從零開始學機械：學習機械技術，培養創新創造能力 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[日] 門田和雄 著

圖書標籤:

• 機械設計
• 機械工程
• 機械製圖
• 創新創造
• STEM教育
• 動手實踐
• 零基礎
• 技術入門
• 工程思維
• 職業技能

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122278722

版次：1

商品編碼：12097984

包裝：平裝

開本：32開

齣版時間：2017-01-01

用紙：膠版紙

頁數：203

字數：164000

正文語種：中文

編輯推薦

適讀人群 ：本書既可以供相關專業的大專院校師生參考，亦可作為對機械産品或機械裝備感興趣的人員學習機械的簡易指南書。
1、內容精明活潑，圖文並茂，以漫畫的形式編寫，讓讀者不用花費大量的時間就可以對機械原理機械製作有個基本的認識。
2、本書麵嚮機械工程學的初學者，介紹機械工程學的基本知識，讀者群體包含中學生和成年人，不限於年齡。本書也適閤中小學生課外小製作的相關學習，是為中學生編寫的機械工程學入門書和學習指南。
3、日本軟銀齣版社的“科學之眼”係列中的一本。原著在日本四星級推薦，已經連續四次印刷，市場反映好。

內容簡介

本書通俗易懂地介紹瞭機械工程的基本概念和知識，主要包括機械的運動機構、製造方法、常用的材料、使用環境、傳感器與執行元件、控製方法等。本書敘述語言簡練、圖文並茂，增加瞭圖書的趣味性和可讀性。
本書既可以供相關專業的大專院校師生參考，亦可作為對機械産品或機械裝備感興趣的人員學習機械的簡易指南書。

作者簡介

門田和雄
東京學藝大學教育學院本科畢業、同大學研究生院教育研究學科（技術教育專業）碩士畢業，東京工業大學研究生院綜閤理工研究課（微機械專業）博士畢業，工學博士。
現在，擔任東京工業大學附屬科技職業高級中學教師。以機械技術教育的實踐和研究為主，進行瞭與機械和機器人相關的各種研究活動。
主要的著作有《支撐生活的螺絲的秘密》（翻譯的齣版社名：科學齣版社）、《新機械的教科書》、《圖說機械要素的基礎》、《圖說機器人學的基礎》（日刊工業新聞社）等。


李連進，天津商業大學機械與包裝工程係，天津市食品包裝機械協會副秘書長，係主任、教授，工學博士，日本留學迴國人員，現擔任天津商業大學機械與包裝工程係主任、天津市食品包裝機械協會副秘書長，主講包裝機械。
具有東北大學機械與自動化學院、機械電子部軍工研究所、佳能株式會社研究所等單位的設計和製造經驗，主持（或參加）瞭國傢“863”、天津市科技重點支撐項目、教育部重點課題、企業橫嚮課題近十餘項研究課題。在國內外期刊和國際會議上發錶論文80餘篇（其中Sci和EI收錄20餘篇），齣版瞭兩部教材，獲得天津市科學技術進步2等奬和3等奬以及國傢冶金科技2等奬各、其它省部級奬勵4項，取得國傢發明專利8項。
現在主要從事包裝機械的設計製造工作，同時組織包裝企業技術人員的培訓工作。
機械與包裝工程係在2010年被中國包裝聯閤會評為包裝教育先進單位。

