機構學（四版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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本書基礎理論敘述清楚，內容以圖解為主，解析為輔，並附有例題說明以及應用實例介紹，使初學者容易進入機構學的世界。

　　本書全新編撰，除瞭強化簡明嚮量課程，讓讀者更為易懂易讀之外。全新安排的第 3 章位置分析單元，使連桿機構的分析由位置、速度到加速度分析變的更為完整。另外更新編排順序後的第 9 章摩擦及撓性傳動機構及第 10 章齒輪，使輪係的介紹更有條理，是此迴新版的重點特色。

　　每一章均附有內容提要、學習指導及章後之本章重點整理，方便讀者瞭解章節重點及內容。

 

機構學（四版）圖書簡介 第一章 緒論：機構學的基本概念與發展脈絡 本章首先對“機構學”這一學科進行全麵的界定與梳理。機構學，作為機械工程領域的核心基礎理論之一，其研究的根本在於揭示和分析各種機械係統中運動鏈的結構、運動規律及其功能實現機製。我們深入探討瞭機構學的研究範疇，明確瞭其在現代工程設計、運動控製與動力學分析中的基石地位。本章追溯瞭機構學自早期機械原理萌芽至十八世紀工業革命，再到二十世紀的自動化、機器人技術驅動下的現代發展的曆史軌跡。重點分析瞭不同曆史階段下，機構學理論體係的演進，例如從平麵機構運動分析到空間復雜機構動力學研究的飛躍。 內容涵蓋瞭對機構基本組成單元——構件、運動副的精確定義與分類。運動副是構成機構的連接基礎，本章詳細闡述瞭各種高副與低副的幾何特徵、約束性質及其在實際應用中的優缺點。同時，引入瞭機構學的基本研究對象——機構的運動鏈結構，包括開式鏈與閉式鏈的拓撲結構特徵，以及如何通過對這些基本單元的組閤與拆分來理解復雜機械的功能。 本章特彆強調瞭機構學與相關學科如機械設計、控製理論、人機工程學之間的交叉與聯係，為後續章節的學習奠定堅實的理論和曆史背景基礎。 第二章 平麵機構的運動分析與自由度計算 本章是機構學分析的基礎核心。我們聚焦於二維平麵運動的機構係統，係統闡述瞭如何量化地描述和分析機構的運動能力。 2.1 自由度計算的理論與方法： 詳細介紹瞭Kutzbach經驗公式在平麵機構自由度計算中的應用及其適用條件與局限性。隨後，深入講解瞭更具普適性的迴路法（Circuit Method），通過對機構中運動迴路的拓撲分析，精確確定係統的瞬時自由度。對於具有復閤運動副、移動副以及柔性連接的復雜機構，本節提供瞭具體的校正步驟和案例分析。 2.2 運動學分析： 闡述瞭平麵機構運動分析的兩大主要方法——圖解法（Graphical Method）和解析法（Analytical Method）。圖解法部分，重點解析瞭瞬心法在確定瞬時速度和角速度中的幾何意義和操作步驟，並討論瞭其在高速運動分析中的精確度限製。解析法部分，則引入瞭位置轉換矩陣和矢量封閉方程的概念，為實現計算機輔助機構設計（CAD/CAE）奠定數學基礎。 2.3 速度與加速度分析： 詳細推導瞭平麵連杆機構中各點的速度投影關係與加速度傳遞關係。對於麯柄搖杆機構、雙麯柄機構等典型四連杆機構，本節提供瞭詳盡的速度聚點圖和加速度包絡圖的繪製方法，揭示瞭機構在不同工作行程中的運動特性突變點。 第三章 機構的平麵運動綜閤與設計 機構設計是機構學的目標導嚮部分。本章從實現特定功能需求齣發，探討機構的構建過程。 3.1 運動要求與機構類型選擇： 明確瞭機構綜閤的輸入——即所需實現的運動軌跡、速度麯綫或力傳遞關係。在此基礎上，係統地介紹瞭各種典型功能機構的選擇原則，例如往復運動機構（麯柄搖杆、凸輪機構）、迴轉與直綫轉換機構（齒輪係、凸輪機構）以及特殊運動機構（如剪式升降機構）。 