋了許多現代機械設計中常用到的先進技術和方法,例如在先進製造技術、智能材料、以及仿生學設計等方面的介紹。這讓我覺得,即使是經驗豐富的工程師,也能在這本書中找到新的知識和靈感。

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這本《機械工程設計 9/e》對於我來說,簡直就是一本「裝滿寶藏的工具箱」。它不是那種讀起來輕鬆愉快的讀物,更像是你遇到問題時,可以信賴的夥伴。書中對於各種機械元件的設計原則,像是齒輪、軸承、彈簧、聯軸器等等,都有非常詳盡的介紹。我特別印象深刻的是它對齒輪設計的章節,不只講解了各種齒輪的類型、啮合原理,還深入探討了強度計算、潤滑、以及噪音的控制。我還記得大學時期,有個小專題要做一個小型減速齒輪箱,當時我們幾個同學為了齒輪的尺寸和材質傷透了腦筋,又是查手冊又是上網找資料。後來我想到這本書,翻到齒輪那一章,裡面有一個詳細的設計流程和計算表格,讓我們茅塞頓開,不僅順利完成了設計,還學到了很多關於齒輪設計的眉角。這本書的優點在於它的理論與實務結合得非常好,作者不會只丟出公式,而是會解釋這些公式背後的物理意義,以及在實際設計中需要考量的各種因素。例如,在設計軸承時,它會提醒我們要注意負載、速度、潤滑、工作溫度以及壽命的要求,這些都是在實際工程中非常重要的考量點。而且,這本書的插圖和圖表也做得相當精緻,有助於我們理解複雜的結構和受力情況。我真的覺得,不管你是初學者還是經驗豐富的工程師,這本書都能給你帶來啟發和幫助。我每次碰到新的設計挑戰,都會忍不住想把它翻出來看看,總能找到一些意想不到的靈感和解決方案。

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哇,拿到這本《機械工程設計 9/e》真的是讓人又愛又恨!我記得大學那時候,這本書根本就是工程系的聖經,每個期末考前,大家都人手一本,翻得紙都快爛了。書裡面的圖解,真的幫了我大忙,以前看那些公式,腦袋都快打結了,但有了那些詳細的圖,很多複雜的原理瞬間就變得豁然開朗。我特別喜歡它在介紹材料力學那部分,不只講公式,還會舉很多實際的例子,像是橋樑的設計、汽車的零件等等,讓我知道這些理論不是紙上談兵,而是真正用在我們生活周遭的。有時候晚上唸書唸到睡著,就把它當成枕頭,隔天醒來,好像就多了一些靈感一樣(哈哈,開玩笑的啦!)。不過說真的,它的內容深度跟廣度都非常足夠,不只課堂上會用到,很多時候在業界做專案,碰到設計上的問題,也會不自覺地把它翻出來參考。尤其是它對一些比較進階的設計考量,例如疲勞強度、斷裂力學的闡述,真的非常到位,不像有些教科書講到皮毛就結束了。而且,作者在編排上也很有巧思,不會一次塞太多資訊,每個章節都循序漸進,讓讀者可以一步一步建立起對機械設計的紮實理解。我記得有一次,我負責設計一個機械手臂的關節,剛開始完全沒有頭緒,看了好幾天的文獻都摸不著邊。後來翻到這本書裡關於運動學與動力學的章節,裡面有一個非常類似的案例分析,加上作者對各種傳動機構的詳細說明,我才茅塞頓開,找到了突破口。這本書真的不是那種可以「速讀」的書,需要花時間去消化、去思考,但絕對是值得的投資。

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這本《機械工程設計 9/e》對於我來說,就像是進入機械工程設計領域的一張「通行證」。它提供了一個非常全面且結構化的學習路徑。我尤其欣賞它在「流體機械」部分的講解。書中詳細介紹了各種泵、風機、渦輪機的原理、結構、以及性能曲線。我還記得大學時期,我們有一個實驗課是關於設計一個小型水泵。當時我們在計算水泵的揚程、流量和效率時遇到了很多困難。我翻到這本書關於離心泵的設計原理和性能分析的章節,裡面有非常詳細的理論推導和圖表,幫助我們理解了不同參數對水泵性能的影響,並成功設計出了一個效率較高的水泵。這本書的優點在於它不僅關注理論,更重視實踐。書中的插圖和圖形都非常精美,能夠清晰地展示機械結構和工作原理。而且,書中還提供了許多練習題和設計任務,讓讀者能夠在動手實踐中鞏固所學知識。我認為,這本書不僅適合大學生學習,對於剛進入工程領域的年輕工程師來說,也是一本不可或缺的參考書。它能夠幫助我們快速建立起對機械工程設計的整體認知,並為進一步的專業學習打下堅實的基礎。

