機械工程前沿著作係列：現代機構學理論與應用研究進展 [Research Progress on Theory and Application of Modern Mechanisms] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李瑞琴，郭為忠 編

圖書標籤:

• 機械工程
• 機構學
• 現代機構
• 理論研究
• 應用研究
• 機械設計
• 創新設計
• 前沿科技
• 學術著作
• 工程技術

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040410921

版次：1

商品編碼：11580389

包裝：精裝

叢書名： 機械工程前沿著作係列

外文名稱：Research Progress on Theory and Application of Modern Mechanisms

開本：16開

齣版時間：2014-10-01

用紙：膠版紙#

編輯推薦

　　新進展、新機遇、新挑戰，論述中國機構學的戰略思考。
　　新理論、新技術、新成果，闡述現代機構學的學科前沿。
　　新概念、新方法、新趨勢，著述現代機械係統設計與創新。
　　新思想、新課群、新平颱，展現機構與機器入學創新教育。

內容簡介

　　現代機構學是機械工程學科的重要分支方嚮，是設計和開發各種現代機械裝備與機電一體化産品的基礎，是機械發明創造的源泉。《機械工程前沿著作係列：現代機構學理論與應用研究進展》是一部反映現代機構學理論與應用研究進展及學科前沿的學術著作。
　　《機械工程前沿著作係列：現代機構學理論與應用研究進展》全書分為四篇共11章。第一篇為引言篇，包括鄒慧君先生的人生感懷以及莫逆之交的曆史迴想。第二篇為現代機構學研究的戰略思考與學科前沿，其中中國機構學發展的戰略思考包括中國機構學研究的認識與思考、中國機構學基礎研究的機遇與挑戰以及並聯機器人、變胞機構學、一般機構學的研究進展與思考等；現代機構學學科前沿包括混聯機構、齒輪機構、變胞機構、凸輪機構及復雜機構設計。第三篇為現代機械係統設計與創新，包括設計科學與現代機器的新思考、現代機械係統概念設計、機電一體化係統概念設計、可控機構學、滾動連杆機構、裝備運行機構學。第四篇為現代機構學教育篇，包括機構與機器人學教學研究思考及創新教育。
　　《機械工程前沿著作係列：現代機構學理論與應用研究進展》適閤高等院校從事機械工程設計、製造等的科研人員、教師、研究生及本科生參考，對於從事機械産品及機器人研發與生産的企業及研究院所的管理與技術人員亦有重要的參考價值。

目錄

第一篇 引言篇
第1章 人生感懷
1.1 嘉中學生生活的迴憶和感觸
1.2 61年交大生涯與感悟
1.3 1979年首度打開我國機構學國際交流之門——記B.Roth、A.T.Yang兩位國際著名學者來華講學
第2章 莫逆之交的曆史迴想
2.1 中國現代機構學的倡導者與推動者
2.2 與大陸機構學學者交流的因緣迴顧
2.3 老驥伏櫪，筆耕不息
2.4 影響我學術人生的良師益友

第二篇 現代機構學研究的戰略思考與學科前沿
第3章 中國機構學發展的戰略思考
3.1 中國機構學研究的認識與思考
3.2 中國機構學基礎研究的機遇與挑戰——縱觀發展史，橫看歐美中，探討機遇點
3.3 並聯機器人構型綜閤研究進展與思考
3.4 變胞機構學的研究進展與思考
3.5 一般機構學理論與應用研究的思考
第4章 現代機構學學科前沿
4.1 一種柔順混聯微動平颱的性能建模及多目標優化
4.2 齒輪機構與電動機整閤設計之發展概況與展望
4.3 麵嚮工程應用的約束變胞機構綜閤與設計
4.4 現代凸輪機構理論及研究綜述
4.5 復雜機構設計的立體顯示

第三篇 現代機械係統設計與創新
第5章 設計科學與現代機器的新思考
5.1 創新與設計科學的哲學思考
5.2 剖析中華古機械，啓迪創新設計思想
5.3 廣義機構的新認知
5.4 現代機器的新發展
第6章 現代機械係統概念設計
6.1 現代機械係統基本特徵
6.2 現代機械係統概念設計的基本構架
6.3 概念設計的基本內涵與特點
6.4 概念設計的過程模型和設計原理
6.5 概念設計中常用的功能求解模型
第7章 機電一體化係統概念設計
7.1 機電一體化係統的組成和基本特徵
7.2 機電一體化係統原理方案設計方法
7.3 機電一體化係統運動方案的人機協同設計
7.4 機電一體化係統方案評價方法研究進展
第8章 可控機構學
8.1 可調機構
8.2 電子凸輪機構
8.3 變輸入機構
8.4 混閤驅動機構
8.5 混閤驅動鏈的識彆方法
8.6 混閤驅動機構的發展趨勢
……
第四篇 現代機構學教育篇

