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第8篇 机构及机械系统设计3

第1章 机构的基本概念和分析方法3

1 运动副3

2 机构运动简图4

3 机构自由度12

3·1 平面机构自由度12

3·2 空间机构自由度15

3·2·1 单闭环空间机构15

3·2·2 多闭环空间机构15

4 平面机构的结构分析20

4·1 高副替换成低副20

4·2 杆组及其分类20

4·3 平面机构级别的判定21

5 平面机构的运动分析23

5·1 速度瞬心的概念及其在机构速度分析中的应用23

5·2 机构运动分析的图解方法24

5·2·1 图解方法所依据的原理24

5·2·2 四杆机构运动分析的图解方法25

5·3 机构运动分析的解析方法27

5·3·1 Ⅱ级机构27

5·3·2 高级机构31

6 平面机构的动态静力分析34

6·1 机械工作过程中所受的力34

6·2 Ⅱ级机构的动态静力分析方法35

第2章 机构选型38

1 匀速转动机构38

1·1 定传动比转动机构38

1·1·1 摩擦传动机构38

1·1·2 齿轮轮系传动机构39

1·1·3 平行四杆机构41

1·1·4 联轴器与转动导杆机构42

1·2 可变传动比转动机构43

1·2·1 有级变速传动机构43

1·2·2 无级变速传动机构44

2 非匀速转动机构47

2·1 非圆齿轮机构47

2·2 双曲柄四杆机构48

2·3 转动导杆机构49

2·4 组合机构49

3 往复运动机构50

3·1 曲柄摇杆往复运动机构51

3·2 双摇杆往复运动机构51

3·3 滑块往复移动机构53

3·4 凸轮式往复运动机构54

3·5 齿轮式往复运动机构56

4 行程放大和可调行程机构57

4·1 行程放大机构57

4·2 可调行程机构61

4·2·1 棘轮调节机构61

4·2·2 偏心调节机构62

4·2·3 螺旋调节机构63

4·2·4 摇杆调节机构64

5 间歇运动机构65

5·1 间歇转动机构65

5·1·1 棘轮间歇机构65

5·1·2 槽轮间歇机构66

5·1·3 凸轮间歇机构68

5·1·4 不完全齿轮间歇转动机构69

5·1·5 偏心轮分度定位机构70

5·2 间歇摆动机构71

5·2·1 单侧间歇摆动机构71

5·2·2 双侧间歇摆动机构71

5·2·3 中途停歇摆动机构72

5·3 间歇移动机构72

5·3·1 单侧间歇移动机构72

5·3·2 双侧间歇移动机构73

5·3·3 中途间歇移动机构74

6 换向、单向机构75

6·1 换向机构75

6·2 单向机构78

7 差动机构80

7·1 差动螺旋机构80

7·2 差动棘轮与差动齿轮机构82

7·3 差动连杆机构83

7·4 差动滑轮机构84

8 实现预期轨迹的机构84

8·1 直线机构85

8·1·1 精确直线机构85

8·1·2 近似直线机构86

8·2 特殊曲线绘制机构88

8·3 机械加工非圆机构90

8·4 工艺轨迹机构92

9 气、液驱动连杆机构95

10 增力及夹持机构97

11 伸缩机构和装置100

17 间隙消除装置101

12·1 齿轮啮合间隙消除装置101

12·2 螺旋间隙消除装置102

13 过载保险装置105

14 定位联锁装置107

15 工件移置机构110

15·1 光轴类工件移置机构112

15·2 螺钉、销钉类工件移置机构112

15·3 片、块状工件移置机构112

15·4 复杂形工件转位移置机构113

16 工作头机构114

16·1 零件装配工作头机构114

16·2 零件检验测试装置115

第3章 连杆机构设计118

1 平面四杆机构的应用和基本型式118

1·1 平面连杆机构的特点和应用118

1·2 铰链四杆机构的基本型式118

1·3 平面四杆机构的基本型式及其曲柄存在条件118