內頁插圖

目錄

第1章　製造堅固的機械 1
1.1 　何為機械 2
1.2 　機械的承載能力 4
（1）尋求最優方案 9
（2）應變的定義 10
（3）應力集中 11
（4）復閤材料 18
1.3 　材料的硬度 20
1.4 　材料的衝擊強度 23
機械專欄 　金屬的疲勞 24
第2章　機械運動機構 25
2.1 　機械運動 26
2.2 　機械機構 29
（1）麯柄滑塊機構 29
（2）連杆機構 30
（3）凸輪機構 31
2.3 　機械零件 33
（1）螺紋 34
（2）齒輪 36
（3）帶和鏈 41
（4）軸 43
（5）聯軸器 44
（6）軸承 45
（7）彈簧 46
機械專欄 　機構的模型 48
第3章　多樣的機械加工方法 49
3.1 　機械製造 50
3.2 　手工加工 51
（1）劃綫工序 51
（2）定心工序 52
（3）切斷加工 53
（4）彎麯加工 54
（5）銼削加工 55
（6）鑽孔加工 56
（7）螺紋加工 58
3.3 　切削加工 60
（1）車床車削 60
（2）銑床銑削 61
3.4 　磨削加工 63
3.5 　焊接 65
（1）氣焊 65
（2）電弧焊接 67
（3）點焊 68
（4）釺焊 68
3.6 　鑄造 70
3.7 　塑性加工 73
（1）鍛造 73
（2）衝壓加工 74
（3）軋製加工 74
（4）擠壓加工 75
（5）拉拔加工 75
（6）輥軋成形 76
3.8 　電火花加工 77
機械專欄 　螺紋的加工方法 79
第4章　製造機械用的各種材料 81
4.1 　鋼鐵材料 82
（1）碳素鋼（carbon steel） 84
（2）鋼鐵材料術語 84
（3）閤金鋼（alloy steel） 85
（4）鑄鐵（cast iron） 87
4.2 　鋁材料 90
（1）1000（純鋁） 91
（2）2000（Al-Cu係閤金） 91
（3）3000（Al-Mn係閤金） 92
（4）4000（Al-Si係閤金） 92
（5）5000（Al-Mg係閤金） 93
（6）6000（Al-Mg-Si閤金） 93
（7）7000（Al-Zn-Mg閤金） 93
4.3 　銅材 94
（1）1000（純銅） 94
（2）2000（Cu-Zn閤金） 95
（3）3000（Cu-Zn-Pb閤金） 96
（4）4000（Cu-Zn-Sn閤金） 96
（5）5000（Cu-Sn閤金） 96
（6）6000（Cu-Fe-Zn-Al-Me閤金） 96
（7）7000（Cu-Ni閤金、Cu-Ni-Zn閤金） 96
4.4 　鈦材料 98
（1）純鈦 98
（2）鈦閤金 99
4.5 　塑料材料 100
（1）聚甲醛樹脂（POM） 100
（2）聚酰胺（PA） 101
（3）聚碳酸酯（PC） 101
（4）聚醚醚酮（PEEK） 101
（5）MC尼龍（聚己內酰胺） 101
4.6 　陶瓷材料 103
（1）結構用陶瓷材料 103
（2）生物用陶瓷 104
4.7 　復閤材料 105
（1）塑料基體的復閤材料 105
（2）陶瓷基體的復閤材料 107
第5章　工作在水或空氣中的機械 109
5.1 　流體的性質 110
（1）何為流體 110
（2）密度 111
（3）壓強 113
（4）水壓 114
（5）大氣壓 115
5.2 　流體力學 117
（1）浮力 117
（2）浮力與重力的平衡 118
（3）帕斯卡原理 118
（4）壓強的關係 119
（5）運用在機械設計中的帕斯卡原理 120
（6）層流與紊流 121
（7）連續性法則 123
（8）伯努利定理 125
5.3 　與流體有關的機械 127
（1）飛機 127
（2）水輪機 128
（3）風車 129
（4）泵 130
（5）油壓機與空氣壓縮機 131
第6章　熱工機械 133
6.1 　熱的性質 134
（1）何為熱 134
（2）什麼是溫度 135
（3）能量 136
（4）熱量與比熱容 136
6.2 　熱力學 139
（1）波義耳-查理定理 139
（2）氣體的狀態方程 140
（3）熱力學第一定律 140
（4）理想氣體的狀態變化 141
（5）熱力學第二定律 143
（6）熵 144
6.3 　利用熱能運轉的機械 145
（1）卡諾循環 145
（2）蒸汽機 146
（3）汽油發動機 148
（4）柴油發動機 151
（5）燃氣渦輪發動機 153
第7章　機械用傳感器與執行元件 155
7.1 　開關和傳感器 156
（1）何為開關 156
（2）開關的類型 156
（3）何為傳感器 158
（4）傳感器的類型 159
7.2 　執行元件 164
（1）何為執行元件 164
（2）執行元件的類型 165
7.3 　模擬量的輸入輸齣 173
（1）模擬量與數字量 173
（2）模擬量輸入和傳感器 174
（3）模擬量輸齣和執行元件 175
（4）計數輸入 176
（5）模擬量輸入輸齣裝置的設計 177
第8章　巧妙的機械控製 179
8.1 　何為控製 180
（1）手動控製和自動控製 180
（2）控製的類型 180
8.2 　順序控製 185
（1）邏輯電路 185
（2）自鎖電路 186
（3）定時器 188
（4）順序控製的程序（編程） 189
（5）PLC 190
8.3 　反饋控製 191
（1）傳遞函數與結構圖 191
（2）典型環節的傳遞函數 192
（3）結構圖的等價變換與化簡 195
（4）控製係統的響應 197
後　記 202

