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[美] 亞曆山大·H.斯洛剋姆(AlexanderH 著

圖書標籤:

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• 精密工程
• 機械工程
• 製造技術
• 設計原理
• 機械原理
• 工程技術
• 工業設計
• 機械製圖
• 自動化設備

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齣版社： 機械工業齣版社

ISBN：9787111565819

商品編碼：15326041847

齣版時間：2017-07-01

作  者:(美)亞曆山大·H.斯洛剋姆(Alexander H.Slocum) 著；王建華 等 譯 定  價:168 齣 版 社:機械工業齣版社 齣版日期:2017年07月01日 頁  數:643 裝  幀:精裝 ISBN:9787111565819 ●譯者序
●原版書前言
●第1章精密機械設計概論1
●1.1引言1
●1.2經濟學分析基礎2
●1.3項目管理:理論和實施9
●1.4設計工程師應具備的素質15
●1.5設計案例:高速加工中心(HSMC)29
●1.6設案例:三坐標測量儀40
●第2章度、重復性與分辨率的原理52
●2.1引言52
●2.2製訂係統誤差分配55
●2.3準靜態機械誤差71
●2.4動態力引起的誤差92
●2.5設計案例研究:絲杠調整不當引起的支架直綫度誤差94
●第3章模擬傳感器101
●3.1引言101
●3.2非光學傳感器係統106
●第4章光學傳感器141
●4.1引言141
●部分目錄

內容簡介

本書既有優選的基礎理論體係，又特彆重視工程實際，是精密機械領域一部傳授知識、啓迪智慧、激勵創新的經典之作，是美國麻省理工學院公開課程的指定用書。本書將精密機械作為一個各個部件之間相互協作的集成係統，重點放在精密機械零件的機械結構設計及其與傳感器和控製係統集成，以達到係統性能佳；在設計中，強調設計將如何影響整個係統的準確度、重復性和分辨率；提供瞭許多具有創造性的設計案例。全書共包括10章：靠前章精密機械設計概論，第2章準確度、重復性與分辨率的原理，第3章模擬傳感器，第4章光學傳感器，第5章傳感器的安裝和校準，第6章車削中心幾何誤差與熱誤差，第7章係統設計注意事項，第8章接觸式軸承，第9章非接觸式軸承，靠前0章驅動與傳動。 曆史已經證明：精密機械是工業社會的基本要素。事實上，從集成電路製造，到光學零件加工，再到汽車生産，現代工業高度依賴於精密機械。鑒於目前已經有許多的機械零件設計教材，本書假設讀者已經熟知相關概念。精密機械是一個各部件相互協作的集成係統，因此，本書側重於精密機械部件的結構設計，以及精密機械部件與傳感器和控製係統的集成優化設計。在部件設計的論述中著重探討設計是如何影響機械的整體、重復性以及分辨率等內容。    任何一本教材都不可能涵蓋機械、傳感器及控製係統等設計的全部內容。本書主要涉及精密機械部件及設備的集成設計。對傳感器和控製係統則先介紹其基本工作原理，然後通過實例給齣市麵上常見傳感器的特性，而控製係統的設計主要討論控製單元的選取及其對機械可控性的影響。    設計是分析與創新的結閤，本書旨在為讀者提供清晰的理論背等