1·4 平面四杆机构的急回特性120

1·5 平面四杆机构的压力角与传动角120

1·6 平面四杆机构的运动连续性121

1·7 平面四杆机构应用举例121

2 常用平面四杆机构的运动分析公式123

3 平面连杆机构设计的基本问题和方法125

3·1 平面连杆机构设计的基本问题125

3·2 平面连杆机构的设计方法125

4 导引机构的设计125

4·1 几何法的基本原理125

4·1·1 转动极点125

4·1·2 等视角关系126

4·1·3 相对转动极点126

4·2 实现连杆两个位置的平面四杆机构的设计126

4·3 实现连杆三个位置的平面四杆机构的设计127

1·4 实现连杆四个位置的平面四杆机构的设计128

4·5 定长法设计实现连杆三个位置的平面四杆机构128

4·6 定长法设计实现连杆四个位置的平面四杆机构130

5 函数机构的设计130

5·1 用几何法按输入杆与输出杆满足几组对应位置设计平面四杆机构130

5·1·1 满足两组对应位置的设计130

5·1·2 满足三组对应位置的设计131

5·2 用解析法实现两连架杆角位置的函数关系设计平面四杆机构132

5·2·1 按两连架杆预定的对应位置设计132

5·2·2 按两连架杆角位置呈连续函数关系设计铰链四杆机构133

5·3 按从动杆的急回特性设计平面四杆机构134

5·3·1 曲柄摇杆机构的设计134

5·3·2 曲柄滑块机构的设计135

5·3·3 导杆机构的设计135

5·4 按从动杆近似停歇要求设计平面四杆机构136

5·4·1 曲柄摇杆机构的设计136

5·4·2 曲柄滑块机构的设计136

6 轨迹机构的设计137

6·1 按照给定轨迹设计平面四杆机构的原理137

6·2 按连杆曲线与给定曲线准确或近似地重合来设计平面四杆机构137

6·2·1实验法137

6·2·2 解析法138

6·2·3 应用连杆曲线图谱法139

6·3 利用连杆曲线设计输出杆近似停歇和直线导向的平面四杆机构示例140

6·4 实现同一轨迹的相当机构142

7 气液动连杆机构143

7·1 气液动连杆机构的特点和基本型式143

7·2 气液动连杆机构位置参数的计算143

7·3 气液动连杆机构运动参数和动力参数的计算144

7·4 气液动连杆机构基本参数的选择144

7·5 气液动连杆机构的设计145

7·5·1 按摇杆摆角φ12及初始角φ1设计对中式气液动连杆机构145

7·5·2 按摇杆摆角φ12、液压缸初始长度工L1、活塞行程H12=L2-L1设计对中式气液动连杆机构145

7·5·3 用作图法按摇杆摆角φ12、许用传动角[γ]和λ值设计对中式气液动连杆机构145

7·5·4 用作图法按摇杆和活塞行程四组对应位置设计气液动连杆机构146

8 空间连杆机构146

8·1 空间连杆机构的特点和应用146

8·2 空间四杆机构的设计147

8·2·1 按主、从动杆三组对应位置设计RSSR机构147

8·2·2 按给定函数关系设计RSSR机构148

8·2·3 按从动杆摆角和急回特性设计RSSR机构149

8·2·4 按主、从动杆三组对应位置设计RSSP机构150

第4章 共轭曲线机构设计151

1 瞬心线和共轭曲线151

1·1 共轭曲线、瞬心线与啮合线151

1·2 齿廓啮合基本定律和卡姆士（Camus）定理151

2 定速比传动的共轭曲线机构设计151

2·1 坐标转换151

2·2 应用包络法求共轭曲线152

2·3 应用齿廓法线法求共轭曲线153

2·4 应用卡姆士定理求一对共轭曲线154

2·5 过渡曲线154

2·6 共轭曲线的曲率半径及其关系156

2·7 啮合角、压力角、滑动系数和重合度157

2·8 啮合界限点与干涉界限点158

3 变速比传动的非圆齿轮设计159

3·1 非圆齿轮瞬心线计算的一般方法159

3·2 非圆齿轮设计计算和切齿计算160

