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本书是在遵循课程教学改革“高阶性、创新性、挑战度”的要求，考虑加强学生综合设计能力培养，倡导“理实一体、知行合一”的教学理念基础上编写的。全书分为上下两篇，第1篇主要介绍常用基础知识和设计技术，包括8章内容，涵盖从机构和结构的设计分析技术、机械制造工艺规程到电气控制系统设计的复杂机电系统设计全过程中涉及的相关知识，从设计的角度对专业基础课程和专业课程的相关知识点进行总结和联系，并引入产品全生命周期设计、创新设计方法、有限元分析和优化设计、增材制造等新知识和新技术；第2篇以小型冲床、四足行走机器人和模块化工业机器人3个典型的设计案例，具体分析原理方案设计、结构设计与分析、工艺和控制系统设计的要点，引导学生在设计实践中应用知识和创新知识，举一反三，提高综合设计能力。本书可作为高等学校机械类专业的教材，也可供相关专业的师生和工程技术人员参考。

第1篇常用基础知识和设计技术第1章概述21.1复杂机电系统的含义21.2机械的分类41.3机械工程的发展史51.3.1古代机械阶段51.3.2近代机械阶段61.3.3现代机械阶段8第2章设计的内涵102.1设计的意义和必要性102.1.1机械工程师应具有的素质102.1.2机械产品的全生命周期112.2问题的提出和产品规划122.2.1用途描述122.2.2限制条件122.3设计的流程132.3.1设计计划132.3.2草案图绘制142.3.3计划图绘制152.3.4零件图、装配图、电气控制图绘制162.3.5制造、装配、调试阶段162.3.6检查、试车阶段162.3.7设计的后期工作162.4设计的思考过程172.4.1一般的思考过程172.4.2创造性的思考方法182.5设计技术23第3章机构分析与方案设计263.1机构选型263.1.1执行构件运动的常用机构263.1.2机构选型的运动特性分析313.1.3机构选型的基本原则333.2机械系统方案设计343.2.1运动方案设计343.2.2运动方案确定373.2.3执行系统协调设计（运动循环图设计）393.2.4原动机选择463.2.5系统方案评价与决策473.3机构运动分析与力分析493.3.1机构运动分析493.3.2机构力分析50第4章机械零件结构设计514.1典型工艺零件结构设计514.1.1金属切削件结构设计514.1.2铸件结构设计544.1.3焊接件结构设计574.1.43D打印件结构设计594.2典型功能零部件结构设计614.2.1动连接件结构设计614.2.2静连接件结构设计684.2.3其他典型零件结构设计754.3零件精度设计794.3.1孔、轴公差与配合794.3.2滚动轴承的公差与配合814.3.3键和花键的公差834.3.4圆柱齿轮的公差86第5章机械结构力学性能分析905.1有限元基本概念905.2有限元分析模型与求解基本流程915.2.1有限元分析建模准备915.2.2有限元模型建立与求解945.2.3有限元模型结果分析975.2.4常用软件985.3机械结构静特性分析995.3.1结构分析和简化995.3.2受力分析1015.3.3机床主轴箱的静特性分析1035.4机械结构动力学分析1065.4.1基本概念1065.4.2结构在载荷作用下的动特性计算1075.4.3机床主轴箱模态分析109第6章机械结构优化设计1106.1机械结构优化的设计准则1106.1.1优化数学模型1106.1.2机械结构的轻量化设计1116.2机械结构优化设计的流程1126.2.1一般设计流程1126.2.2结构优化设计技术分类和特点1146.3结构构型优化设计1156.3.1基于变密度法的结构构型设计1176.3.2基于仿生原理的结构加强筋分布设计1186.4结构形状优化设计1206.4.1形状优化的数学模型1216.4.2形状优化的设计过程1216.5结构尺寸优化设计1236.6多学科综合优化设计的基本概念124第7章机械制造工艺规程设计1277.1工艺规程设计的前期准备1277.1.1基本要求1277.1.2原始资料1277.1.3内容与步骤1277.2毛坯的设计与制造1287.2.1毛坯的选择1287.2.2等材制造1297.2.3增材制造1347.3机械加工工艺规程设计1367.3.1拟定零件的机械加工工艺路线1367.3.2确定各工序采用的设备1377.3.3切削用量的选择及相关计算1387.3.4机械加工工艺文件设计1407.4典型零件机械加工工艺规程设计实例1427.4.1主轴类零件的机械加工工艺规程1427.4.2箱体类零件的机械加工工艺规程1507.4.3齿轮类零件的机械加工工艺规程1527.4.4连杆类零件的机械加工工艺规程154第8章电气控制系统设计1618.1电气控制系统设计的原则和内容1618.1.1设计的基本原则1618.1.2设计的内容1618.1.3设计的基本流程1628.2电气控制电路的设计1638.2.1电气传动方案的选择1638.2.2常用低压电器1648.2.3基本控制电路1668.2.4继电器-接触器控制系统设计的基本方法1728.3现代电气控制电路的设计1748.3.1单片机控制系统1748.3.2可编程序控制器PLC1778.3.3接口电路的选择1798.4现代伺服驱动系统设计1798.4.1驱动器和驱动系统1798.4.2常用传感器1808.4.3工业PC控制系统1818.4.4伺服系统控制设计181第2篇典型设计案例第9章小型冲床设计1849.1设计内容1849.1.1原理方案设计要求1849.1.2结构设计要求1859.1.3工艺设计要求1859.1.4控制设计要求1869.2原理方案设计1869.2.1原理方案选择1869.2.2冲压机构的原理方案1879.2.3机构的传动方案分析1899.3结构设计及优化1909.3.1结构设计1909.3.2曲轴强度分析1929.3.3曲轴尺寸优化1939.4工艺方案设计1979.4.1曲轴的主要技术要求1979.4.2曲轴的材料与毛坯1989.4.3曲轴的机械加工工艺1989.5控制方案设计2009.5.1冲床实现的主要功能2009.5.2冲床电气元件的选择2009.5.3电气控制原理图200第10章四足行走机器人设计20210.1设计内容20210.1.1原理方案设计要求20210.1.2结构设计要求20310.1.3工艺设计要求20310.1.4控制设计要求20410.2原理方案设计20410.2.1原理方案选择20410.2.2行走机构的原理方案20510.2.3原动机的选择20710.3结构模块设计20810.3.1结构方案设计20810.3.2回转副设计与校核21010.3.3主轴设计与校核21210.3.4总装图21310.4工艺方案设计21310.4.1轴承座的主要技术要求21310.4.2轴承座的材料与毛坯21310.4.3小端轴承座的机械加工工艺21710.5控制方案设计21710.5.1电气控制总体方案确定21710.5.2电气元件表21810.5.3电气原理图220第11章模块化工业机器人设计22111.1设计内容22111.1.1原理方案设计要求22111.1.2电气控制设计要求22111.2原理方案设计22211.2.1机构运动简图22211.2.2Delta机器人运动分析22311.3控制方案设计22411.3.1电气元件的选择22511.3.2运动控制器功能与连线22711.3.3电气原理图230参考文献234

