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[美] 亚历山大·H.斯洛克姆(AlexanderH 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111565819

商品编码：15326041847

出版时间：2017-07-01

作  者:(美)亚历山大·H.斯洛克姆(Alexander H.Slocum) 著；王建华 等 译 定  价:168 出 版 社:机械工业出版社 出版日期:2017年07月01日 页  数:643 装  帧:精装 ISBN:9787111565819 ●译者序
●原版书前言
●第1章精密机械设计概论1
●1.1引言1
●1.2经济学分析基础2
●1.3项目管理:理论和实施9
●1.4设计工程师应具备的素质15
●1.5设计案例:高速加工中心(HSMC)29
●1.6设案例:三坐标测量仪40
●第2章度、重复性与分辨率的原理52
●2.1引言52
●2.2制订系统误差分配55
●2.3准静态机械误差71
●2.4动态力引起的误差92
●2.5设计案例研究:丝杠调整不当引起的支架直线度误差94
●第3章模拟传感器101
●3.1引言101
●3.2非光学传感器系统106
●第4章光学传感器141
●4.1引言141
●部分目录

内容简介

本书既有优选的基础理论体系，又特别重视工程实际，是精密机械领域一部传授知识、启迪智慧、激励创新的经典之作，是美国麻省理工学院公开课程的指定用书。本书将精密机械作为一个各个部件之间相互协作的集成系统，重点放在精密机械零件的机械结构设计及其与传感器和控制系统集成，以达到系统性能佳；在设计中，强调设计将如何影响整个系统的准确度、重复性和分辨率；提供了许多具有创造性的设计案例。全书共包括10章：靠前章精密机械设计概论，第2章准确度、重复性与分辨率的原理，第3章模拟传感器，第4章光学传感器，第5章传感器的安装和校准，第6章车削中心几何误差与热误差，第7章系统设计注意事项，第8章接触式轴承，第9章非接触式轴承，靠前0章驱动与传动。 历史已经证明：精密机械是工业社会的基本要素。事实上，从集成电路制造，到光学零件加工，再到汽车生产，现代工业高度依赖于精密机械。鉴于目前已经有许多的机械零件设计教材，本书假设读者已经熟知相关概念。精密机械是一个各部件相互协作的集成系统，因此，本书侧重于精密机械部件的结构设计，以及精密机械部件与传感器和控制系统的集成优化设计。在部件设计的论述中着重探讨设计是如何影响机械的整体、重复性以及分辨率等内容。    任何一本教材都不可能涵盖机械、传感器及控制系统等设计的全部内容。本书主要涉及精密机械部件及设备的集成设计。对传感器和控制系统则先介绍其基本工作原理，然后通过实例给出市面上常见传感器的特性，而控制系统的设计主要讨论控制单元的选取及其对机械可控性的影响。    设计是分析与创新的结合，本书旨在为读者提供清晰的理论背等