3.2 機構的運動綜閤方法： 重點講解瞭點格法（Point Congruence Method）和綫格法（Line Congruence Method）在機構綜閤中的應用。這兩種方法是實現函數發生器設計的基礎，通過在特定位置的約束點或綫集閤，反推齣滿足條件的運動副和連杆長度。 3.3 凸輪機構的設計與優化： 凸輪機構是實現復雜間歇或非均勻運動的理想選擇。本章深入分析瞭凸輪廓綫的生成原理，詳細比較瞭遵循特定運動規律（如簡諧運動、等加速運動、改進的正弦麯綫）的凸輪輪廓的動力學特性差異。重點討論瞭凸輪機構的壓力角控製、滾子運動的平穩性要求以及導嚮槽的設計。 第四章 空間機構與多自由度係統的分析 隨著工程復雜度的提升，空間機構的應用日益廣泛。本章將理論拓展至三維空間。 4.1 空間運動副與運動鏈： 詳細分類和描述瞭空間機構中的六種基本運動副（球副、萬嚮鉸鏈、圓柱副、圓錐副、球麵鉸鏈、移動副），並明確瞭每種副所提供的約束自由度。引入瞭空間機構的自由度計算方法，相較於平麵機構，空間機構的自由度計算需要更精細的約束分析，本章重點介紹Bruhat-Floyd準則在復雜空間閉式鏈中的應用。 4.2 空間機構的位置與運動學分析： 針對三維運動，本章引入瞭四元數（Quaternions）和鏇轉嚮量（Rotation Vectors）作為描述空間姿態和鏇轉的數學工具。通過改進的D-H（Denavit-Hartenberg）參數法，係統地建立瞭空間機器人臂或復雜空間機構的運動學正解和逆解的解析模型，這是機器人學分析的基石。 4.3 多迴路與約束分析： 對於包含多個獨立迴路的復雜空間機構（如Stewart平颱），本章探討瞭如何處理冗餘約束或欠約束問題，以及如何利用閉環方程組的解來確定係統的所有可能位置構型。 第五章 機構的動力學基礎與機械振動 機構的實際運行不僅依賴於幾何結構，更取決於其動態性能。本章從能量和力學的角度深入分析機構的動態行為。 5.1 機構的靜力學與虛擬功原理： 闡述瞭如何應用虛功原理來分析機構在靜止或勻速運動狀態下的平衡條件，計算驅動力或反力。這為確定機構所需的驅動扭矩提供瞭理論依據。 5.2 機構的拉格朗日動力學： 這是分析復雜機構動力學性能的核心工具。本章詳細推導瞭機構的動能（$T$）和勢能（$V$）的錶達式，並應用拉格朗日方程，直接導齣描述機構運動的微分方程組。對於包含彈簧和阻尼元件的係統，本節也納入瞭廣義力的概念。 5.3 機構的振動分析與控製： 分析瞭機構在高速運行中産生的周期性受迫振動問題。通過將機構離散化為集總參數模型，計算機構的固有頻率和振型。討論瞭如何通過優化連杆質量分布、引入平衡塊或使用柔順機構來抑製機械振動，提高設備的運行精度和壽命。 第六章 現代機構學的新進展與前沿應用 本章展望瞭機構學理論在現代高科技領域的應用與發展趨勢。 6.1 並聯機構與模塊化設計： 深入研究瞭並聯機構（如Stewart平颱、Delta機器人）的結構特點、運動學解的特點（正解與逆解的難度差異）及其在高精度運動平颱中的優勢。討論瞭模塊化機構設計（Modular Robotics）的理念，如何通過標準化單元快速構建定製化係統。 6.2 柔順機構（Compliant Mechanisms）： 討論瞭柔順機構的概念，即利用材料的彈性變形來實現運動和力的傳遞。相比於傳統剛性機構，柔順機構具有無摩擦、高集成度和高精度定位的潛力。重點分析瞭柔順鉸鏈的設計（如薄壁鉸鏈）及其在微機電係統（MEMS）中的應用。 6.3 仿生機構與智能材料的應用： 探討瞭從自然界生物結構中汲取靈感設計的仿生機構（如仿生足、仿生臂）的結構原理。同時，介紹瞭形狀記憶閤金（SMA）和電活性聚閤物（EAP）等智能材料在驅動和控製機構中的新興應用，預示著未來自適應機械係統的發展方嚮。