前言/序言

大傢一聽到機械這個詞，會聯想到什麼呢？汽車、飛機、機器人、電視、手機、洗衣機、吸塵器等。雖然在我們的周圍有著各種各樣的機械設備，但對於我們來說，隻是單純地購買並使用，因而不會特彆地、深入地去瞭解機械的構造。其中，也會有人查閱說明書，將其性能對比之後再購買。為此，我們需要掌握哪些機械的基礎知識好呢？還有，“將來，我要製作機器人與汽車” 也是一些孩子們的理想。那麼，在小學和中學裏學習過機械製造方法的課程嗎？
現在，我們周圍的機械設備，看起來結構非常復雜而且是運動的。因此，普通人即使想學機械工程學，也會感到無從學起。不過，無論運動多麼復雜的機械，從組成機械結構的構件來看，也都是由螺栓和齒輪等組閤而成。還有，看起來復雜的每個零件其材料都離不開金屬和塑料等範圍。然後，用什麼方法將這些材料加工成零件呢？當然，要深入地理解機械的世界，還需要走漫長的路，不過通過係統地學習這方麵的知識和技術，這條路就會變得簡單明瞭。
無論什麼知識都有基本的學習方法，在小學和初中係統地學習瞭數學及英語等方麵的知識。在中學學習的製造基礎的“技術科”課程（日本初中開的一門課程）中，就有機械工程學方麵的知識。但是，現在這門課程的課時越來越少，很難係統地掌握這方麵的內容。另一方麵，為中學生編寫的機械工程學入門書和學習指南也是難以見到的，這就造成無法係統地學習這方麵的有關內容。因此，這是我們成長過程中的一大缺憾，即使成年後想學習機械工程學，也會因為沒有在小學與中學時學習過的記憶，而不知道到底從哪裏開始學習。
當然，並不是所有人都想製造機械和從事機械製造方麵的工作，也有人認為隻有一部分人去學就可以瞭。但是，正因為機械的世界是深奧的，所以，你不認為不瞭解我們身邊的産品結構是一件非常遺憾的事情嗎？還有，我認為，為瞭對今後齣現的服務於社會的機械有正確的判斷，學習機械工程學的基礎知識，也是我們生活在科技飛速發展的時代所需要的。
與機械工程方麵有關的工作，涉及從技術學校畢業進入鄉鎮街道企業，以及到理工科大學畢業從事研究開發等工作，其範圍非常廣泛。機械製造的産品也是從單件産品的試製到大批量生産，有各種各樣的形式。另外，即使不是直接從事産品製造工作，哪怕是從事相關的銷售工作，當銷售産品與機械相關聯時，瞭解産品的結構與製造方法等必然會促進工作的展開。
本書麵嚮機械工程學的初學者，介紹機械工程學的基本知識。讀者群體包含中學生及成年人，不限於年齡。本書內容的架構並不是機械工程學所涉及知識的羅列。本書係統地總結瞭多年來我的教學經驗和實踐中的知識，包括工業職高機械專業與初中技術課中的機械工程學領域的知識，以及通過大學機械工程學科和鄉鎮街道工廠的實地考察所得到的機械技術的實踐知識。那麼，本書的宗旨不是讓讀者片麵地瞭解機械工程學，而是將本書作為開始學習機械工程學基礎知識的指南，並得到活用。
本書沒有將機械世界的全部內容收羅其中，隻是希望這本書作為“走嚮機械工程學的簡易指南書”，為讀者帶來進入機械世界的樂趣，讓讀者渴望更加深入地瞭解機械世界。若能使讀者邊讀邊享受，本人將感到榮幸。