《精密機械設計》：一部引領未來製造的基石之作 在工業文明飛速發展的今天，精密機械扮演著至關重要的角色，它們是現代科技進步的驅動力，是高端製造業的基石。從微觀世界的芯片製造，到宏觀世界的航空航天，再到我們日常生活的方方麵麵，精密機械無處不在，無時不在。而《精密機械設計》這部著作，正是站在時代潮頭，為所有緻力於精密機械領域探索與創新的讀者，提供瞭一部係統、深入、前瞻的指南。它不僅僅是一本技術手冊，更是一部凝聚瞭無數智慧與實踐經驗的百科全書，旨在為讀者構建堅實的理論基礎，解鎖前沿的設計理念，並指導實踐操作中的關鍵環節。 本書的核心目標在於，幫助讀者理解並掌握“精密”這一概念在機械設計中的深層含義。這不僅僅是指加工精度，更包含瞭對材料科學、動力學、材料力學、熱力學、流體力學以及現代控製理論等多個學科的深刻理解和融會貫通。精密機械的設計，是一門藝術，也是一門科學，它要求設計者不僅要有紮實的理論功底，更要具備敏銳的洞察力、嚴謹的邏輯思維以及強大的創新能力。本書正是圍繞這一核心，層層遞進，為讀者揭示精密機械設計的全貌。 第一部分：精密機械設計的基礎理論與方法論 開篇伊始，本書便著力於為讀者打下堅實的基礎。我們從精密機械設計的曆史演進齣發，追溯其在不同時代背景下的發展脈絡，理解其如何從最初的粗獷製造，逐步走嚮精益求精的今天。隨後，我們將深入探討精密機械設計的幾個核心要素： 高精度加工基礎： 精密機械的實現離不開高精度加工。本書將詳細闡述各種先進的加工技術，如超精密車削、磨削、研磨、電火花加工（EDM）、激光加工以及離子束加工等。我們不僅會介紹這些技術的原理和特點，更會結閤實際案例，分析不同工藝參數對加工精度的影響，以及如何選擇最適閤的加工方法來滿足設計要求。同時，本書還將探討超精密測量技術，如白光乾涉儀、原子力顯微鏡等，它們是保證和驗證精密加工成果的關鍵。 先進材料的應用： 材料是精密機械的骨骼與血肉。本書將係統介紹適用於精密機械設計的各類先進材料，包括高性能閤金（如鈦閤金、鎳基閤金）、陶瓷、復閤材料以及特種工程塑料。我們會分析這些材料的力學性能、熱學性能、耐磨性、抗腐蝕性以及加工特性，並提供如何根據具體工況選擇最優材料的指導。此外，本書還會探討納米材料和智能材料在精密機械領域的潛在應用，為讀者描繪未來的材料發展趨勢。 動力學與振動控製： 精密機械的穩定運行，必須剋服和控製各種動態乾擾。本書將深入剖析機械係統的動力學特性，包括質量、剛度、阻尼等參數對係統動態響應的影響。我們將詳細講解振動分析的基本原理、模態分析、頻率響應分析以及噪聲控製技術。特彆地，本書將聚焦於主動減振和被動減振技術，介紹各種先進的隔振器、阻尼器以及主動控製係統，幫助讀者設計齣在動態環境中也能保持高穩定性的精密機械。 熱應力與熱變形分析： 溫度變化是影響精密機械精度的重要因素。本書將詳細闡述熱力學基本原理，以及熱源、熱傳導、熱對流和熱輻射等因素如何引起材料的熱膨脹和收縮，進而導緻部件的變形。我們將介紹有限元分析（FEA）在熱應力與熱變形分析中的應用，並提供如何通過結構優化、材料選擇以及熱補償措施來減小熱誤差的實用方法。 第二部分：關鍵精密機械部件的設計與集成 在掌握瞭基礎理論後，本書將重點深入探討精密機械設計中常見的關鍵部件。這些部件的設計往往是整個係統的瓶頸所在，也是技術難點所在。 高精度傳動係統： 傳動係統是能量傳遞和運動轉換的核心。本書將詳細分析各種高精度傳動方式，如精密齒輪傳動（包括漸開綫齒輪、擺綫齒輪）、蝸杆蝸輪傳動、諧波傳動、行星齒輪傳動以及無級變速器（CVT）等。我們將探討齒輪精度等級、傳動誤差的産生機理與控製方法，以及滾動軸承、滑動軸承在精密傳動中的選型與應用。特彆地，本書將著重介紹直驅電機、磁力傳動等新型無接觸傳動技術，它們在高精度、低摩擦、長壽命方麵具有獨特優勢。 精密定位與測量係統： 精密定位是實現高精度操作和測量的基礎。本書將詳盡介紹各種精密定位裝置，如絲杠螺母機構、直綫導軌、氣浮導軌、磁懸浮導軌以及壓電陶瓷驅動器等。我們將分析不同定位係統的精度、剛度、運動平穩性以及響應速度，並探討如何通過閉環控製和誤差補償技術來實現亞微米甚至納米級的定位精度。同時，本書也將聚焦於各種精密測量傳感器，如激光乾涉儀、編碼器、電容式傳感器、光學尺等，以及它們在精密測量係統中的集成與應用。 精密夾持與裝配技術： 在微小尺寸和高精度要求下，夾持和裝配變得尤為復雜。本書將探討微夾持器、真空夾持器、靜電力夾持器等多種微觀尺度下的夾持技術。我們將深入研究精密裝配過程中可能齣現的乾涉、碰撞、磨損等問題，並介紹各種自動化裝配技術、機器人輔助裝配以及在綫誤差補償技術，以確保最終産品的精度和可靠性。 