Chapter 1　基本概念
Chapter 2　機械之運動
Chapter 3　位置分析
Chapter 4　速度分析
Chapter 5　加速度分析
Chapter 6　連桿機構
Chapter 7　機構閤成的圖解法
Chapter 8　凸輪機構
Chapter 9　摩擦及撓性傳動機構
Chapter 10　齒　輪
Chapter 11　輪　係
Chapter 12　螺鏇及其他運動機構

中英文索引

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不得不提，《機構學（四版）》在材料和製造方麵的跨領域結閤做得相當齣色，這使得理論學習與實際應用之間的鴻溝被大大縮短。以前讀機構學，總覺得它更偏嚮於理論和計算，但這本書卻非常注重實際製造過程對機構性能的影響。例如，在討論軸承選擇時，書中並沒有停留在僅僅列齣幾種常用軸承的規格，而是詳細分析瞭不同軸承材料的特性、製造精度對摩擦係數和壽命的影響，以及在不同工作環境下（如高溫、腐蝕性介質）的選擇策略。我印象最深的是關於“錶麵處理”的章節，作者強調瞭諸如硬質氧化、鍍鉻等錶麵處理技術如何影響摩擦、耐磨性和抗腐蝕性，並結閤實際機構的受力情況，給齣瞭相應的錶麵處理建議。這對於我平時在設計中如何選擇閤適的錶麵處理工藝，避免一些潛在的失效問題，提供瞭非常實用的指導。書中還穿插瞭大量的“工藝限製”的討論，比如在設計凸輪機構時，會考慮到凸輪輪廓加工的精度以及刀具的半徑限製，這些都直接影響到機構的運動平穩性和精度。而且，書中還專門闢齣瞭章節來討論“公差分析”的重要性，以及如何通過選擇閤適的配閤公差來保證機構的正常工作，這對於提高機械産品的可靠性至關重要。這本書讓我明白，機械設計的不僅僅是畫圖和算公式，更是要考慮到現實的製造能力和成本，以及材料的內在屬性。

评分☆☆☆☆☆

《機構學（四版）》這本書的“創新設計”理念，真的讓我耳目一新，它鼓勵讀者跳齣固有的思維模式，去探索更具潛力的機械解決方案。書中並沒有止步於講解已有的經典機構，而是引導讀者思考如何將不同的機構原理進行組閤，或者如何藉鑒自然界的仿生學原理，來創造新的機械裝置。例如，在討論仿生學時，書中會分析昆蟲的運動方式、鳥類的飛行機製，並探討如何將其原理應用到機械設計中，從而創造齣更輕巧、更靈活、更節能的機構。我特彆喜歡書中關於“解耦設計”的討論，作者解釋瞭如何將復雜的機械係統分解成相對獨立的模塊，並通過優化每個模塊的設計，來整體提升係統的性能。書中還介紹瞭一些“模塊化設計”的思路，即通過標準化和通用化的設計，使得機構的各個部件可以方便地進行更換和升級，從而延長産品的使用壽命，並降低維護成本。此外，書中還探討瞭一些“負反饋”和“正反饋”在機械係統中的應用，以及如何利用這些機製來實現更精確的控製和更穩定的運行。這本書讓我覺得，機械設計是一個充滿創造力的過程，鼓勵我們不斷嘗試新的想法，並勇於挑戰現有的技術極限。它不僅僅是一本技術手冊，更是一本激發創新思維的指南。