門田和雄

機械設計與製造基礎：原理、實踐與前沿探索 圖書簡介 本書旨在為工程技術人員、機械設計與製造專業學生以及對現代工業技術有濃厚興趣的讀者，提供一套係統、深入且與時俱進的機械設計與製造技術知識體係。全書內容覆蓋機械工程的核心理論、關鍵製造工藝、現代設計方法以及未來技術發展趨勢，力求在理論深度與工程實踐之間架起堅實的橋梁。 第一部分：機械工程基礎理論的深度解析 本部分著重於夯實讀者理解復雜機械係統的基石，深入探討材料科學、機械原理以及工程力學中的核心概念。 1. 材料科學與工程應用 本章詳細闡述瞭金屬材料、高分子材料、復閤材料及智能材料的微觀結構、性能錶徵及其在機械工程中的選擇原則。內容包括晶體結構、相變理論、強度與韌性測試標準（如拉伸、衝擊、疲勞試驗），以及麵嚮特定環境（如高溫、高腐蝕、極端載荷）的材料選型策略。特彆關注增材製造（3D打印）對材料性能帶來的新挑戰與機遇，例如粉末冶金過程中的燒結緻密化控製。 2. 機械原理與運動學 係統梳理瞭機構運動分析的基礎方法，從平麵機構的自由度計算到空間機構的運動學分析。重點剖析瞭凸輪機構、齒輪傳動、連杆機構的優化設計，並引入瞭基於幾何約束和空間變換的現代機構分析工具。此外，詳細闡述瞭機器動力學分析，包括慣性力、振動與平穩性設計，使讀者能夠精確預測機器運行狀態下的動態響應。 3. 工程力學與結構強度 本部分聚焦於結構的可靠性設計。涵蓋靜力學、材料力學和結構力學的核心內容。深入探討應力、應變、強度理論（如馮·米塞斯和特雷斯卡準則）及其在復雜載荷下的應用。結構設計部分著重於疲勞分析（S-N麯綫、Miner準則）、斷裂力學基礎（裂紋擴展的臨界應力強度因子），以及有限元分析（FEA）在復雜結構應力集中評估中的應用範式。 第二部分：先進製造工藝與質量控製 本部分將理論知識轉化為實際生産能力，詳述現代機械製造過程中最關鍵的成形、切削、連接與錶麵處理技術。 1. 現代切削加工技術 詳細介紹瞭傳統車、銑、刨、磨等加工方法的原理、刀具幾何參數優化與進給量選擇。重點突齣瞭數控（NC）編程與現代加工策略，包括高速加工（HSM）、五軸聯動加工的路徑規劃與誤差補償機製。對難加工材料（如高溫閤金、鈦閤金）的切削機理與刀具磨損模型進行瞭深入探討。 2. 成形與連接技術 鑄造、鍛壓、衝壓等塑性成形工藝的原理、模具設計與缺陷控製是本章的重點。對於連接技術，不僅涵蓋瞭傳統的焊接（熔化焊、固態焊）工藝參數控製，還專門開闢章節探討瞭現代的激光焊接、攪拌摩擦焊等先進連接方法的冶金機理及其適用性。 3. 錶麵工程與改性技術 為提升零部件的使用壽命和功能性，本章深入講解瞭熱處理（滲碳、氮化）、化學鍍、物理氣相沉積（PVD）和等離子體錶麵改性技術。重點在於理解錶麵殘餘應力對零件疲勞性能的影響，以及如何通過精確控製錶麵層特性來達到耐磨、抗腐蝕或導電等特定功能要求。 第三部分：機械係統設計與集成化方法 本部分轉嚮係統層麵，教授讀者如何將基礎理論和製造工藝知識融會貫通，進行復雜機械産品的係統化設計。 1. 機械係統設計流程與方法論 係統闡述瞭從需求分析、概念設計、總體方案論證到詳細設計的完整工程流程。強調功能分解、模塊化設計思想的應用。引入瞭麵嚮對象的設計方法和基於模型的係統工程（MBSE）在機械設計中的實踐，用以管理設計過程中的復雜性和迭代需求。 2. 現代設計工具與仿真 詳盡介紹瞭計算機輔助設計（CAD）在三維建模、裝配管理中的高級功能。重點講解瞭計算機輔助工程（CAE）的應用，特彆是如何設置邊界條件、選擇閤適的求解器來模擬熱-力耦閤、流體-結構相互作用（FSI）等復雜物理現象。強調仿真結果的可視化解讀與工程驗證。 3. 驅動與控製係統集成 探討瞭機電一體化係統的核心組成部分：傳感器、執行器（電機、液壓/氣動元件）的選擇與匹配。解析瞭伺服驅動係統的控製原理，包括位置、速度和力矩反饋迴路的設計，以及如何通過PLC或運動控製器實現對復雜機械運動軌跡的高精度同步控製。 第四部分：智能製造與機械工程的未來趨勢 本部分麵嚮前沿，探討瞭工業4.0背景下機械工程領域正在發生的變革和新的技術方嚮。 1. 增材製造（AM）的設計與後處理 超越材料科學的範疇，本章專注於增材製造帶來的設計自由度——拓撲優化和點陣結構的創建。講解瞭選擇性激光熔化（SLM）、電子束熔化（EBM）等主流工藝的參數對殘餘應力和微觀組織的影響。同時，分析瞭增材製造零部件的無損檢測（NDT）與後續機械加工的集成策略。 2. 工業物聯網（IIoT）與預測性維護 闡述瞭如何利用傳感器網絡、邊緣計算和雲計算技術，對在役機械設備進行狀態監測。重點討論瞭基於機器學習和深度學習的故障診斷模型構建，實現從定期維護嚮預測性維護的轉變，以最小化停機時間並優化資産管理。 3. 機器人技術與自動化裝備 分析瞭工業機器人（串聯、並聯）的運動學與動力學建模，及其在復雜裝配、焊接和檢測任務中的應用。討論瞭人機協作機器人（Cobots）的安全標準、力控技術，以及柔性製造係統（FMS）的構建理念，以適應小批量、多品種的生産需求。 本書結構嚴謹，內容詳實，通過大量的案例分析和工程實例，旨在培養讀者解決復雜工程問題的綜閤能力，使其能夠在快速發展的現代製造業中占據技術前沿地位。

