机构学（四版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本书基础理论叙述清楚，内容以图解为主，解析为辅，并附有例题说明以及应用实例介绍，使初学者容易进入机构学的世界。

　　本书全新编撰，除了强化简明向量课程，让读者更为易懂易读之外。全新安排的第 3 章位置分析单元，使连桿机构的分析由位置、速度到加速度分析变的更为完整。另外更新编排顺序后的第 9 章摩擦及挠性传动机构及第 10 章齿轮，使轮系的介绍更有条理，是此回新版的重点特色。

　　每一章均附有内容提要、学习指导及章后之本章重点整理，方便读者了解章节重点及内容。

 

机构学（四版）图书简介 第一章 绪论：机构学的基本概念与发展脉络 本章首先对“机构学”这一学科进行全面的界定与梳理。机构学，作为机械工程领域的核心基础理论之一，其研究的根本在于揭示和分析各种机械系统中运动链的结构、运动规律及其功能实现机制。我们深入探讨了机构学的研究范畴，明确了其在现代工程设计、运动控制与动力学分析中的基石地位。本章追溯了机构学自早期机械原理萌芽至十八世纪工业革命，再到二十世纪的自动化、机器人技术驱动下的现代发展的历史轨迹。重点分析了不同历史阶段下，机构学理论体系的演进，例如从平面机构运动分析到空间复杂机构动力学研究的飞跃。 内容涵盖了对机构基本组成单元——构件、运动副的精确定义与分类。运动副是构成机构的连接基础，本章详细阐述了各种高副与低副的几何特征、约束性质及其在实际应用中的优缺点。同时，引入了机构学的基本研究对象——机构的运动链结构，包括开式链与闭式链的拓扑结构特征，以及如何通过对这些基本单元的组合与拆分来理解复杂机械的功能。 本章特别强调了机构学与相关学科如机械设计、控制理论、人机工程学之间的交叉与联系，为后续章节的学习奠定坚实的理论和历史背景基础。 第二章 平面机构的运动分析与自由度计算 本章是机构学分析的基础核心。我们聚焦于二维平面运动的机构系统，系统阐述了如何量化地描述和分析机构的运动能力。 2.1 自由度计算的理论与方法： 详细介绍了Kutzbach经验公式在平面机构自由度计算中的应用及其适用条件与局限性。随后，深入讲解了更具普适性的回路法（Circuit Method），通过对机构中运动回路的拓扑分析，精确确定系统的瞬时自由度。对于具有复合运动副、移动副以及柔性连接的复杂机构，本节提供了具体的校正步骤和案例分析。 2.2 运动学分析： 阐述了平面机构运动分析的两大主要方法——图解法（Graphical Method）和解析法（Analytical Method）。图解法部分，重点解析了瞬心法在确定瞬时速度和角速度中的几何意义和操作步骤，并讨论了其在高速运动分析中的精确度限制。解析法部分，则引入了位置转换矩阵和矢量封闭方程的概念，为实现计算机辅助机构设计（CAD/CAE）奠定数学基础。 2.3 速度与加速度分析： 详细推导了平面连杆机构中各点的速度投影关系与加速度传递关系。对于曲柄摇杆机构、双曲柄机构等典型四连杆机构，本节提供了详尽的速度聚点图和加速度包络图的绘制方法，揭示了机构在不同工作行程中的运动特性突变点。 第三章 机构的平面运动综合与设计 机构设计是机构学的目标导向部分。本章从实现特定功能需求出发，探讨机构的构建过程。 3.1 运动要求与机构类型选择： 明确了机构综合的输入——即所需实现的运动轨迹、速度曲线或力传递关系。在此基础上，系统地介绍了各种典型功能机构的选择原则，例如往复运动机构（曲柄摇杆、凸轮机构）、回转与直线转换机构（齿轮系、凸轮机构）以及特殊运动机构（如剪式升降机构）。 