精密密封與潤滑技術： 密封與潤滑是保證精密機械穩定運行、延長使用壽命的關鍵。本書將介紹各種精密密封結構，如O型圈、唇形密封、迷宮密封以及特種密封材料。我們將分析不同密封形式在承受壓力、溫度、介質等條件下的適用性，並探討如何設計高效、長壽命的密封係統。在潤滑方麵，本書將詳細介紹各種潤滑油、潤滑脂的性能特點，以及薄膜潤滑、邊界潤滑等潤滑機理，並指導讀者如何根據具體應用場景選擇最閤適的潤滑方案。 第三部分：先進精密機械設計方法與前沿探索 在完成對基礎理論和關鍵部件的深入解析後，本書將進一步拓展讀者的視野，引導大傢探索更先進的設計方法和未來的發展方嚮。 微機電係統（MEMS）設計： 隨著科技的進步，微機電係統已成為精密機械領域的重要分支。本書將介紹MEMS器件的設計原理、製造工藝（如光刻、刻蝕、薄膜沉積等）以及典型應用，包括微傳感器、微執行器、微流控芯片等。我們將探討MEMS器件的設計挑戰，如錶麵效應、體積效應以及如何進行小型化和集成化設計。 智能製造與數字孿生： 現代精密機械設計與製造已與智能化浪潮緊密相連。本書將探討如何運用計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）、計算機輔助製造（CAM）以及産品生命周期管理（PLM）等數字化工具，實現設計、仿真、製造全過程的數字化。我們將重點介紹數字孿生（Digital Twin）技術，它通過在虛擬空間中構建物理實體的精確鏡像，實現對精密機械的實時監控、預測性維護和性能優化。 仿生學在精密機械設計中的應用： 自然界充滿瞭高效、精密的結構和機製，為精密機械設計提供瞭無限靈感。本書將介紹如何藉鑒生物體的形態、功能和運動原理，應用於精密機械的設計。例如，藉鑒昆蟲復眼的光學設計，模仿生物肌腱的彈性與韌性，設計更高效、更靈活的驅動與傳動係統。 可靠性與維護設計： 精密機械往往應用於關鍵領域，其可靠性至關重要。本書將深入探討可靠性設計的基本原理、失效模式與影響分析（FMEA）、故障樹分析（FTA）等方法。我們將指導讀者如何通過閤理的結構設計、材料選擇、工藝控製以及冗餘設計來提高精密機械的可靠性，並介紹預測性維護和狀態監測技術，以延長設備壽命，降低維護成本。 《精密機械設計》的價值與意義 《精密機械設計》一書，不僅是一本技術性的教科書，更是一本思想性的啓迪之作。它旨在培養讀者成為具備係統性思維、創新精神和解決復雜工程問題的能力的精密機械工程師。通過閱讀本書，讀者將能夠： 建立紮實的理論根基： 掌握精密機械設計所需的核心理論知識，理解不同學科之間的內在聯係。 掌握先進的設計方法： 學習和運用現代化的設計工具和技術，提高設計效率和精度。 提升創新與解決問題的能力： 激發創新思維，學會分析和解決精密機械設計中遇到的各種挑戰。 緊跟技術發展前沿： 瞭解精密機械領域最新的技術動態和發展趨勢。 促進産學研的深度融閤： 為科研人員、工程師以及相關專業的學生提供寶貴的參考資料，推動理論研究與實際應用的緊密結閤。 本書的語言力求嚴謹、清晰，同時避免瞭過於晦澀的技術術語，力求讓不同背景的讀者都能理解和受益。書中穿插瞭大量的圖錶、案例分析和實際操作建議，旨在幫助讀者將理論知識轉化為實際技能。 無論您是正在機械設計領域深耕的工程師，還是對精密製造充滿熱情的研究者，亦或是正在為未來職業生涯做準備的莘莘學子，《精密機械設計》都將是您不可或缺的得力助手。它將引領您走進精密機械的奇妙世界，點燃您對科學探索的激情，為您的職業生涯添磚加瓦，共同塑造一個更加精密、高效、智能的未來。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書的作者在案例選擇上非常有眼光。他並沒有選擇那些脫離實際的理論模型，而是從我們生活中常見但又至關重要的精密機械設備中提取案例進行分析。我印象最深的是關於顯微鏡物鏡設計的那一章。我一直覺得顯微鏡的光學係統非常神奇，一個小小的物鏡如何能夠放大數韆倍甚至數萬倍。書中就詳細地講解瞭物鏡的設計原理，包括鏡片組的構成、光學像差的校正、以及如何通過調整鏡片之間的間距來獲得清晰的圖像。 通過這個案例，我纔真正理解到，精密機械設計不僅僅是機械結構的堆疊，它更需要多學科的融閤，比如光學、材料學、甚至物理學。作者在講解過程中，並沒有迴避那些復雜的物理公式，但會用非常易懂的語言來解釋公式的意義和實際應用。我甚至覺得自己像是親身參與瞭顯微鏡物鏡的設計過程，這種沉浸式的學習體驗，是我在其他任何書籍中都未曾有過的。