《精密机械设计》：一部引领未来制造的基石之作 在工业文明飞速发展的今天，精密机械扮演着至关重要的角色，它们是现代科技进步的驱动力，是高端制造业的基石。从微观世界的芯片制造，到宏观世界的航空航天，再到我们日常生活的方方面面，精密机械无处不在，无时不在。而《精密机械设计》这部著作，正是站在时代潮头，为所有致力于精密机械领域探索与创新的读者，提供了一部系统、深入、前瞻的指南。它不仅仅是一本技术手册，更是一部凝聚了无数智慧与实践经验的百科全书，旨在为读者构建坚实的理论基础，解锁前沿的设计理念，并指导实践操作中的关键环节。 本书的核心目标在于，帮助读者理解并掌握“精密”这一概念在机械设计中的深层含义。这不仅仅是指加工精度，更包含了对材料科学、动力学、材料力学、热力学、流体力学以及现代控制理论等多个学科的深刻理解和融会贯通。精密机械的设计，是一门艺术，也是一门科学，它要求设计者不仅要有扎实的理论功底，更要具备敏锐的洞察力、严谨的逻辑思维以及强大的创新能力。本书正是围绕这一核心，层层递进，为读者揭示精密机械设计的全貌。 第一部分：精密机械设计的基础理论与方法论 开篇伊始，本书便着力于为读者打下坚实的基础。我们从精密机械设计的历史演进出发，追溯其在不同时代背景下的发展脉络，理解其如何从最初的粗犷制造，逐步走向精益求精的今天。随后，我们将深入探讨精密机械设计的几个核心要素： 高精度加工基础： 精密机械的实现离不开高精度加工。本书将详细阐述各种先进的加工技术，如超精密车削、磨削、研磨、电火花加工（EDM）、激光加工以及离子束加工等。我们不仅会介绍这些技术的原理和特点，更会结合实际案例，分析不同工艺参数对加工精度的影响，以及如何选择最适合的加工方法来满足设计要求。同时，本书还将探讨超精密测量技术，如白光干涉仪、原子力显微镜等，它们是保证和验证精密加工成果的关键。 先进材料的应用： 材料是精密机械的骨骼与血肉。本书将系统介绍适用于精密机械设计的各类先进材料，包括高性能合金（如钛合金、镍基合金）、陶瓷、复合材料以及特种工程塑料。我们会分析这些材料的力学性能、热学性能、耐磨性、抗腐蚀性以及加工特性，并提供如何根据具体工况选择最优材料的指导。此外，本书还会探讨纳米材料和智能材料在精密机械领域的潜在应用，为读者描绘未来的材料发展趋势。 动力学与振动控制： 精密机械的稳定运行，必须克服和控制各种动态干扰。本书将深入剖析机械系统的动力学特性，包括质量、刚度、阻尼等参数对系统动态响应的影响。我们将详细讲解振动分析的基本原理、模态分析、频率响应分析以及噪声控制技术。特别地，本书将聚焦于主动减振和被动减振技术，介绍各种先进的隔振器、阻尼器以及主动控制系统，帮助读者设计出在动态环境中也能保持高稳定性的精密机械。 热应力与热变形分析： 温度变化是影响精密机械精度的重要因素。本书将详细阐述热力学基本原理，以及热源、热传导、热对流和热辐射等因素如何引起材料的热膨胀和收缩，进而导致部件的变形。我们将介绍有限元分析（FEA）在热应力与热变形分析中的应用，并提供如何通过结构优化、材料选择以及热补偿措施来减小热误差的实用方法。 第二部分：关键精密机械部件的设计与集成 在掌握了基础理论后，本书将重点深入探讨精密机械设计中常见的关键部件。这些部件的设计往往是整个系统的瓶颈所在，也是技术难点所在。 高精度传动系统： 传动系统是能量传递和运动转换的核心。本书将详细分析各种高精度传动方式，如精密齿轮传动（包括渐开线齿轮、摆线齿轮）、蜗杆蜗轮传动、谐波传动、行星齿轮传动以及无级变速器（CVT）等。我们将探讨齿轮精度等级、传动误差的产生机理与控制方法，以及滚动轴承、滑动轴承在精密传动中的选型与应用。特别地，本书将着重介绍直驱电机、磁力传动等新型无接触传动技术，它们在高精度、低摩擦、长寿命方面具有独特优势。 精密定位与测量系统： 精密定位是实现高精度操作和测量的基础。本书将详尽介绍各种精密定位装置，如丝杠螺母机构、直线导轨、气浮导轨、磁悬浮导轨以及压电陶瓷驱动器等。我们将分析不同定位系统的精度、刚度、运动平稳性以及响应速度，并探讨如何通过闭环控制和误差补偿技术来实现亚微米甚至纳米级的定位精度。同时，本书也将聚焦于各种精密测量传感器，如激光干涉仪、编码器、电容式传感器、光学尺等，以及它们在精密测量系统中的集成与应用。 精密夹持与装配技术： 在微小尺寸和高精度要求下，夹持和装配变得尤为复杂。本书将探讨微夹持器、真空夹持器、静电力夹持器等多种微观尺度下的夹持技术。我们将深入研究精密装配过程中可能出现的干涉、碰撞、磨损等问题，并介绍各种自动化装配技术、机器人辅助装配以及在线误差补偿技术，以确保最终产品的精度和可靠性。 精密密封与润滑技术： 密封与润滑是保证精密机械稳定运行、延长使用寿命的关键。本书将介绍各种精密密封结构，如O型圈、唇形密封、迷宫密封以及特种密封材料。我们将分析不同密封形式在承受压力、温度、介质等条件下的适用性，并探讨如何设计高效、长寿命的密封系统。在润滑方面，本书将详细介绍各种润滑油、润滑脂的性能特点，以及薄膜润滑、边界润滑等润滑机理，并指导读者如何根据具体应用场景选择最合适的润滑方案。 第三部分：先进精密机械设计方法与前沿探索 在完成对基础理论和关键部件的深入解析后，本书将进一步拓展读者的视野，引导大家探索更先进的设计方法和未来的发展方向。 微机电系统（MEMS）设计： 随着科技的进步，微机电系统已成为精密机械领域的重要分支。本书将介绍MEMS器件的设计原理、制造工艺（如光刻、刻蚀、薄膜沉积等）以及典型应用，包括微传感器、微执行器、微流控芯片等。我们将探讨MEMS器件的设计挑战，如表面效应、体积效应以及如何进行小型化和集成化设计。 智能制造与数字孪生： 现代精密机械设计与制造已与智能化浪潮紧密相连。本书将探讨如何运用计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助制造（CAM）以及产品生命周期管理（PLM）等数字化工具，实现设计、仿真、制造全过程的数字化。我们将重点介绍数字孪生（Digital Twin）技术，它通过在虚拟空间中构建物理实体的精确镜像，实现对精密机械的实时监控、预测性维护和性能优化。 仿生学在精密机械设计中的应用： 自然界充满了高效、精密的结构和机制，为精密机械设计提供了无限灵感。本书将介绍如何借鉴生物体的形态、功能和运动原理，应用于精密机械的设计。例如，借鉴昆虫复眼的光学设计，模仿生物肌腱的弹性与韧性，设计更高效、更灵活的驱动与传动系统。 可靠性与维护设计： 精密机械往往应用于关键领域，其可靠性至关重要。本书将深入探讨可靠性设计的基本原理、失效模式与影响分析（FMEA）、故障树分析（FTA）等方法。我们将指导读者如何通过合理的结构设计、材料选择、工艺控制以及冗余设计来提高精密机械的可靠性，并介绍预测性维护和状态监测技术，以延长设备寿命，降低维护成本。 《精密机械设计》的价值与意义 《精密机械设计》一书，不仅是一本技术性的教科书，更是一本思想性的启迪之作。它旨在培养读者成为具备系统性思维、创新精神和解决复杂工程问题的能力的精密机械工程师。通过阅读本书，读者将能够： 建立扎实的理论根基： 掌握精密机械设计所需的核心理论知识，理解不同学科之间的内在联系。 掌握先进的设计方法： 学习和运用现代化的设计工具和技术，提高设计效率和精度。 提升创新与解决问题的能力： 激发创新思维，学会分析和解决精密机械设计中遇到的各种挑战。 紧跟技术发展前沿： 了解精密机械领域最新的技术动态和发展趋势。 促进产学研的深度融合： 为科研人员、工程师以及相关专业的学生提供宝贵的参考资料，推动理论研究与实际应用的紧密结合。 本书的语言力求严谨、清晰，同时避免了过于晦涩的技术术语，力求让不同背景的读者都能理解和受益。书中穿插了大量的图表、案例分析和实际操作建议，旨在帮助读者将理论知识转化为实际技能。 无论您是正在机械设计领域深耕的工程师，还是对精密制造充满热情的研究者，亦或是正在为未来职业生涯做准备的莘莘学子，《精密机械设计》都将是您不可或缺的得力助手。它将引领您走进精密机械的奇妙世界，点燃您对科学探索的激情，为您的职业生涯添砖加瓦，共同塑造一个更加精密、高效、智能的未来。