3.2 机构的运动综合方法： 重点讲解了点格法（Point Congruence Method）和线格法（Line Congruence Method）在机构综合中的应用。这两种方法是实现函数发生器设计的基础，通过在特定位置的约束点或线集合，反推出满足条件的运动副和连杆长度。 3.3 凸轮机构的设计与优化： 凸轮机构是实现复杂间歇或非均匀运动的理想选择。本章深入分析了凸轮廓线的生成原理，详细比较了遵循特定运动规律（如简谐运动、等加速运动、改进的正弦曲线）的凸轮轮廓的动力学特性差异。重点讨论了凸轮机构的压力角控制、滚子运动的平稳性要求以及导向槽的设计。 第四章 空间机构与多自由度系统的分析 随着工程复杂度的提升，空间机构的应用日益广泛。本章将理论拓展至三维空间。 4.1 空间运动副与运动链： 详细分类和描述了空间机构中的六种基本运动副（球副、万向铰链、圆柱副、圆锥副、球面铰链、移动副），并明确了每种副所提供的约束自由度。引入了空间机构的自由度计算方法，相较于平面机构，空间机构的自由度计算需要更精细的约束分析，本章重点介绍Bruhat-Floyd准则在复杂空间闭式链中的应用。 4.2 空间机构的位置与运动学分析： 针对三维运动，本章引入了四元数（Quaternions）和旋转向量（Rotation Vectors）作为描述空间姿态和旋转的数学工具。通过改进的D-H（Denavit-Hartenberg）参数法，系统地建立了空间机器人臂或复杂空间机构的运动学正解和逆解的解析模型，这是机器人学分析的基石。 4.3 多回路与约束分析： 对于包含多个独立回路的复杂空间机构（如Stewart平台），本章探讨了如何处理冗余约束或欠约束问题，以及如何利用闭环方程组的解来确定系统的所有可能位置构型。 第五章 机构的动力学基础与机械振动 机构的实际运行不仅依赖于几何结构，更取决于其动态性能。本章从能量和力学的角度深入分析机构的动态行为。 5.1 机构的静力学与虚拟功原理： 阐述了如何应用虚功原理来分析机构在静止或匀速运动状态下的平衡条件，计算驱动力或反力。这为确定机构所需的驱动扭矩提供了理论依据。 5.2 机构的拉格朗日动力学： 这是分析复杂机构动力学性能的核心工具。本章详细推导了机构的动能（$T$）和势能（$V$）的表达式，并应用拉格朗日方程，直接导出描述机构运动的微分方程组。对于包含弹簧和阻尼元件的系统，本节也纳入了广义力的概念。 5.3 机构的振动分析与控制： 分析了机构在高速运行中产生的周期性受迫振动问题。通过将机构离散化为集总参数模型，计算机构的固有频率和振型。讨论了如何通过优化连杆质量分布、引入平衡块或使用柔顺机构来抑制机械振动，提高设备的运行精度和寿命。 第六章 现代机构学的新进展与前沿应用 本章展望了机构学理论在现代高科技领域的应用与发展趋势。 6.1 并联机构与模块化设计： 深入研究了并联机构（如Stewart平台、Delta机器人）的结构特点、运动学解的特点（正解与逆解的难度差异）及其在高精度运动平台中的优势。讨论了模块化机构设计（Modular Robotics）的理念，如何通过标准化单元快速构建定制化系统。 6.2 柔顺机构（Compliant Mechanisms）： 讨论了柔顺机构的概念，即利用材料的弹性变形来实现运动和力的传递。相比于传统刚性机构，柔顺机构具有无摩擦、高集成度和高精度定位的潜力。重点分析了柔顺铰链的设计（如薄壁铰链）及其在微机电系统（MEMS）中的应用。 6.3 仿生机构与智能材料的应用： 探讨了从自然界生物结构中汲取灵感设计的仿生机构（如仿生足、仿生臂）的结构原理。同时，介绍了形状记忆合金（SMA）和电活性聚合物（EAP）等智能材料在驱动和控制机构中的新兴应用，预示着未来自适应机械系统的发展方向。