評分☆☆☆☆☆

這本書我入手有一段時間瞭，說實話，一開始我是抱著一種試試看的心態來翻閱它的。畢竟“精密機械設計”這個題目聽起來就挺硬核的，我本身也不是科班齣身，隻是對機械製造有著濃厚的興趣，平時也喜歡搗鼓一些小玩意兒。所以，我原本預期這本書會是一本充斥著大量公式、圖錶和專業術語的“天書”，大概率會讓我在讀瞭兩頁之後就望而卻步。然而，當我真正沉浸其中時，我發現我的擔憂是多餘的。這本書的敘述方式非常獨特，它並沒有上來就堆砌那些晦澀難懂的理論，而是以一種循序漸進、由淺入深的方式，將那些復雜的概念一一展現在讀者麵前。作者仿佛把我當作一個初學者，耐心地引導我認識機械設計的全貌。 例如，在講述材料選擇的那一部分，我本來以為會看到各種閤金成分的詳細分析，以及不同材料在應力、溫度下的性能麯綫。但書中卻是通過幾個非常貼近實際的應用場景來展開的，比如在設計一個高精度軸承時，為什麼要選擇某種特定的鋼材，而不能用另一種。它會解釋這種選擇背後的原因，涉及到材料的硬度、耐磨性、抗疲勞性等等，並且會用一些生動形象的比喻來幫助理解，讓我一下子就抓住瞭核心要點，而不是被一堆枯燥的數據淹沒。這種“情景式”的學習方法，對於我這樣的非專業讀者來說，簡直是福音。我能清晰地感受到作者在編排內容時所付齣的心血，不僅僅是知識的堆砌，更是智慧的引導。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和插圖也是我非常欣賞的一點。很多機械設計類的書籍，往往因為插圖不夠清晰或者數量太少，導緻很多概念難以理解。但在這本書裏，每一處重要的結構、每一個關鍵的零件，都有非常精美的三維示意圖，甚至還有一些動態的GIF圖，能夠直觀地展示零件的運動過程和受力狀態。比如在講解軸承的潤滑方式時，書中不僅有不同類型軸承的剖視圖，還配有各種潤滑油的流動示意圖，讓我能夠清晰地看到潤滑油是如何在高速鏇轉中滲透到每一個角落，起到減摩和散熱的作用。 還有一些章節，比如關於精密傳動機構的設計，像是行星齒輪減速器或者諧波減速器，原本在我看來都是極其復雜的機械係統。但是通過書中細膩的插圖和條理清晰的文字描述，我居然能夠理解它們的工作原理，甚至能夠大緻估算齣它們的傳動比和精度。作者在插圖上花費的心思，真的是顯而易見的，這些圖不僅僅是示意圖，更是教學工具，它們讓原本抽象的理論變得觸手可及。我甚至會反復翻看那些插圖，從中汲取靈感。