评分☆☆☆☆☆

《機構學（四版）》這本書在“可靠性”和“壽命預測”方麵的分析，讓我從一個全新的角度看待機械設計。以前總覺得機械産品壞瞭就修，但這本書卻讓我意識到，從設計之初就應該充分考慮其長期運行的可靠性。書中詳細介紹瞭導緻機械故障的常見原因，比如疲勞斷裂、磨損、腐蝕等，並且針對每一種原因，都給齣瞭相應的預防和緩解措施。在“疲勞分析”部分，書中並沒有過於深入地講解復雜的有限元分析，而是通過一些經典的S-N麯綫和應力集中理論，幫助讀者理解在循環載荷作用下，材料的壽命是如何被縮短的。我特彆喜歡書中關於“可靠性指標”的介紹，比如MTBF（平均無故障時間）和失效率麯綫，這些量化的指標讓我能夠更科學地評估一個機構的設計是否滿足使用要求。書中還討論瞭“故障模式與影響分析”（FMEA）的方法，雖然隻是一個初步的介紹，但讓我明白瞭在設計過程中，提前識彆潛在的故障模式並采取措施的重要性。此外，書中還涉及瞭一些關於“剩餘壽命預測”的簡單方法，例如基於監測數據和材料衰減模型，來估計一個機構還能安全運行多久。這對於設備維護和管理，以及延長設備使用壽命，都具有非常重要的實際意義。這本書讓我意識到，一個優秀的機械設計，不僅僅是要滿足功能需求，更要確保其在長時間的使用過程中，能夠穩定可靠地運行。

评分☆☆☆☆☆

這本《機構學（四版）》在“人機工程”方麵的思考，讓我覺得這本書不僅僅是寫給工程師看的，也應該引起設計師和用戶的廣泛關注。以往讀機構學，大多關注的是純粹的機械性能，但這本書卻引入瞭“人性化”的考量。例如，在設計操作手柄或控製界麵時，書中會考慮人手的握持舒適度、操作的便捷性以及誤操作的可能性，並且會給齣一些設計上的建議，例如手柄的形狀、錶麵的材質以及按鈕的布局。我印象深刻的是書中關於“人機交互”的章節，它討論瞭如何通過閤理的機械設計，來降低操作者的勞動強度，提高工作效率，甚至避免因長時間操作而産生的職業病。例如，在設計一些需要重復性操作的機械裝置時，書中會建議采用一些減輕衝擊力、優化運動軌跡的設計，來減少對操作者的身體負擔。此外，書中還涉及到一些關於“安全防護”的討論，例如如何設計防護罩、限位開關，以及緊急停止按鈕，來確保操作者的安全。這讓我明白，機械設計不僅僅是為瞭實現某種功能，更是要與人協同工作，並把人的安全和舒適放在重要的位置。這本書讓我覺得，一個真正優秀的機械設計，應該是能夠與使用者和諧共存的。

评分☆☆☆☆☆

這本《機構學（四版）》真的讓我大開眼界，完全超齣瞭我對這門學科的預期。從目錄的編排就能看齣作者的用心良苦，每一章都像是一個精心搭建的積木，層層遞進，邏輯嚴謹。我特彆喜歡第一部分關於基本概念和運動學原理的闡述，作者沒有直接拋齣復雜的公式，而是用非常直觀的比喻和圖示來講解，比如把連杆機構比作人體關節的運動，把速度分析比作賽車過彎的軌跡，這些都讓原本枯燥的理論變得生動有趣。尤其是關於約束和自由度的講解，以前總覺得這部分很難理解，但書中通過大量實際的機械零件分解圖，清晰地展示瞭不同約束形式對機構運動的影響，我一下子就豁然開朗瞭。書中的案例分析也十分豐富，從簡單的四杆機構到復雜的齒輪傳動係統，每一個案例都詳細剖析瞭其結構組成、運動特點以及設計思路，並且還給齣瞭相應的計算過程和結果驗證。我嘗試著按照書中的方法，對著身邊的簡單機械做瞭一些分析，發現竟然真的能夠觸類旁通，這給我帶來瞭極大的成就感。此外，書中在介紹瞬心法、速度多邊形法等運動學分析工具時，也結閤瞭大量的實例，讓我能夠更深刻地理解這些方法的應用場景和計算技巧。即使是對我這樣初次接觸機構學的人來說，也能感受到作者在內容組織上的循序漸進，從宏觀到微觀，從原理到應用，都做得非常到位。真的強烈推薦給所有對機械設計、自動化等領域感興趣的朋友們，這本書絕對是一本不可多得的入門和進階的寶典。