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编辑推荐

常用基础知识和设计技术与典型设计案例结合，理论与实践结合。

前言

航天器、高速列车、数控机床、工业机器人等都是典型的复杂机电系统，其特征是在机械载体上集成了机、电、液、光等多物理过程和多单元技术，是现代机械装备的发展方向。复杂机电系统的设计不仅涉及机械设计、制造及控制等学科知识，还涉及计算机技术、信息技术等多学科交叉领域。对于机械类本科高年级学生而言，以复杂机电系统为对象，通过综合应用机构分析与设计、结构设计与优化、制造工艺规程及电气控制系统设计等相关知识，并基于典型案例的设计实践，不仅可引导他们应用和拓展专业基础和专业课程的知识，还能激发他们的创新思维，从而提高其深度分析和解决机械领域复杂工程问题的能力。本书正是基于这个目的，在编者多年的机械专业体验课程“复杂机电系统综合设计”的教学实践基础上编写而成。不同于一般的针对某一知识领域的专业课程教材，本书的特点体现在以下几个方面。① 强调知识应用的逻辑关系。以设计为主线，从产品的全生命周期出发，从设计问题的提出到终产品的制造，明晰力学、材料、机构和结构、制造工艺和测试控制等相关知识点在复杂机电系统设计中的逻辑关系，这种逻辑关系不仅体现在知识系统的连贯性上，也体现在实际的案例设计实践中。② 强调知识的应用场景。本书分为两篇：第1篇是常用基础知识和设计技术，第2篇是典型设计案例。在第1篇中涉及的相关知识描述上突出成果导向的教学理念，密切结合工程实际，强调知识点如何应用；第2篇以小型冲床、四足行走机器人和模块化工业机器人为例，在实际场景中引导学生对相关的知识进行综合应用和创新。③ 融合前沿知识和技术。随着计算机技术、信息技术以及增材制造技术的发展，设计技术也发生了深刻变革。本书紧跟机械科技前沿，融合了创造性思维方法、机械结构优化、设计建模、静动态性能分析、增材制造等前沿知识和技术，并结合机械及机械设计的发展史，使学生不仅能初步应用相关的前沿知识和技术，而且能体会机械科学领域的纵深感。本书可用于机械专业综合课程的教学，教学中可采用基于案例的问题导向和实践为主的教学方法，引导学生以学习团队的形式完成案例设计内容。本书由上海理工大学丁晓红担任主编并统稿，上海理工大学熊敏、倪卫华担任副主编，上海理工大学李天箭、冯春花参编。具体编写分工：第1、2、6章由丁晓红编写，第3、5章由李天箭编写，第4章由熊敏编写，第7章由倪卫华编写，第8章由冯春花编写，第9、10、11章由李天箭、熊敏、倪卫华、冯春花联合编写。在编写过程中，受到北京启创远景科技有限公司、贝尔教育科技（大连）有限公司的大力支持，并参考了国内外的著作，在此对这些支持单位和著作的作者表示感谢！本书承蒙上海理工大学王师镭、陈彩凤、白国振和苏州大学应用技术学院李国杰等老师的精心审阅，在此表示衷心感谢！ 由于编者水平有限，书中难免有不足之处，敬请读者和专家批评指正。编者

书籍介绍

本书是在遵循课程教学改革“高阶性、创新性、挑战度”的要求，考虑加强学生综合设计能力培养，倡导“理实一体、知行合一”的教学理念基础上编写的。全书分为上下两篇，第1篇主要介绍常用基础知识和设计技术，包括8章内容，涵盖从机构和结构的设计分析技术、机械制造工艺规程到电气控制系统设计的复杂机电系统设计全过程中涉及的相关知识，从设计的角度对专业基础课程和专业课程的相关知识点进行总结和联系，并引入产品全生命周期设计、创新设计方法、有限元分析和优化设计、增材制造等新知识和新技术；第2篇以小型冲床、四足行走机器人和模块化工业机器人3个典型的设计案例，具体分析原理方案设计、结构设计与分析、工艺和控制系统设计的要点，引导学生在设计实践中应用知识和创新知识，举一反三，提高综合设计能力。 本书可作为高等学校机械类专业的教材，也可供相关专业的师生和工程技术人员参考。