評分☆☆☆☆☆

讀這本書的過程，就像是在跟隨一位經驗豐富的老工匠，一步步教你如何打磨齣一件精美的藝術品。它不僅僅是告訴你“怎麼做”，更重要的是告訴你“為什麼這麼做”。書中有很多關於公差分析和配閤的章節，我一直覺得這是機械設計中最讓人頭疼的部分之一，各種“H7/g6”、“js4”之類的符號，看起來就像天書。但這本書卻用非常直觀的方式，通過一些實際零件的裝配案例，比如一個精密滑動導軌的設計，詳細講解瞭不同配閤公差對運動精度、摩擦阻力、壽命等方麵的影響。它會通過一些圖示，清晰地展示瞭配閤公差對間隙或過盈量的影響，以及這些變化帶來的實際後果。 我印象最深的是有一段講到“基準”的概念，我之前一直覺得這個詞很抽象，不知道在實際設計中有什麼用。書中通過一個多軸聯動加工中心的底座設計案例，解釋瞭為什麼選擇一個特定的平麵作為基準麵，如何在這個基準麵上進行一係列的尺寸標注和公差控製，最終確保整個機床的加工精度。作者甚至還會深入到一些細節，比如不同刀具在加工過程中的微小誤差，以及如何通過閤理的公差鏈設計來纍積和補償這些誤差。我感覺自己不僅僅是在學習書本上的知識，更是在學習一種解決問題的思維方式，一種嚴謹細緻的設計哲學。

評分☆☆☆☆☆

讀這本書的時候，我常常會有一種“茅塞頓開”的感覺。很多之前睏擾我的技術難題，在這本書裏得到瞭清晰的解答。比如，關於振動和噪聲的控製，我一直覺得這是一個非常抽象的概念，很難把握。但書中通過分析一個高速鏇轉的電機産生的振動源，並詳細講解瞭如何通過優化轉子平衡、選擇閤適的軸承、以及增加阻尼材料等方法來降低振動和噪聲，讓我對這個領域有瞭全新的認識。 作者在講解這些看似復雜的問題時，總是能夠化繁為簡，將深奧的理論用通俗易懂的語言錶達齣來。我甚至覺得，與其說這是一本技術書籍，不如說它是一本能夠激發你學習興趣的書。它讓你不再害怕那些晦澀難懂的專業術語，而是讓你主動去探索和理解它們背後的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

我原本以為這本書會更偏嚮於理論推導，但齣乎意料的是，它在實踐性和可操作性方麵做得非常齣色。書中有很多關於加工工藝和裝配技巧的內容，讓我感覺像是拿到瞭一本“實操手冊”。比如在講解齒輪加工時，它不僅僅是介紹瞭不同類型的齒輪以及它們的傳動特性，還會詳細介紹滾齒、插齒、磨齒等加工方法的原理、優缺點以及在實際生産中的注意事項。 更讓我驚喜的是，書中還涉及到瞭很多關於錶麵處理和熱處理的內容，比如滲碳、淬火、迴火等工藝對零件性能的影響，以及如何選擇閤適的工藝來滿足設計要求。這些細節內容，對於我這樣對機械製造有實際操作經驗的人來說，簡直是如獲至寶。它讓我能夠更深入地理解，為什麼同樣設計的零件，在不同的製造條件下，最終的性能會有如此大的差異。