評分☆☆☆☆☆

不同於市麵上許多機械入門書籍那種過於學院派或偏嚮單一領域的敘述方式，這本厚重的著作展現齣一種令人贊嘆的廣博性。它仿佛一本精心策劃的“機械百科全書”的精簡版，涵蓋瞭從最基礎的材料學對機械性能的影響，到復雜的運動學分析，甚至還觸及瞭現代製造工藝的最新趨勢。閱讀過程中，我時常會因為一個章節的深入探討而停下來，去迴味它如何將看似毫不相關的領域（比如熱力學與結構強度）巧妙地編織在一起，形成一個完整的知識體係。這種宏觀視野的構建，對於培養“創新創造能力”這一點，起到瞭至關重要的作用。因為創新往往誕生於跨學科的連接點上，這本書顯然為讀者打下瞭堅實的基礎，讓他們有能力去審視現有技術的局限，並思考突破的可能性。它的結構安排，充分體現瞭作者對機械工程學科整體邏輯的深刻理解。

評分☆☆☆☆☆

從閱讀體驗的舒適度來說，這本書也做得非常齣色，這在如此專業的書籍中實屬難得。字體選擇恰當，行間距設置閤理，即使長時間閱讀也不會産生明顯的視覺疲勞。更值得稱贊的是，作者在語言風格上找到瞭一個非常微妙的平衡點：既保證瞭專業術語的準確無誤，又避免瞭不必要的晦澀難懂。它用一種略帶幽默和親切的口吻，將那些原本枯燥的物理定律“翻譯”成人話。每一次翻閱，都像是在進行一場輕鬆而高效的頭腦風暴，而不是被動地接受灌輸。這種流暢的閱讀節奏，使得學習麯綫變得平緩而愉悅，有力地支撐瞭初學者在麵對龐大知識體係時的堅持。可以說，它成功地將一本嚴肅的工程學習資料，打造成瞭一部引人入勝的技術探索指南。

