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2
1.1复杂机电系统的含义2
1.2机械的分类4
1.3机械工程的发展史5
1.3.1古代机械阶段5
1.3.2近代机械阶段6
1.3.3现代机械阶段8
第2章设计的内涵10
2.1设计的意义和必要性10
2.1.1机械工程师应具有的素质10
2.1.2机械产品的全生命周期11
2.2问题的提出和产品规划12
2.2.1用途描述12
2.2.2限制条件12
2.3设计的流程13
2.3.1设计计划13
2.3.2草案图绘制14
2.3.3计划图绘制15
2.3.4零件图、装配图、电气控制图绘制16
2.3.5制造、装配、调试阶段16
2.3.6检查、试车阶段16
2.3.7设计的后期工作16
2.4设计的思考过程17
2.4.1一般的思考过程17
2.4.2创造性的思考方法18
2.5设计技术23
第3章机构分析与方案设计26
3.1机构选型26
3.1.1执行构件运动的常用机构26
3.1.2机构选型的运动特性分析31
3.1.3机构选型的基本原则33
3.2机械系统方案设计34
3.2.1运动方案设计34
3.2.2运动方案确定37
3.2.3执行系统协调设计（运动循环图设计）39
3.2.4原动机选择46
3.2.5系统方案评价与决策47
3.3机构运动分析与力分析49
3.3.1机构运动分析49
3.3.2机构力分析50
第4章机械零件结构设计51
4.1典型工艺零件结构设计51
4.1.1金属切削件结构设计51
4.1.2铸件结构设计54
4.1.3焊接件结构设计57
4.1.43D打印件结构设计59
4.2典型功能零部件结构设计61
4.2.1动连接件结构设计61
4.2.2静连接件结构设计68
4.2.3其他典型零件结构设计75
4.3零件精度设计79
4.3.1孔、轴公差与配合79
4.3.2滚动轴承的公差与配合81
4.3.3键和花键的公差83
4.3.4圆柱齿轮的公差86
第5章机械结构力学性能分析90
5.1有限元基本概念90
5.2有限元分析模型与求解基本流程91
5.2.1有限元分析建模准备91
5.2.2有限元模型建立与求解94
5.2.3有限元模型结果分析97
5.2.4常用软件98
5.3机械结构静特性分析99
5.3.1结构分析和简化99
5.3.2受力分析101
5.3.3机床主轴箱的静特性分析103
5.4机械结构动力学分析106
5.4.1基本概念106
5.4.2结构在载荷作用下的动特性计算107
5.4.3机床主轴箱模态分析109
第6章机械结构优化设计110
6.1机械结构优化的设计准则110
6.1.1优化数学模型110
6.1.2机械结构的轻量化设计111
6.2机械结构优化设计的流程112
6.2.1一般设计流程112
6.2.2结构优化设计技术分类和特点114
6.3结构构型优化设计115
6.3.1基于变密度法的结构构型设计117
6.3.2基于仿生原理的结构加强筋分布设计118
6.4结构形状优化设计120
6.4.1形状优化的数学模型121
6.4.2形状优化的设计过程121
6.5结构尺寸优化设计123
6.6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127
7.1工艺规程设计的前期准备127
7.1.1基本要求127
7.1.2原始资料127
7.1.3内容与步骤127
7.2毛坯的设计与制造128
7.2.1毛坯的选择128
7.2.2等材制造129
7.2.3增材制造134
7.3机械加工工艺规程设计136
7.3.1拟定零件的机械加工工艺路线136
7.3.2确定各工序采用的设备137
7.3.3切削用量的选择及相关计算138
7.3.4机械加工工艺文件设计140
7.4典型零件机械加工工艺规程设计实例142
7.4.1主轴类零件的机械加工工艺规程142
7.4.2箱体类零件的机械加工工艺规程150
7.4.3齿轮类零件的机械加工工艺规程152
7.4.4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161
8.1电气控制系统设计的原则和内容161
8.1.1设计的基本原则161
8.1.2设计的内容161
8.1.3设计的基本流程162
8.2电气控制电路的设计163
8.2.1电气传动方案的选择163
8.2.2常用低压电器164
8.2.3基本控制电路166
8.2.4继电器-接触器控制系统设计的基本方法172
8.3现代电气控制电路的设计174
8.3.1单片机控制系统174
8.3.2可编程序控制器PLC177
8.3.3接口电路的选择179
8.4现代伺服驱动系统设计179
8.4.1驱动器和驱动系统179
8.4.2常用传感器180
8.4.3工业PC控制系统181
8.4.4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184
9.1设计内容184
9.1.1原理方案设计要求184
9.1.2结构设计要求185
9.1.3工艺设计要求185
9.1.4控制设计要求186
9.2原理方案设计186
9.2.1原理方案选择186
9.2.2冲压机构的原理方案187
9.2.3机构的传动方案分析189
9.3结构设计及优化190
9.3.1结构设计190
9.3.2曲轴强度分析192
9.3.3曲轴尺寸优化193
9.4工艺方案设计197
9.4.1曲轴的主要技术要求197
9.4.2曲轴的材料与毛坯198
9.4.3曲轴的机械加工工艺198
9.5控制方案设计200
9.5.1冲床实现的主要功能200
9.5.2冲床电气元件的选择200
9.5.3电气控制原理图200
第10章四足行走机器人设计202
10.1设计内容202
10.1.1原理方案设计要求202
10.1.2结构设计要求203
10.1.3工艺设计要求203
10.1.4控制设计要求204
10.2原理方案设计204
10.2.1原理方案选择204
10.2.2行走机构的原理方案205
10.2.3原动机的选择207
10.3结构模块设计208
10.3.1结构方案设计208
10.3.2回转副设计与校核210
10.3.3主轴设计与校核212
10.3.4总装图213
10.4工艺方案设计213
10.4.1轴承座的主要技术要求213
10.4.2轴承座的材料与毛坯213
10.4.3小端轴承座的机械加工工艺217
10.5控制方案设计217
10.5.1电气控制总体方案确定217
10.5.2电气元件表218
10.5.3电气原理图220
第11章模块化工业机器人设计221
11.1设计内容221
11.1.1原理方案设计要求221
11.1.2电气控制设计要求221
11.2原理方案设计222
11.2.1机构运动简图222
11.2.2Delta机器人运动分析223
11.3控制方案设计224
11.3.1电气元件的选择225
11.3.2运动控制器功能与连线227
11.3.3电气原理图230
参考文献234
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