3·2·1 用展成法加工一对非圆齿轮的原理160

3·2·2 瞬心线的两个条件160

3·2·3 非圆齿轮的齿数、模数和压力角160

3·2·4 应用数控机床加工非圆齿轮时的数值计算法161

3·3 椭圆齿轮161

3·3·1 一对全等的椭圆齿轮传动163

3·3·2 卵形齿轮传动164

3·4 偏心圆齿轮167

3·4·1 一对全等的偏心圆齿轮传动17

3·4·2 偏心圆齿轮与非圆齿轮传动169

第5章 凸轮机构设计172

1 凸轮机构及其类型172

1·1 凸轮机构的基本类型173

1·1·1 平面凸轮机构的基本类型及特点173

1·1·2 空间凸轮机构的基本类型及特点174

1·2 凸轮机构的锁合方式175

2 从动件的运动规律176

2·1 一般概念176

2·1·1 从动件的运动类型176

2·1·2 无因次运动参数177

2·1·3 运动规律的特性值及选择运动规律的原则178

2·2 多项式运动规律180

2·2·1 多项式的一般形式及其求解方法180

2·2·2 典型边界条件下多项式的通用公式180

2·3 组合运动规律182

2·4 用数值微分法求速度和加速度192

3 凸轮机构的压力角、凸轮的基圆半径和最小曲率半径192

3·1 压力角192

3·2 凸轮廓线的基圆半径194

3·3 凸轮廓线的曲率半径196

4 盘形凸轮廓线的设计201

4·1 作图法201

4·2 解析法203

4·2·1 滚子从动件盘形凸轮203

4·2·2 平底从动件盘形凸轮206

5 空间凸轮的设计206

5·1 圆柱凸轮和圆锥凸轮206

5·2 蜗杆凸轮208

6 高速凸轮设计简介211

6·1 从动件对激振的位移响应212

6·2 动力凸轮廓线设计213

6·3 从动件的跳动214

6·3·1 力锁合214

6·3·2 形锁合215

第6章 棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构217

1 棘轮机构设计217

2 槽轮机构设计220

3 不完全齿轮机构设计229

第7章 组合机构236

1 齿轮连杆机构236

1·1 获得近似等速往复运动的齿轮连杆机构236

1·1·1 导杆机构通过齿轮和正弦机构联接236

1·1·2 椭圆齿轮与正弦机构联接237

1·2 获得大摆角的齿轮连杆机构239

1·3 获得近似停歇运动的齿轮连杆机构240

1·3·1 行星轮系连杆机构240

1·3·2 齿轮曲柄摇杆机构241

2 凸轮连杆机构244

2·1 实现特定运动规律的凸轮连杆机构244

2·2 实现特定运动轨迹的凸轮连杆机构245

3 齿轮凸轮机构248

3·1 实现特定运动规律的齿轮凸轮机构248

3·2 实现特定运动轨迹的齿轮凸轮机构249

4 联动凸轮机构250

第8章 机构精确度251

1 误差的基本概念251

1·1 误差的定义251

1·2 误差分类251

1·3 机构精度的评定指标251

1·4 随机误差251

1·5 系统误差252

2 机构误差252

2·1 机构误差的基本概念252

2·2 机构误差的产生原因和构件原始误差的分类252

2·3 机构误差的一般关系式253

3 平面连杆机构的原始位置误差分析254

3·1 转化机构微小位移法254

3·2 影响系数法256

4 凸轮机构原始位置误差分析258

5 齿轮机构原始位置误差分析259

5·1 基本概念259

5·2 齿轮机构原始位置误差的简化计算259

5·3 齿轮机构空程误差的估算260

5·3·1 空程误差的基本概念260

5·3·2 齿轮机构空程误差的估算260

6 机械传动系统位置误差的分析262

6·1 机构串联系统位置误差的分析262

6·2 机构并联系统位置误差分析263

6·3 机构混联系统位置误差分析263

6·4 多自由度机构位置误差分析263