精彩書摘

　　《機械工程前沿著作係列：現代機構學理論與應用研究進展》：
　　2.7全國機構學學術研討會、CC（A）MMS國際會議
　　颱灣的教授及學者之科研經費若屬公務預算是不能支付齣席非國際性的會議的，因此在2004年以前，隻能自費或由非公務經費支持前來大陸進行學術交流活動。
　　筆者於2000年8月2002年3月期間擔任“教育部”顧問室主任（颱北），2002年5月-2004年5月期間接掌科學工藝博物館館長（高雄），因職務關係，難以專程赴大陸學術交流，如2000年的第12屆全國機構學學術研討會（福州大學）、2002年的第13屆全國機構學學術研討會（浙江工程學院）、2004年的中國機構與機器科學國際會議（重慶大學），以及2004年3月31日-4月5日期間在天津舉行的11th IFToMM World Congress。
　　原本計劃應邀齣席2006年8月在遼寜大學舉行的中國機構與機器科學國際會議（2006CCMMS），但後來該會議與成功大學遴選校長的會議時間衝突（筆者擔任遴選委員），而無法成行。2007年7月1416日期間，應鄒慧君教授之邀，專程前往大連理工大學齣席中國機構與機器科學國際學術會議，作專題演講，並利用此機會與鄒慧君教授就雙方的閤作做瞭廣泛且深入的討論。2008年7月，原本計劃齣席在大連理工大學舉行的中國機構與機器科學國際會議（2008CCMMS），然齣發當日因颱風之故，由高雄前往香港、轉往大連的航班先後取消，補位不上，未能成行。2009年8月18-21日期間，前往武漢科技大學，齣席第8屆中國機構與機器科學應用國際會議（2009CCAMMS），並作專題演講。2010年7月21-22日期間，前往上海交通大學齣席2010年機構與機器科學國際會議（2010CCMMS），並作專題演講。原本安排於2012年7月齣席天津大學主辦的ReMAR國際會議之後，前往黃山學院參加中國機構與機器科學國際會議（2012CCMMS），但後來因執行副校長公務，無法成行。2013年7月7-10日期間，專程前往太原的中北大學，齣席第10屆中國機構與機器科學應用國際會議（2013CCAMMS），並作專題演講。
　　此外，經由鄒慧君教授的推薦，於2009年5月8-11日期間，齣席由高等教育齣版社主辦、在東南大學舉行的第四屆機械類課程報告論壇，並以“颱灣高校機械設計類課程之傳統教學與改革創新”為題，作專題演講。3與鄒慧君教授之交流
　　與鄒慧君教授的交流源於1990年上海之行的首次會麵，起於1994年在上海交通大學的講學訪問。除瞭在機構學專業領域的學術閤作外，鄒教授亦是筆者搜藏古掛鎖、研究古機械的貴人。
　　自1998年正式與鄒慧君教授學術閤作以來，總計共同指導一位博士生，撰寫瞭一部專著與二本專著的部分章節，發錶瞭5篇論文。鄒教授的學術研究是具有戰略性與開創性的，尤其是有關機構係統概念設計理論與方法方麵的教研工作。更值得敬佩的是，鄒教授以六七十歲之高齡，仍然對學術專業具有高度的熱忱，持續而有毅力、耐力地指導學生及後輩進行科研工作與撰寫專著，例如過去一年來，鄒教授不斷督促我進行《機械創新設計理論與方法》專著的再版工作。這對60來歲的筆者而言，是個極大的啓發及鼓勵；而對年輕學者而言，鄒教授更是一位不可多得的典範學者。
　　筆者自1986年開始，投入“古早中國鎖具”的搜藏與研究（嗜好研究）。1994年以來，每次前往上海，鄒慧君教授皆打聽聯係、親自陪同造訪古鎖行傢與古玩市場，遍及上海、蘇州、同裏、周莊等地，購買瞭不少值得典藏研究的古鎖。此外，鄒教授多次有創意地提議召開有關古代鎖具的研討會、成立工作坊，但由於科研及行政工作忙碌，至今未能落實，甚感遺憾。
　　筆者自1990年開始，投入“古代機構復原設計法”的研究（興趣研究），用以係統化地推導復原齣失傳或不完整古機械的機構，如張衡的候風地動儀、蘇頌的水輪秤漏裝置、指南車、記裏鼓車、古希臘的Antikythera機構等。因此，每次大陸之行，皆盡量拜訪古機械的學者和專傢。1998年以來，每次前往上海，鄒慧君教授皆費心安排、熱心陪同訪問機械史學者、同濟大學古機械研究室的陸敬嚴教授，不但受益匪淺，亦間接促成陸教授於2003年在颱北齣版《中國機械史》專著之成果。
　　30年來的感受是，鄒慧君教授是位格局前瞻、不可多得的前輩學者，例如：
　　（1）為推動兩岸機構學的學術交流，自200312006年起，建立颱灣與大陸輪流舉行海峽兩岸機構學學術研討會機製。
　　（2）為推動中國機構學的現代化、國際化及實用化，於2004年將全國機構學學術研討會轉型為中國機構與機器科學國際會議（CCMMS），更於2005年將全國凸輪機構學術研討會轉型為中國機構與機器科學應用國際會議（CCAMMS）。
　　（3）為開拓現代機構學學科前沿及推廣學術研究成果，自2007年起與高峰教授主編《現代機構學進展》係列專著。
　　……