评分☆☆☆☆☆

這本《機構學（四版）》對於機構的“效率”和“優化”的闡述，簡直是點睛之筆。我一直對如何讓機械裝置更省力、更快速、更可靠而感到好奇，而這本書則給齣瞭係統性的答案。在“效率”的部分，書中不僅僅是簡單地介紹瞭效率的計算公式，而是深入分析瞭造成效率損失的各種因素，例如摩擦損失、間隙損失、慣性損失等，並且針對每一種損失，都給齣瞭具體的減少措施。比如，在討論摩擦損失時，書中詳細介紹瞭潤滑的重要性，不同種類潤滑劑的選擇，以及如何通過優化接觸麵的幾何形狀來減小摩擦。我還特彆喜歡書中關於“能量迴收”的討論，雖然這個概念在一些高級機械設計中纔比較常見，但作者用淺顯易懂的語言解釋瞭如何通過一些簡單的機械裝置，例如飛輪，來儲存和釋放能量，從而提高整體的能量利用效率。在“優化”方麵，書中介紹瞭一些常用的優化方法，比如參數優化和結構優化。它並沒有要求讀者掌握復雜的數學優化算法，而是通過一些經典的機械設計案例，展示瞭如何通過調整機構參數（如連杆長度、麯柄半徑）來達到最優的性能指標，例如最小的功耗或者最大的輸齣扭矩。書中還引入瞭一些“啓發式算法”的概念，雖然隻是初步介紹，但讓我瞭解瞭在復雜情況下，如何利用計算機輔助進行設計優化，這對我非常有啓發。這本書真的讓我認識到，機械設計是一個不斷追求“更好”的過程，而不僅僅是“能用”。

评分☆☆☆☆☆

《機構學（四版）》這本書，在“仿真技術”的介紹上，雖然沒有達到專業軟件的深度，但其對理論基礎的闡述，足以讓我這個初學者茅塞頓開。過去對於機構的仿真，總覺得是工程師們用電腦“點幾下”就能齣來的結果，這本書卻揭示瞭其背後的嚴謹科學。作者從離散化和數值積分的原理講起，逐步解釋瞭如何將連續的機構運動轉化為計算機可以處理的模型，以及常用的數值方法，如歐拉法、龍格-庫塔法等。我特彆喜歡書中關於“模型建立”的講解，它不僅僅是告訴你輸入參數，而是詳細解釋瞭如何根據實際的機構結構，提取關鍵的運動副、質量分布、阻尼係數等信息，並將其轉化為數學方程。書中還通過一些簡單的二維機構仿真案例，演示瞭不同仿真參數對結果精度的影響，以及如何選擇閤適的參數來獲得更準確的模擬。對於一些復雜的非綫性動力學問題，書中也介紹瞭如何利用更高級的仿真軟件（如MATLAB/Simulink、ADAMS等），並提供瞭初步的學習路徑。這讓我意識到，仿真不僅僅是驗證設計，更是一種探索和優化的強大工具。通過仿真，我們可以預見機構在各種極端工況下的錶現，提前發現潛在的問題，並進行針對性的改進，從而大大縮短瞭研發周期，降低瞭開發成本。這本書為我打開瞭通往“虛擬原型”世界的大門。

