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
1.1 复杂机电系统的含义
1.2 机械的分类
1.3 机械工程的发展史
1.3.1 古代机械阶段
1.3.2 近代机械阶段
1.3.3 现代机械阶段
第2章 设计的内涵
2.1 设计的意义和必要性
2.1.1 机械工程师应具有的素质
2.1.2 机械产品的全生命周期
2.2 问题的提出和产品规划
2.2.1 用途描述
2.2.2 限制条件
2.3 设计的流程
2.3.1 设计计划
2.3.2 草案图绘制
2.3.3 计划图绘制
2.3.4 零件图、装配图、电气控制图绘制
2.3.5 制造、装配、调试阶段
2.3.6 检查、试车阶段
2.3.7 设计的后期工作
2.4 设计的思考过程
2.4.1 一般的思考过程
2.4.2 创造性的思考方法
2.5 设计技术
第3章 机构分析与方案设计
3.1 机构选型
3.1.1 执行构件运动的常用机构
3.1.2 机构选型的运动特性分析
3.1.3 机构选型的基本原则
3.2 机械系统方案设计
3.2.1 运动方案设计
3.2.2 运动方案确定
3.2.3 执行系统协调设计（运动循环图设计）
3.2.4 原动机选择
3.2.5 系统方案评价与决策
3.3 机构运动分析与力分析
3.3.1 机构运动分析
3.3.2 机构力分析
第4章 机械零件结构设计
4.1 典型工艺零件结构设计
4.1.1 金属切削件结构设计
4.1.2 铸件结构设计
4.1.3 焊接件结构设计
4.1.43 D打印件结构设计
4.2 典型功能零部件结构设计
4.2.1 动连接件结构设计
4.2.2 静连接件结构设计
4.2.3 其他典型零件结构设计
4.3 零件精度设计
4.3.1 孔、轴公差与配合
4.3.2 滚动轴承的公差与配合
4.3.3 键和花键的公差
4.3.4 圆柱齿轮的公差
第5章 机械结构力学性能分析
5.1 有限元基本概念
5.2 有限元分析模型与求解基本流程
5.2.1 有限元分析建模准备
5.2.2 有限元模型建立与求解
5.2.3 有限元模型结果分析
5.2.4 常用软件
5.3 机械结构静特性分析
5.3.1 结构分析和简化
5.3.2 受力分析
5.3.3 机床主轴箱的静特性分析
5.4 机械结构动力学分析
5.4.1 基本概念
5.4.2 结构在载荷作用下的动特性计算
5.4.3 机床主轴箱模态分析
第6章 机械结构优化设计
6.1 机械结构优化的设计准则
6.1.1 优化数学模型
6.1.2 机械结构的轻量化设计
6.2 机械结构优化设计的流程
6.2.1 一般设计流程
6.2.2 结构优化设计技术分类和特点
6.3 结构构型优化设计
6.3.1 基于变密度法的结构构型设计
6.3.2 基于仿生原理的结构加强筋分布设计
6.4 结构形状优化设计
6.4.1 形状优化的数学模型
6.4.2 形状优化的设计过程
6.5 结构尺寸优化设计
6.6 多学科综合优化设计的基本概念
第7章 机械制造工艺规程设计
7.1 工艺规程设计的前期准备
7.1.1 基本要求
7.1.2 原始资料
7.1.3 内容与步骤
7.2 毛坯的设计与制造
7.2.1 毛坯的选择
7.2.2 等材制造
7.2.3 增材制造
7.3 机械加工工艺规程设计
7.3.1 拟定零件的机械加工工艺路线
7.3.2 确定各工序采用的设备
7.3.3 切削用量的选择及相关计算
7.3.4 机械加工工艺文件设计
7.4 典型零件机械加工工艺规程设计实例
7.4.1 主轴类零件的机械加工工艺规程
7.4.2 箱体类零件的机械加工工艺规程
7.4.3 齿轮类零件的机械加工工艺规程
7.4.4 连杆类零件的机械加工工艺规程
第8章 电气控制系统设计
8.1 电气控制系统设计的原则和内容
8.1.1 设计的基本原则
8.1.2 设计的内容
8.1.3 设计的基本流程
8.2 电气控制电路的设计
8.2.1 电气传动方案的选择
8.2.2 常用低压电器
8.2.3 基本控制电路
8.2.4 继电器-接触器控制系统设计的基本方法
8.3 现代电气控制电路的设计
8.3.1 单片机控制系统
8.3.2 可编程序控制器PLC
8.3.3 接口电路的选择
8.4 现代伺服驱动系统设计
8.4.1 驱动器和驱动系统
8.4.2 常用传感器
8.4.3 工业PC控制系统
8.4.4 伺服系统控制设计
第2篇 典型设计案例
第9章 小型冲床设计
9.1 设计内容
9.1.1 原理方案设计要求
9.1.2 结构设计要求
9.1.3 工艺设计要求
9.1.4 控制设计要求
9.2 原理方案设计
9.2.1 原理方案选择
9.2.2 冲压机构的原理方案
9.2.3 机构的传动方案分析
9.3 结构设计及优化
9.3.1 结构设计
9.3.2 曲轴强度分析
9.3.3 曲轴尺寸优化
9.4 工艺方案设计
9.4.1 曲轴的主要技术要求
9.4.2 曲轴的材料与毛坯