第一捲：精巧之舞——現代機構學理論精粹 第一章：構件與自由度——機構學的基石 機構學，作為研究機械運動和力學原理的學科，其核心在於理解“構件”與“自由度”。構件，是構成機構的基本單元，可以是剛性的杆、輪、齒、鏈條等，也可以是半剛性的彈簧、液壓缸等。它們通過特定的連接副（如轉動副、移動副、螺鏇副等）相互關聯，形成具有特定運動功能的整體。構件的幾何形狀、尺寸以及連接方式，直接決定瞭機構的運動特性。 自由度，則是描述一個物體在空間中能夠獨立運動的變量個數。一個自由的剛體在三維空間中具有六個自由度（三個平移和三個轉動）。當構件被約束在機構中時，其自由度會受到限製。機構的自由度是其實現預期運動功能的基礎。理解構件的種類、連接副的約束特性以及如何計算機構的總自由度，是掌握機構學理論的首要步驟。 在本章中，我們將深入探討不同類型的構件，分析各種連接副的運動學和動力學約束。通過對復雜機構進行運動鏈分析，我們將學習如何準確計算機構的總自由度，並理解如何通過增減約束來控製機構的運動。例如，四連杆機構是最基本的平麵機構之一，我們將分析其自由度計算的原理，並探討不同構件長度對機構運動軌跡的影響。此外，我們將介紹空間機構的自由度概念，及其在航空航天、機器人等領域的重要應用。 第二章：運動鏈的分析與綜閤——從零開始構建機械智慧 運動鏈是機構的靈魂。它由一係列連接副連接的構件組成，能夠傳遞和轉換運動。運動鏈的分析旨在揭示機構的運動規律、速度和加速度特性，為優化設計提供依據。運動鏈的綜閤則是根據預期的運動功能，反嚮設計齣滿足要求的運動鏈。 我們首先從最簡單的低副運動鏈入手，分析其運動特性。例如，麯柄滑塊機構、迴轉-平移機構等，我們將通過數學模型和圖解法，解析其輸入運動如何轉化為輸齣運動，並計算關鍵點的速度和加速度。接著，我們將拓展到高副運動鏈，如齒輪傳動機構，分析其傳動比、效率以及瞬時速度特性。 運動鏈的綜閤是一個更具挑戰性的過程。它需要我們具備逆嚮思維的能力，將抽象的運動需求轉化為具體的構件和連接副組閤。我們將介紹幾種經典的綜閤方法，如數模法、人機交互法等。例如，為瞭設計一個能夠模仿人類手臂運動的機器人臂，我們需要綜閤齣具有多個自由度、能夠實現復雜空間軌跡的運動鏈。此外，我們還將探討如何利用計算機輔助設計（CAD）工具，加速運動鏈的分析與綜閤過程。 第三章：約束與運動的統一——在限製中釋放無限可能 “約束”在機構學中扮演著至關重要的角色。約束是限製構件運動自由度的因素，它使得原本可以在任意方嚮上運動的構件，隻能沿著特定的軌跡運動。沒有約束，就沒有有序的運動。而“運動”則是約束作用下的必然結果。 本章將深入探討不同類型的約束，以及它們如何共同作用形成完整的機構。我們將分析轉動副、移動副、齒輪副、凸輪副等基本約束的運動學特性。理解一個約束可以限製多少自由度，是計算機構自由度的關鍵。 更重要的是，我們將探討約束與運動之間的辯證統一關係。一個設計良好的機構，應該在提供足夠約束以實現預期功能的同時，避免不必要的約束，以減少能量損耗和磨損。我們將通過實例分析，例如，在設計精密機械時，如何選擇恰當的導軌副以減小摩擦和提高運動精度。同時，我們還將研究如何通過改變約束類型或數量，來改變機構的運動方式，例如，通過改變凸輪輪廓，可以實現多種多樣的從動件運動。 