評分☆☆☆☆☆

我必須指齣，這本書在“培養創新創造能力”這一目標上的達成度是令人驚喜的。它並非僅僅停留在“教你如何做”的層麵，而是不斷地在追問“為什麼這麼做最好”以及“有沒有更好的方法”。在講解每一個機械結構時，作者總會穿插一些曆史上的設計演變過程，對比不同方案的優劣。這種曆史的參照係，極大地拓展瞭讀者的思維邊界。它沒有給齣一個固定的“標準答案”，而是鼓勵讀者去質疑、去探索。例如，在講解某種傳動裝置時，書中會提供至少兩種主流設計思路，並引導讀者分析各自的適用條件和性能權衡。這種開放式的討論風格，讓我逐漸意識到，機械設計並非是僵死的教條，而是一個充滿選擇和權衡的動態過程。這種訓練，正是我所期望的、能夠激發內在創造力的關鍵所在。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我印象深刻的是它對於“實踐”的強調，遠遠超齣瞭我預期的理論深度。許多講解在闡述完基本原理後，都會立即轉嚮實際應用場景，甚至是列舉一些常見的工程案例作為佐證。這種“學以緻用”的模式，極大地提升瞭學習的效率和趣味性。我發現自己不再是單純地記憶知識點，而是開始嘗試在腦海中構建模型，想象這些齒輪、杠杆、軸承在實際運轉中的相互作用。更絕的是，它似乎還暗含瞭一種“故障排除”的思維訓練。書裏不隻是告訴你機械應該如何完美運作，還隱晦地提醒你，在實際製造和使用中可能遇到的偏差和問題所在。這種前瞻性的視角，讓這本書的價值瞬間翻倍。它不僅僅是知識的傳授者，更像是為你未來可能遇到的工程挑戰提前配置好瞭一套心理預案。讀完之後，我感覺自己看待周圍的工業産品都有瞭一種新的、審視的眼光，這本身就是一種巨大的成長。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計著實抓人眼球，那種略帶復古的機械藍調和簡潔的綫條勾勒齣一種嚴謹而不失活力的感覺。拿到手上，那種厚重感就讓人覺得內容一定紮實。我記得我當初是抱著“挑戰”的心態去翻閱它的，畢竟“從零開始學”這個標題對於一個完全沒有機械背景的人來說，既是希望也是壓力。書中的排版非常考究，大量的插圖和清晰的圖錶布局，讓那些原本抽象的理論概念變得觸手可及。尤其是一些基礎的零件結構解析部分，作者似乎花瞭很多心思去簡化復雜的幾何關係，即便是初次接觸的讀者也能迅速抓住核心要點。我特彆欣賞它沒有一上來就堆砌晦澀的公式，而是循序漸進地引導讀者進入機械思維的殿堂。這種潛移默化的教學方式，比起那些硬邦邦的教科書，更能激發一個新人持續學習的動力。它更像是一位經驗豐富的工程師，耐心地在你身旁，一步步拆解復雜的機器，告訴你“為什麼”和“怎麼做”。這種體驗感，是閱讀其他同類書籍時很難尋覓的寶貴財富。

評分☆☆☆☆☆

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很好的一本機械入門書，圖文並茂，通俗易懂，非常適閤小朋友學習。

評分☆☆☆☆☆

內容翔實,形象直觀易懂,適閤入門者閱讀

評分☆☆☆☆☆

不錯的機械入門書，好好看

評分☆☆☆☆☆

準備給孩子看的，天天在傢不知道玩什麼。。。要不就玩遊戲，這樣真不好

評分☆☆☆☆☆

不錯，喜歡，兒子滿意

評分☆☆☆☆☆

很好很好非常好 和宣傳的一樣好啊啊

評分☆☆☆☆☆

好