Chapter 1　基本概念
Chapter 2　机械之运动
Chapter 3　位置分析
Chapter 4　速度分析
Chapter 5　加速度分析
Chapter 6　连桿机构
Chapter 7　机构合成的图解法
Chapter 8　凸轮机构
Chapter 9　摩擦及挠性传动机构
Chapter 10　齿　轮
Chapter 11　轮　系
Chapter 12　螺旋及其他运动机构

中英文索引

评分☆☆☆☆☆

这本《机构学（四版）》对于机构的“效率”和“优化”的阐述，简直是点睛之笔。我一直对如何让机械装置更省力、更快速、更可靠而感到好奇，而这本书则给出了系统性的答案。在“效率”的部分，书中不仅仅是简单地介绍了效率的计算公式，而是深入分析了造成效率损失的各种因素，例如摩擦损失、间隙损失、惯性损失等，并且针对每一种损失，都给出了具体的减少措施。比如，在讨论摩擦损失时，书中详细介绍了润滑的重要性，不同种类润滑剂的选择，以及如何通过优化接触面的几何形状来减小摩擦。我还特别喜欢书中关于“能量回收”的讨论，虽然这个概念在一些高级机械设计中才比较常见，但作者用浅显易懂的语言解释了如何通过一些简单的机械装置，例如飞轮，来储存和释放能量，从而提高整体的能量利用效率。在“优化”方面，书中介绍了一些常用的优化方法，比如参数优化和结构优化。它并没有要求读者掌握复杂的数学优化算法，而是通过一些经典的机械设计案例，展示了如何通过调整机构参数（如连杆长度、曲柄半径）来达到最优的性能指标，例如最小的功耗或者最大的输出扭矩。书中还引入了一些“启发式算法”的概念，虽然只是初步介绍，但让我了解了在复杂情况下，如何利用计算机辅助进行设计优化，这对我非常有启发。这本书真的让我认识到，机械设计是一个不断追求“更好”的过程，而不仅仅是“能用”。

评分☆☆☆☆☆

这本《机构学（四版）》真的让我大开眼界，完全超出了我对这门学科的预期。从目录的编排就能看出作者的用心良苦，每一章都像是一个精心搭建的积木，层层递进，逻辑严谨。我特别喜欢第一部分关于基本概念和运动学原理的阐述，作者没有直接抛出复杂的公式，而是用非常直观的比喻和图示来讲解，比如把连杆机构比作人体关节的运动，把速度分析比作赛车过弯的轨迹，这些都让原本枯燥的理论变得生动有趣。尤其是关于约束和自由度的讲解，以前总觉得这部分很难理解，但书中通过大量实际的机械零件分解图，清晰地展示了不同约束形式对机构运动的影响，我一下子就豁然开朗了。书中的案例分析也十分丰富，从简单的四杆机构到复杂的齿轮传动系统，每一个案例都详细剖析了其结构组成、运动特点以及设计思路，并且还给出了相应的计算过程和结果验证。我尝试着按照书中的方法，对着身边的简单机械做了一些分析，发现竟然真的能够触类旁通，这给我带来了极大的成就感。此外，书中在介绍瞬心法、速度多边形法等运动学分析工具时，也结合了大量的实例，让我能够更深刻地理解这些方法的应用场景和计算技巧。即使是对我这样初次接触机构学的人来说，也能感受到作者在内容组织上的循序渐进，从宏观到微观，从原理到应用，都做得非常到位。真的强烈推荐给所有对机械设计、自动化等领域感兴趣的朋友们，这本书绝对是一本不可多得的入门和进阶的宝典。

评分☆☆☆☆☆

《机构学（四版）》这本书在“可靠性”和“寿命预测”方面的分析，让我从一个全新的角度看待机械设计。以前总觉得机械产品坏了就修，但这本书却让我意识到，从设计之初就应该充分考虑其长期运行的可靠性。书中详细介绍了导致机械故障的常见原因，比如疲劳断裂、磨损、腐蚀等，并且针对每一种原因，都给出了相应的预防和缓解措施。在“疲劳分析”部分，书中并没有过于深入地讲解复杂的有限元分析，而是通过一些经典的S-N曲线和应力集中理论，帮助读者理解在循环载荷作用下，材料的寿命是如何被缩短的。我特别喜欢书中关于“可靠性指标”的介绍，比如MTBF（平均无故障时间）和失效率曲线，这些量化的指标让我能够更科学地评估一个机构的设计是否满足使用要求。书中还讨论了“故障模式与影响分析”（FMEA）的方法，虽然只是一个初步的介绍，但让我明白了在设计过程中，提前识别潜在的故障模式并采取措施的重要性。此外，书中还涉及了一些关于“剩余寿命预测”的简单方法，例如基于监测数据和材料衰减模型，来估计一个机构还能安全运行多久。这对于设备维护和管理，以及延长设备使用寿命，都具有非常重要的实际意义。这本书让我意识到，一个优秀的机械设计，不仅仅是要满足功能需求，更要确保其在长时间的使用过程中，能够稳定可靠地运行。