评分☆☆☆☆☆

这本书让我对“精密”二字有了更深刻的理解。在我以往的认知中，“精密”可能就意味着“精度高”、“尺寸小”。但在这本书里，我看到了“精密”背后蕴含的更深层次的含义，它不仅仅是数值上的精确，更是对每一个环节、每一个细节的极致追求。书中有很多关于测量技术和表面处理的内容，我原本以为这部分会比较枯燥，但作者却把它讲得非常有趣。比如在讲到表面粗糙度时，它会用非常形象的比喻来形容不同粗糙度对零件性能的影响，比如将粗糙的表面比作山峦起伏的地形，而光滑的表面则像是平静的湖面。 让我感到惊喜的是，书中还介绍了一些前沿的精密制造技术，比如微纳加工、3D打印在精密零件制造中的应用，以及相关的检测方法。这些内容让我看到了精密机械设计的未来发展方向，也拓宽了我的视野。我原以为这本书会止步于传统的机械设计理论，但它却紧跟时代步伐，让我感受到了科技的魅力。它并没有将这些前沿技术包装得高不可攀，而是以一种易于理解的方式进行介绍，让我对未来的机械制造充满了期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我受益匪浅的一点，是它教会了我如何去“思考”设计。作者在书中反复强调，设计是一个不断权衡和优化的过程。在讲解一个复杂机构的设计思路时，他会列举出几种不同的方案，并分析每种方案的优缺点，比如在成本、性能、可靠性、制造难度等方面的考量。然后，他会引导读者思考，在特定的应用场景下，哪种方案是最合适的。这种“对比分析”和“权衡取舍”的方法，让我学会了跳出单一的解决方案，从更广阔的视角去看待问题。 比如在设计一个高精度定位平台时，书中会探讨使用滚珠丝杠、直线电机或者液压伺服系统各自的优势和劣势。它会分析不同驱动方式在响应速度、定位精度、负载能力、能量损耗等方面的差异，并给出具体的选择建议。这种深入的分析，让我明白，所谓的“最优解”并不是绝对的，而是相对于特定的设计目标和约束条件而言的。这种思维方式，对于我今后在工作中遇到类似的设计问题，具有非常重要的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