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這本《機械工程設計 9/e》對於我這種喜歡鑽研細節的人來說,簡直就是一本「寶藏」。它不只是提供知識,更像是傳授一種思維方式。書中對於各種機械零件的失效模式和預防措施,講得非常透徹。例如,在討論軸承壽命時,它不僅會從材料、潤滑、安裝等方面進行分析,還會詳細介紹各種潤滑脂的選擇原則和更換週期。我還記得有一次,我們廠裡的一個關鍵設備軸承頻繁損壞,導致生產線經常停滯。當時我翻到這本書關於軸承故障診斷和維護的章節,裡面提到了一些常見的軸承損壞徵兆,像是異響、發熱、以及潤滑油的污染等等。通過書中的指導,我們仔細檢查了軸承的工作狀態,最終發現是潤滑系統存在問題,並及時進行了維修,成功解決了這個困擾我們很久的問題。這本書的優點在於它的實用性極強。書中的案例都來自於真實的工程應用,並且作者在講解原理時,也總是會與實際的設計問題聯繫起來。這讓讀者能夠在學習理論知識的同時,也能夠獲得寶貴的實踐經驗。而且,這本書的語言風格非常嚴謹,但又不失條理,讓人讀起來既能感受到學術的嚴肅性,又能體會到工程的精巧。

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老實說,這本《機械工程設計 9/e》曾經是我高中時期遙不可及的「神書」。那時候我對機械充滿了好奇,但又覺得那些公式和圖表像是天書一樣難懂。直到我大學進了機械系,老師推薦了這本書,我才發現,原來機械設計並沒有那麼可怕。書中的講解方式非常細膩,即使是比較抽象的物理概念,透過作者的生動描述和豐富的插圖,也能變得淺顯易懂。我尤其欣賞它在材料選擇和熱處理部分的闡述。它不會只告訴你哪種材料適合做什麼,而是會詳細解釋不同材料的微觀結構、機械性能,以及熱處理對這些性能的影響。這讓我了解到,同樣是鋼材,經過不同的熱處理,其強度、韌性、硬度會有天壤之別。我還記得有一次,我在一個專案中需要設計一個高溫高壓的密封件,當時對材料的選擇非常困惑。我翻到這本書關於高溫材料和密封技術的章節,裡面詳細介紹了各種耐高溫合金的特性,以及不同密封形式的優缺點。這讓我能夠根據實際的使用條件,做出最合適的材料選擇和設計方案。而且,這本書對於各種設計方法的介紹也非常全面,像是有限元素分析(FEA)、多體動力學仿真(MBS)等等,都做了相當深入的探討。雖然有些內容對初學者來說可能比較有挑戰性,但它絕對是讓你拓展視野、提升設計能力的好幫手。

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拿到《機械工程設計 9/e》這本書,你會立刻感受到它所散發出的專業氣息。這本書的內容非常系統化,從最基礎的機械元件到比較複雜的系統集成,都涵蓋得淋漓盡致。我尤其欣賞它在講解機構學與動力學的部分。作者不僅解釋了各種運動副、自由度、以及機構的運動傳遞原理,還深入探討了力與運動的關係,像是慣性力、阻尼力、以及摩擦力的影響。我還記得大學時,為了完成一個機器人運動模擬的課題,我們花了很多時間在建立數學模型和編寫程式。後來我翻到這本書關於多體系統動力學的章節,裡面介紹了拉格朗日方程和牛頓-歐拉方程等方法,並給出了詳細的推導過程和應用範例。這極大地幫助我們理解了如何精確地描述和分析複雜機械系統的運動。這本書的另一個重要貢獻在於它對設計方法的系統性介紹。它會引導你思考,如何從一個需求出發,逐步轉化為具體的設計方案。它會教你如何進行概念設計、方案評估、以及詳細設計,並且在每個階段都給出相應的工具和方法。例如,在進行方案評估時,它會介紹如何使用決策樹、模糊綜合評估等方法來權衡不同設計方案的優劣。這種結構化的設計思維,對於培養出色的工程師至關重要。

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每次想到《機械工程設計 9/e》,我腦海裡第一個浮現的就是「紮實」兩個字。這本書絕對不是那種讓你讀完就忘的速成教材,它給你的,是工程設計最核心、最根本的知識。書中對機械元件的選用與設計,講究的是邏輯性和系統性。它不會讓你死記硬背,而是引導你去理解為什麼要這樣設計,背後的原理是什麼。例如,在討論彈簧設計時,它不僅會介紹各種彈簧的種類,像是螺旋壓縮彈簧、扭轉彈簧、板彈簧等等,還會詳細分析它們的受力特性、材料選擇、以及疲勞壽命的計算。我記得有一年,我們系上辦了一個機械設計競賽,主題是製作一個能夠自動抓取物體的裝置。當時我們隊伍在考慮如何設計一個能穩定且有力地夾持不同形狀物體的夾爪時,卡關了很久。後來我們翻到這本書關於彈性體力學和接觸力學的章節,裡面有一些關於接觸應力分析和材料選擇的建議,讓我們豁然開朗。最終,我們設計的夾爪在比賽中表現出色,贏得了不少讚譽。這本書的編排方式也很值得稱讚,它會將相關的知識點串聯起來,讓你能夠從整體上把握機械設計的概念。比如說,在講到軸的設計時,它不會孤立地只講彎曲和扭轉,而是會結合軸承、聯軸器、以及傳動系統的其他元件,讓你理解一個軸的設計是如何融入整個機械系統中的。這種系統性的思維,對於培養一個優秀的機械工程師來說,是非常寶貴的。

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