评分☆☆☆☆☆

不得不提，《机构学（四版）》在材料和制造方面的跨领域结合做得相当出色，这使得理论学习与实际应用之间的鸿沟被大大缩短。以前读机构学，总觉得它更偏向于理论和计算，但这本书却非常注重实际制造过程对机构性能的影响。例如，在讨论轴承选择时，书中并没有停留在仅仅列出几种常用轴承的规格，而是详细分析了不同轴承材料的特性、制造精度对摩擦系数和寿命的影响，以及在不同工作环境下（如高温、腐蚀性介质）的选择策略。我印象最深的是关于“表面处理”的章节，作者强调了诸如硬质氧化、镀铬等表面处理技术如何影响摩擦、耐磨性和抗腐蚀性，并结合实际机构的受力情况，给出了相应的表面处理建议。这对于我平时在设计中如何选择合适的表面处理工艺，避免一些潜在的失效问题，提供了非常实用的指导。书中还穿插了大量的“工艺限制”的讨论，比如在设计凸轮机构时，会考虑到凸轮轮廓加工的精度以及刀具的半径限制，这些都直接影响到机构的运动平稳性和精度。而且，书中还专门辟出了章节来讨论“公差分析”的重要性，以及如何通过选择合适的配合公差来保证机构的正常工作，这对于提高机械产品的可靠性至关重要。这本书让我明白，机械设计的不仅仅是画图和算公式，更是要考虑到现实的制造能力和成本，以及材料的内在属性。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，《机构学（四版）》在动态学方面的讲解是我见过最透彻的。通常这类书籍在讲到动力学和惯性力时，会变得非常抽象，让人头昏脑胀，但这本书却另辟蹊径。作者从最基本的牛顿第二定律出发，一点点地引申到连杆的惯性力、力矩，然后是如何在不同工况下进行分析。我尤其欣赏书中关于“惯性效应”的讨论，不仅仅是罗列公式，而是通过实际的机械运动，例如高速往复运动的连杆，分析其产生的惯性力会如何影响整个机构的平稳性和寿命，并提出了相应的改进措施，比如通过增加配重或者优化连杆的质量分布来抵消一部分不必要的惯性力。书中关于“力的传输”和“力平衡”的章节也是一大亮点。通过详细的受力分析图，清晰地展示了在机构运动过程中，各个构件所承受的力以及这些力是如何传递的，这对于理解机构的强度设计和故障分析至关重要。我记得书中有个关于曲柄滑块机构在不同位置受力分析的案例，作者不仅给出了计算公式，还用动画模拟的方式展示了力的变化过程，这让我能够直观地感受到不同力在机构中的“旅程”。此外，书中还引入了一些先进的动力学仿真技术，虽然没有深入讲解其代码实现，但介绍了一些常用的仿真软件和分析流程，为我后续深入学习打下了基础。对于那些希望深入理解机械系统动力学行为，并能够进行更精细化设计和优化的工程师和学生来说，这本书绝对是宝库。

评分☆☆☆☆☆

阅读《机构学（四版）》的过程，就像是开启了一扇通往“智能化”机械世界的大门。这本书的可贵之处在于，它并没有将“自动化”和“智能化”的概念与传统的机构学割裂开，而是巧妙地将它们融合在一起，展现了机构学在现代科技发展中的重要地位。书中在介绍了一些基础的传感器和执行器原理后，就开始讨论如何将它们集成到机械机构中，从而实现更高级的功能。例如，在讨论伺服机构时，书中详细分析了如何通过编码器反馈、PID控制器来精确控制电机的位置和速度，以及这些如何应用于机械臂的运动控制。我印象深刻的是书中关于“自适应机构”的讨论，作者通过一些实际的例子，比如能够根据地形自动调整悬挂高度的车辆底盘，让我看到了机械机构在智能化环境下的巨大潜力。此外，书中还涉及了一些关于“机器视觉”在机构学中的应用，例如如何利用摄像头来识别零件、测量尺寸，并将这些信息反馈给机构，从而实现自主的装配和检测。虽然这本书不是一本专门讲人工智能的书，但它提供了一个坚实的机械基础，让我能够更好地理解那些“聪明”的机器是如何工作的。这本书让我对未来的机械设计充满了期待，因为它不再仅仅是静态的机械结构，而是能够感知、思考和行动的智能体。

评分☆☆☆☆☆

这本《机构学（四版）》在“绿色设计”和“可持续发展”理念的融入，让我看到了机械工程的未来方向。以前读机构学，更多关注的是机械的性能和效率，但这本书却引入了更广阔的视角。书中在讨论机构的能量消耗时，不仅仅是计算效率，还会进一步分析其对环境的影响，并提出了一些“节能减排”的设计思路。例如，在设计齿轮传动时，除了考虑传动比和承载能力，还会讨论如何通过优化齿形、减少润滑油的使用量，以及采用更轻质的材料，来降低能量损耗和减少环境污染。我印象深刻的是书中关于“可再生能源机械系统”的章节，虽然只是初步介绍，但让我了解了如何将机构学原理应用于风力发电机、太阳能跟踪系统等领域，以及如何在设计中考虑其长期运行的可靠性和对环境的友好性。此外，书中还讨论了“循环经济”在机械设计中的应用，例如如何设计易于拆卸、维修和回收的机构，以及如何利用可回收材料来制造机械部件。这让我明白，未来的机械设计不仅仅是创造产品，更是要考虑其整个生命周期的环境影响，并致力于构建一个可持续发展的社会。这本书让我对机械工程有了更深的认识，它不仅仅是制造机器，更是承担着塑造更美好未来的责任。