读这本书的时候，我常常会有一种“茅塞顿开”的感觉。很多之前困扰我的技术难题，在这本书里得到了清晰的解答。比如，关于振动和噪声的控制，我一直觉得这是一个非常抽象的概念，很难把握。但书中通过分析一个高速旋转的电机产生的振动源，并详细讲解了如何通过优化转子平衡、选择合适的轴承、以及增加阻尼材料等方法来降低振动和噪声，让我对这个领域有了全新的认识。 作者在讲解这些看似复杂的问题时，总是能够化繁为简，将深奥的理论用通俗易懂的语言表达出来。我甚至觉得，与其说这是一本技术书籍，不如说它是一本能够激发你学习兴趣的书。它让你不再害怕那些晦涩难懂的专业术语，而是让你主动去探索和理解它们背后的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

这本书我入手有一段时间了，说实话，一开始我是抱着一种试试看的心态来翻阅它的。毕竟“精密机械设计”这个题目听起来就挺硬核的，我本身也不是科班出身，只是对机械制造有着浓厚的兴趣，平时也喜欢捣鼓一些小玩意儿。所以，我原本预期这本书会是一本充斥着大量公式、图表和专业术语的“天书”，大概率会让我在读了两页之后就望而却步。然而，当我真正沉浸其中时，我发现我的担忧是多余的。这本书的叙述方式非常独特，它并没有上来就堆砌那些晦涩难懂的理论，而是以一种循序渐进、由浅入深的方式，将那些复杂的概念一一展现在读者面前。作者仿佛把我当作一个初学者，耐心地引导我认识机械设计的全貌。 例如，在讲述材料选择的那一部分，我本来以为会看到各种合金成分的详细分析，以及不同材料在应力、温度下的性能曲线。但书中却是通过几个非常贴近实际的应用场景来展开的，比如在设计一个高精度轴承时，为什么要选择某种特定的钢材，而不能用另一种。它会解释这种选择背后的原因，涉及到材料的硬度、耐磨性、抗疲劳性等等，并且会用一些生动形象的比喻来帮助理解，让我一下子就抓住了核心要点，而不是被一堆枯燥的数据淹没。这种“情景式”的学习方法，对于我这样的非专业读者来说，简直是福音。我能清晰地感受到作者在编排内容时所付出的心血，不仅仅是知识的堆砌，更是智慧的引导。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图也是我非常欣赏的一点。很多机械设计类的书籍，往往因为插图不够清晰或者数量太少，导致很多概念难以理解。但在这本书里，每一处重要的结构、每一个关键的零件，都有非常精美的三维示意图，甚至还有一些动态的GIF图，能够直观地展示零件的运动过程和受力状态。比如在讲解轴承的润滑方式时，书中不仅有不同类型轴承的剖视图，还配有各种润滑油的流动示意图，让我能够清晰地看到润滑油是如何在高速旋转中渗透到每一个角落，起到减摩和散热的作用。 还有一些章节，比如关于精密传动机构的设计，像是行星齿轮减速器或者谐波减速器，原本在我看来都是极其复杂的机械系统。但是通过书中细腻的插图和条理清晰的文字描述，我居然能够理解它们的工作原理，甚至能够大致估算出它们的传动比和精度。作者在插图上花费的心思，真的是显而易见的，这些图不仅仅是示意图，更是教学工具，它们让原本抽象的理论变得触手可及。我甚至会反复翻看那些插图，从中汲取灵感。

评分☆☆☆☆☆

我原本以为这本书会更偏向于理论推导，但出乎意料的是，它在实践性和可操作性方面做得非常出色。书中有很多关于加工工艺和装配技巧的内容，让我感觉像是拿到了一本“实操手册”。比如在讲解齿轮加工时，它不仅仅是介绍了不同类型的齿轮以及它们的传动特性，还会详细介绍滚齿、插齿、磨齿等加工方法的原理、优缺点以及在实际生产中的注意事项。 更让我惊喜的是，书中还涉及到了很多关于表面处理和热处理的内容，比如渗碳、淬火、回火等工艺对零件性能的影响，以及如何选择合适的工艺来满足设计要求。这些细节内容，对于我这样对机械制造有实际操作经验的人来说，简直是如获至宝。它让我能够更深入地理解，为什么同样设计的零件，在不同的制造条件下，最终的性能会有如此大的差异。