评分☆☆☆☆☆

這本《機構學（四版）》在“綠色設計”和“可持續發展”理念的融入，讓我看到瞭機械工程的未來方嚮。以前讀機構學，更多關注的是機械的性能和效率，但這本書卻引入瞭更廣闊的視角。書中在討論機構的能量消耗時，不僅僅是計算效率，還會進一步分析其對環境的影響，並提齣瞭一些“節能減排”的設計思路。例如，在設計齒輪傳動時，除瞭考慮傳動比和承載能力，還會討論如何通過優化齒形、減少潤滑油的使用量，以及采用更輕質的材料，來降低能量損耗和減少環境汙染。我印象深刻的是書中關於“可再生能源機械係統”的章節，雖然隻是初步介紹，但讓我瞭解瞭如何將機構學原理應用於風力發電機、太陽能跟蹤係統等領域，以及如何在設計中考慮其長期運行的可靠性和對環境的友好性。此外，書中還討論瞭“循環經濟”在機械設計中的應用，例如如何設計易於拆卸、維修和迴收的機構，以及如何利用可迴收材料來製造機械部件。這讓我明白，未來的機械設計不僅僅是創造産品，更是要考慮其整個生命周期的環境影響，並緻力於構建一個可持續發展的社會。這本書讓我對機械工程有瞭更深的認識，它不僅僅是製造機器，更是承擔著塑造更美好未來的責任。

评分☆☆☆☆☆

閱讀《機構學（四版）》的過程，就像是開啓瞭一扇通往“智能化”機械世界的大門。這本書的可貴之處在於，它並沒有將“自動化”和“智能化”的概念與傳統的機構學割裂開，而是巧妙地將它們融閤在一起，展現瞭機構學在現代科技發展中的重要地位。書中在介紹瞭一些基礎的傳感器和執行器原理後，就開始討論如何將它們集成到機械機構中，從而實現更高級的功能。例如，在討論伺服機構時，書中詳細分析瞭如何通過編碼器反饋、PID控製器來精確控製電機的位置和速度，以及這些如何應用於機械臂的運動控製。我印象深刻的是書中關於“自適應機構”的討論，作者通過一些實際的例子，比如能夠根據地形自動調整懸掛高度的車輛底盤，讓我看到瞭機械機構在智能化環境下的巨大潛力。此外，書中還涉及瞭一些關於“機器視覺”在機構學中的應用，例如如何利用攝像頭來識彆零件、測量尺寸，並將這些信息反饋給機構，從而實現自主的裝配和檢測。雖然這本書不是一本專門講人工智能的書，但它提供瞭一個堅實的機械基礎，讓我能夠更好地理解那些“聰明”的機器是如何工作的。這本書讓我對未來的機械設計充滿瞭期待，因為它不再僅僅是靜態的機械結構，而是能夠感知、思考和行動的智能體。

评分☆☆☆☆☆

我必須說，《機構學（四版）》在動態學方麵的講解是我見過最透徹的。通常這類書籍在講到動力學和慣性力時，會變得非常抽象，讓人頭昏腦脹，但這本書卻另闢蹊徑。作者從最基本的牛頓第二定律齣發，一點點地引申到連杆的慣性力、力矩，然後是如何在不同工況下進行分析。我尤其欣賞書中關於“慣性效應”的討論，不僅僅是羅列公式，而是通過實際的機械運動，例如高速往復運動的連杆，分析其産生的慣性力會如何影響整個機構的平穩性和壽命，並提齣瞭相應的改進措施，比如通過增加配重或者優化連杆的質量分布來抵消一部分不必要的慣性力。書中關於“力的傳輸”和“力平衡”的章節也是一大亮點。通過詳細的受力分析圖，清晰地展示瞭在機構運動過程中，各個構件所承受的力以及這些力是如何傳遞的，這對於理解機構的強度設計和故障分析至關重要。我記得書中有個關於麯柄滑塊機構在不同位置受力分析的案例，作者不僅給齣瞭計算公式，還用動畫模擬的方式展示瞭力的變化過程，這讓我能夠直觀地感受到不同力在機構中的“旅程”。此外，書中還引入瞭一些先進的動力學仿真技術，雖然沒有深入講解其代碼實現，但介紹瞭一些常用的仿真軟件和分析流程，為我後續深入學習打下瞭基礎。對於那些希望深入理解機械係統動力學行為，並能夠進行更精細化設計和優化的工程師和學生來說，這本書絕對是寶庫。