评分☆☆☆☆☆

《机构学（四版）》这本书的“创新设计”理念，真的让我耳目一新，它鼓励读者跳出固有的思维模式，去探索更具潜力的机械解决方案。书中并没有止步于讲解已有的经典机构，而是引导读者思考如何将不同的机构原理进行组合，或者如何借鉴自然界的仿生学原理，来创造新的机械装置。例如，在讨论仿生学时，书中会分析昆虫的运动方式、鸟类的飞行机制，并探讨如何将其原理应用到机械设计中，从而创造出更轻巧、更灵活、更节能的机构。我特别喜欢书中关于“解耦设计”的讨论，作者解释了如何将复杂的机械系统分解成相对独立的模块，并通过优化每个模块的设计，来整体提升系统的性能。书中还介绍了一些“模块化设计”的思路，即通过标准化和通用化的设计，使得机构的各个部件可以方便地进行更换和升级，从而延长产品的使用寿命，并降低维护成本。此外，书中还探讨了一些“负反馈”和“正反馈”在机械系统中的应用，以及如何利用这些机制来实现更精确的控制和更稳定的运行。这本书让我觉得，机械设计是一个充满创造力的过程，鼓励我们不断尝试新的想法，并勇于挑战现有的技术极限。它不仅仅是一本技术手册，更是一本激发创新思维的指南。

评分☆☆☆☆☆

《机构学（四版）》这本书，在“仿真技术”的介绍上，虽然没有达到专业软件的深度，但其对理论基础的阐述，足以让我这个初学者茅塞顿开。过去对于机构的仿真，总觉得是工程师们用电脑“点几下”就能出来的结果，这本书却揭示了其背后的严谨科学。作者从离散化和数值积分的原理讲起，逐步解释了如何将连续的机构运动转化为计算机可以处理的模型，以及常用的数值方法，如欧拉法、龙格-库塔法等。我特别喜欢书中关于“模型建立”的讲解，它不仅仅是告诉你输入参数，而是详细解释了如何根据实际的机构结构，提取关键的运动副、质量分布、阻尼系数等信息，并将其转化为数学方程。书中还通过一些简单的二维机构仿真案例，演示了不同仿真参数对结果精度的影响，以及如何选择合适的参数来获得更准确的模拟。对于一些复杂的非线性动力学问题，书中也介绍了如何利用更高级的仿真软件（如MATLAB/Simulink、ADAMS等），并提供了初步的学习路径。这让我意识到，仿真不仅仅是验证设计，更是一种探索和优化的强大工具。通过仿真，我们可以预见机构在各种极端工况下的表现，提前发现潜在的问题，并进行针对性的改进，从而大大缩短了研发周期，降低了开发成本。这本书为我打开了通往“虚拟原型”世界的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本《机构学（四版）》在“人机工程”方面的思考，让我觉得这本书不仅仅是写给工程师看的，也应该引起设计师和用户的广泛关注。以往读机构学，大多关注的是纯粹的机械性能，但这本书却引入了“人性化”的考量。例如，在设计操作手柄或控制界面时，书中会考虑人手的握持舒适度、操作的便捷性以及误操作的可能性，并且会给出一些设计上的建议，例如手柄的形状、表面的材质以及按钮的布局。我印象深刻的是书中关于“人机交互”的章节，它讨论了如何通过合理的机械设计，来降低操作者的劳动强度，提高工作效率，甚至避免因长时间操作而产生的职业病。例如，在设计一些需要重复性操作的机械装置时，书中会建议采用一些减轻冲击力、优化运动轨迹的设计，来减少对操作者的身体负担。此外，书中还涉及到一些关于“安全防护”的讨论，例如如何设计防护罩、限位开关，以及紧急停止按钮，来确保操作者的安全。这让我明白，机械设计不仅仅是为了实现某种功能，更是要与人协同工作，并把人的安全和舒适放在重要的位置。这本书让我觉得，一个真正优秀的机械设计，应该是能够与使用者和谐共存的。