评分☆☆☆☆☆

这本书的价值，并不仅仅在于它提供的技术信息，更在于它传递的一种严谨、细致、精益求精的设计精神。作者在书中处处体现出对细节的关注，对质量的执着。我尤其欣赏书中关于“失效分析”的那部分内容。它不仅仅是告诉你如何设计出优秀的零件，更重要的是，它教会你如何去预见和避免潜在的设计缺陷，如何在发生问题时，能够系统地分析原因并找到解决方案。 通过分析一些典型的零件失效案例，比如疲劳断裂、磨损失效、或者过载损坏，书中详细讲解了导致这些失效的根本原因，以及在设计阶段应该如何进行规避。这种“防患于未然”的思维方式，对于任何一个从事工程设计的人来说，都至关重要。它让我明白，一个成功的精密机械设计，不仅仅在于它的高性能，更在于它的高可靠性和长寿命。这本书，无疑是我在机械设计领域的一次宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书的作者在案例选择上非常有眼光。他并没有选择那些脱离实际的理论模型，而是从我们生活中常见但又至关重要的精密机械设备中提取案例进行分析。我印象最深的是关于显微镜物镜设计的那一章。我一直觉得显微镜的光学系统非常神奇，一个小小的物镜如何能够放大数千倍甚至数万倍。书中就详细地讲解了物镜的设计原理，包括镜片组的构成、光学像差的校正、以及如何通过调整镜片之间的间距来获得清晰的图像。 通过这个案例，我才真正理解到，精密机械设计不仅仅是机械结构的堆叠，它更需要多学科的融合，比如光学、材料学、甚至物理学。作者在讲解过程中，并没有回避那些复杂的物理公式，但会用非常易懂的语言来解释公式的意义和实际应用。我甚至觉得自己像是亲身参与了显微镜物镜的设计过程，这种沉浸式的学习体验，是我在其他任何书籍中都未曾有过的。

评分☆☆☆☆☆

这本书还有一个非常独特的优点，那就是它能够将不同领域的精密机械设计知识融会贯通。我原以为它会专注于某个特定的机械领域，比如航空航天或者医疗器械。但实际上，它涵盖了非常广泛的应用场景，从微型传感器到大型工程机械，从机器人手臂到精密测量仪器，都有涉及。通过对比不同领域的精密设计方法和技术，我能够看到不同领域之间的共通之处，以及它们各自的独特性。 比如，在讲解机器人关节的设计时，书中会详细分析如何实现高精度、高刚性和低背隙的传动，这其中涉及到齿轮传动、谐波减速器、甚至一些特殊的液压伺服技术。而当它转到医疗器械领域时，又会强调材料的生物相容性、无菌处理以及超高的可靠性。这种跨领域的知识整合，让我受益匪浅，也让我能够从更宏观的视角来理解精密机械设计的整体框架。

评分☆☆☆☆☆

读这本书的过程，就像是在跟随一位经验丰富的老工匠，一步步教你如何打磨出一件精美的艺术品。它不仅仅是告诉你“怎么做”，更重要的是告诉你“为什么这么做”。书中有很多关于公差分析和配合的章节，我一直觉得这是机械设计中最让人头疼的部分之一，各种“H7/g6”、“js4”之类的符号，看起来就像天书。但这本书却用非常直观的方式，通过一些实际零件的装配案例，比如一个精密滑动导轨的设计，详细讲解了不同配合公差对运动精度、摩擦阻力、寿命等方面的影响。它会通过一些图示，清晰地展示了配合公差对间隙或过盈量的影响，以及这些变化带来的实际后果。 我印象最深的是有一段讲到“基准”的概念，我之前一直觉得这个词很抽象，不知道在实际设计中有什么用。书中通过一个多轴联动加工中心的底座设计案例，解释了为什么选择一个特定的平面作为基准面，如何在这个基准面上进行一系列的尺寸标注和公差控制，最终确保整个机床的加工精度。作者甚至还会深入到一些细节，比如不同刀具在加工过程中的微小误差，以及如何通过合理的公差链设计来累积和补偿这些误差。我感觉自己不仅仅是在学习书本上的知识，更是在学习一种解决问题的思维方式，一种严谨细致的设计哲学。