第四章：速度與加速度分析——揭示運動的動態奧秘 速度和加速度是描述物體運動狀態的基本物理量。在機構學中，準確地分析機構的速度和加速度，是理解機構動力學行為，優化性能，並確保安全運行的關鍵。 我們將從瞬時速度分析入手，介紹平麵機構的速度多邊形法、解析法等。通過解析法，我們可以建立輸入參數與輸齣參數之間的數學方程，從而精確計算任意時刻的速度。接著，我們將轉嚮加速度分析，介紹加速度多邊形法、微分法等。加速度分析比速度分析更為復雜，但它直接關係到作用在構件上的慣性力，是進行動力學分析的基礎。 我們還將探討瞬心法在速度分析中的應用，它能夠直觀地展示各個構件的瞬時運動方嚮。同時，我們將介紹如何利用矢量運算來處理復雜機構的速度和加速度分析，這將大大提高分析的效率和準確性。最後，我們將通過具體工程實例，例如，分析汽車懸掛係統的運動速度和加速度特性，來展示速度和加速度分析的實際意義。 第五章：力的傳遞與動力的轉化——機械運轉的內在驅動 機構學不僅僅研究運動，更關注運動背後的“力”。力的傳遞是機構實現動力轉化和能量傳輸的核心。理解構件之間力的作用方式，是進行機構設計和強度校核的基礎。 我們將首先分析靜力學平衡問題，即在靜止狀態下，構件所受的力如何平衡。然後，我們將深入探討動力學問題，即在運動狀態下，構件所受的慣性力、摩擦力以及外力如何相互作用。我們將介紹虛功原理、達朗貝爾原理等重要的動力學分析方法，它們能夠幫助我們建立機構的運動方程，並求解構件所受的力。 本章還將重點關注力的傳遞路徑。例如，在齒輪傳動中，我們將分析力是如何從一個齒輪傳遞到另一個齒輪，以及傳動比對力的放大或縮小作用。我們還將研究摩擦力的影響，以及如何通過潤滑、改變接觸材料等方式來減小摩擦損耗。最後，我們將通過分析起重機、液壓係統等工程實例，來展示力的傳遞與動力轉化在實際機械中的重要性。 第二捲：智慧之形——現代機構學的理論前沿與應用探索 第六章：機器人機構學——靈巧之手與感知大腦的融閤 機器人是現代機構學最活躍、最具代錶性的應用領域之一。機器人機構學研究如何設計和控製能夠執行復雜任務的機械臂、移動平颱以及人機交互界麵。 我們將從機器人的自由度配置齣發，分析不同類型機器人（如串聯機器人、並聯機器人）的運動學和動力學特性。例如，對於一個工業機器人手臂，我們需要設計多個串聯的關節，並對其運動學模型進行精確建模，以實現精確的末端執行器定位。 本章將重點介紹機器人的運動學正解和逆解問題。正解是已知關節角度，求末端執行器的位置和姿態；逆解是已知末端執行器的目標位置和姿態，求解所需的關節角度。我們將探討不同算法在解決這兩個問題中的優劣。此外，我們還將研究機器人的動力學建模，包括慣性矩陣、科裏奧利力、離心力等，為機器人運動控製提供理論基礎。 第七章：仿生機構學——師法自然，智慧新生 自然界是無窮的靈感寶庫。仿生機構學緻力於模仿生物體的結構和運動原理，創造齣高效、智能的機械係統。 我們將從微觀到宏觀，探索各種生物體的運動機製。例如，昆蟲的復眼結構如何實現廣角視野，鳥類翅膀的撲動如何産生升力，蛇的蠕動如何實現高效的地麵運動。我們將嘗試用機構學的理論來解析這些生物運動的奧秘。 本章將重點介紹幾種經典的仿生機構設計。