評分☆☆☆☆☆

這本書讓我對“精密”二字有瞭更深刻的理解。在我以往的認知中，“精密”可能就意味著“精度高”、“尺寸小”。但在這本書裏，我看到瞭“精密”背後蘊含的更深層次的含義，它不僅僅是數值上的精確，更是對每一個環節、每一個細節的極緻追求。書中有很多關於測量技術和錶麵處理的內容，我原本以為這部分會比較枯燥，但作者卻把它講得非常有趣。比如在講到錶麵粗糙度時，它會用非常形象的比喻來形容不同粗糙度對零件性能的影響，比如將粗糙的錶麵比作山巒起伏的地形，而光滑的錶麵則像是平靜的湖麵。 讓我感到驚喜的是，書中還介紹瞭一些前沿的精密製造技術，比如微納加工、3D打印在精密零件製造中的應用，以及相關的檢測方法。這些內容讓我看到瞭精密機械設計的未來發展方嚮，也拓寬瞭我的視野。我原以為這本書會止步於傳統的機械設計理論，但它卻緊跟時代步伐，讓我感受到瞭科技的魅力。它並沒有將這些前沿技術包裝得高不可攀，而是以一種易於理解的方式進行介紹，讓我對未來的機械製造充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我受益匪淺的一點，是它教會瞭我如何去“思考”設計。作者在書中反復強調，設計是一個不斷權衡和優化的過程。在講解一個復雜機構的設計思路時，他會列舉齣幾種不同的方案，並分析每種方案的優缺點，比如在成本、性能、可靠性、製造難度等方麵的考量。然後，他會引導讀者思考，在特定的應用場景下，哪種方案是最閤適的。這種“對比分析”和“權衡取捨”的方法，讓我學會瞭跳齣單一的解決方案，從更廣闊的視角去看待問題。 比如在設計一個高精度定位平颱時，書中會探討使用滾珠絲杠、直綫電機或者液壓伺服係統各自的優勢和劣勢。它會分析不同驅動方式在響應速度、定位精度、負載能力、能量損耗等方麵的差異，並給齣具體的選擇建議。這種深入的分析，讓我明白，所謂的“最優解”並不是絕對的，而是相對於特定的設計目標和約束條件而言的。這種思維方式，對於我今後在工作中遇到類似的設計問題，具有非常重要的指導意義。

評分☆☆☆☆☆

這本書還有一個非常獨特的優點，那就是它能夠將不同領域的精密機械設計知識融會貫通。我原以為它會專注於某個特定的機械領域，比如航空航天或者醫療器械。但實際上，它涵蓋瞭非常廣泛的應用場景，從微型傳感器到大型工程機械，從機器人手臂到精密測量儀器，都有涉及。通過對比不同領域的精密設計方法和技術，我能夠看到不同領域之間的共通之處，以及它們各自的獨特性。 比如，在講解機器人關節的設計時，書中會詳細分析如何實現高精度、高剛性和低背隙的傳動，這其中涉及到齒輪傳動、諧波減速器、甚至一些特殊的液壓伺服技術。而當它轉到醫療器械領域時，又會強調材料的生物相容性、無菌處理以及超高的可靠性。這種跨領域的知識整閤，讓我受益匪淺，也讓我能夠從更宏觀的視角來理解精密機械設計的整體框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書的價值，並不僅僅在於它提供的技術信息，更在於它傳遞的一種嚴謹、細緻、精益求精的設計精神。作者在書中處處體現齣對細節的關注，對質量的執著。我尤其欣賞書中關於“失效分析”的那部分內容。它不僅僅是告訴你如何設計齣優秀的零件，更重要的是，它教會你如何去預見和避免潛在的設計缺陷，如何在發生問題時，能夠係統地分析原因並找到解決方案。 通過分析一些典型的零件失效案例，比如疲勞斷裂、磨損失效、或者過載損壞，書中詳細講解瞭導緻這些失效的根本原因，以及在設計階段應該如何進行規避。這種“防患於未然”的思維方式，對於任何一個從事工程設計的人來說，都至關重要。它讓我明白，一個成功的精密機械設計，不僅僅在於它的高性能，更在於它的高可靠性和長壽命。這本書，無疑是我在機械設計領域的一次寶貴財富。