例如，模仿壁虎腳掌的微吸附結構，如何實現無粘膠的吸附和爬行；模仿章魚觸手的柔性抓取機構，如何實現對不規則物體的穩定抓取。我們將分析這些仿生機構的結構特點，以及它們如何將生物體的運動原理轉化為機械性能。此外，我們還將探討如何利用先進的材料科學和製造技術，來實現更精細、更逼真的仿生結構。 第八章：微納機構學——微觀世界的精密操控 隨著科學技術的飛速發展，微機電係統（MEMS）和納機電係統（NEMS）已經成為前沿研究領域。微納機構學研究在微米和納米尺度上的機構設計、製造和控製。 在本章中，我們將探討微納尺度下材料力學、錶麵效應以及量子效應等特殊物理現象對機構性能的影響。例如，在微納尺度下，錶麵張力和範德華力等錶麵效應往往比慣性力更為顯著。 我們將介紹微納機構的典型結構，如微型開關、微型泵、微型傳感器等。我們將分析它們的運動原理，以及如何利用靜電、壓電、熱膨脹等微驅動技術來實現微納機構的運動。此外，我們還將討論微納機構的製造技術，如光刻、刻蝕、三維打印等，以及這些技術如何影響機構的設計和性能。 第九章：智能機構學——賦予機械自主思考與學習的能力 智能機構學是機構學與人工智能、控製理論、信息科學等學科的交叉融閤。它旨在賦予機構自主感知、決策和執行的能力，使其能夠適應復雜多變的環境。 我們將從智能驅動單元入手，探討如何利用傳感器、執行器以及智能控製算法，構建齣能夠感知環境、理解指令並做齣反應的智能機構。例如，在自動駕駛汽車中，需要大量的傳感器來感知周圍環境，並結閤算法來做齣駕駛決策。 本章將重點介紹機器學習在機構學中的應用。例如，如何利用強化學習來訓練機器人手臂完成復雜的抓取任務，或者如何利用神經網絡來優化機構的運動軌跡，以提高效率和魯棒性。我們還將探討智能機構的自適應和自修復能力，使其能夠在遇到故障或環境變化時，自動調整自身狀態，維持正常運行。 第十章：新材料與新工藝在機構學中的應用——突破邊界，重塑可能 材料和製造工藝的進步，是推動機構學發展的重要驅動力。新材料和新工藝的引入，為設計齣更輕、更強、更高效、更智能的機構提供瞭無限可能。 我們將介紹幾種在機構學中具有潛力的先進材料，如形狀記憶閤金、壓電陶瓷、碳縴維復閤材料等。例如，形狀記憶閤金可以用於製造自復位機構，壓電陶瓷可以實現高精度定位，碳縴維復閤材料可以製造輕質高強的結構件。 同時，我們將探討先進的製造工藝，如激光熔融、電子束熔融等增材製造技術，以及它們如何實現復雜結構的精確製造。此外，我們還將關注微納加工技術、生物製造技術等，為微納機構和仿生機構的設計提供支撐。 本章將通過具體的工程案例，展示新材料和新工藝如何剋服傳統機構的局限性，實現突破性的性能提升。例如，利用先進復閤材料製造的航空發動機葉片，能夠承受更高的溫度和壓力；利用3D打印技術製造的定製化醫療器械，能夠更好地滿足患者的需求。 結語 “機械工程前沿著作係列：現代機構學理論與應用研究進展”旨在為讀者提供一個全麵而深入的現代機構學知識體係。從機構學的基本原理齣發，逐步深入到前沿的研究方嚮和廣泛的應用領域，本書希望能激發讀者對機械運動與智慧的探索熱情，為未來的科技創新貢獻力量。

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