6·5 封闭式传动机构位置误差分析264

7 设计时提高机构传动精度的一般原则和方法265

8 按给定的精度要求制定公差的简单方法266

8·1 等公差法266

8·2 原始误差等效作用法266

8·3 简易计算法266

8·4 误差补偿法266

第9章 机械系统设计267

1 基本概念267

1·1 机械系统的组成267

1·2 机械系统的特性267

2 动力机的性能和选择267

3 工作机的工况270

3·1 n-T特性270

3·2 工作制度272

4 传动的类型及选择272

4·1 传动的分类272

4·2 传动类型选择的依据274

4·3 各种传动的特点和应用275

4·4 传动类型的选择280

4·4·1 选择的基本原则280

4·4·2 定传动比传动的选择280

4·4·3 有级变速传动的选择280

4·4·4 无级变速传动的选择280

4·4·5 单流传动和多流传动的选择281

5 动力机和工作机的匹配281

5·1 机械系统简图281

5·2 典型机械特性曲线282

5·3 动力机和工作机的工作点282

5·4 工作点的稳定性284

5·5 起动特性对最大加速力矩的影响285

5·6 异步电动机与工作机的匹配285

5·7 汽车传动的力矩匹配和转速匹配286

5·8 飞轮在匹配中的作用287

6 机械系统的变形补偿287

7 机械系统的合理分流传递288

8 机器工作循环图289

第10章 机械系统动力学分析与设计293

1 机械系统的等效模型293

2 等效构件的运动方程式及其求解294

3 飞轮设计296

3·1 飞轮转动惯量的计算296

3·2 飞轮的结构尺寸设计298

4 刚性转子的平衡299

5 平面机构的平衡302

5·1 对称机构法302

5·2 对重平衡法303

6 考虑构件弹性的机械动力学分析303

6·1 定速比传动系统的弹性动力学分析304

6·1·1 力学模型的建立304

6·1·2 运动微分方程式及其求解305

6·2 平面连杆机构的弹性动力学分析307

6·2·1 节点力、节点变形和单元位移函数307

6·2·2 动能E及等效质量矩阵308

6·2·3 势能U及单元刚度矩阵308

6·2·4 广义力的求法309

6·2·5 单元运动方程式310

6·2·6 系统运动方程式311

6·2·7 系统运动方程式的求解312

参考文献312

第9篇 造型设计和人机工程3

第1章 机器造型设计概述3

1 造型设计定义3

2 造型设计的组成要素3

3 造型设计的特征与原则4

4 造型设计的工作程序与步骤4

第2章 造型设计的艺术表现法则6

1 机器造型的比例与尺度6

1·1 定义6

1·2 特征6

1·3 造型设计常用比例与特征6

1·4 常用比例的相互转换（特征矩形面的分割）8

1·5 比例设计方法14

2 机器形态的均衡与稳定16

2·1 定义16

2·2 获得均衡稳定的方法18

3 机器形态的统一与变化18

3·1 定义18

3·2 造型整体统一的方法18

3·3 造型统一中求变化的方法22

第3章 机器形态的构成方法24

1 定义24

2 造型的形态要素及其形式心理24

3 常用几何曲线的构成与演变27

4 常用几何面的构成与演变35

5 常用几何体的构成与演变38

6 造型形态构成的基本法则40

7 造型设计中的错视与矫正44

第4章 机器产品的色彩设计47

1 色彩性质与要素47

2 色彩体系与表示方法48

3 常用色彩术语51

4 产品色彩设计的指导性原则52

5 色彩配置的方法与效果52

5·1 色相调和法52

5·2 明度调和法55

5·3 纯度调和法56

6 色彩功能与应用57

7 色彩的好恶59

8 主体色的数量与配置方式60

第5章 机器的装饰设计和面饰工艺62

1 线条装饰与方法62

2 面板（标牌）设计与工艺选择63

3 机器涂饰的油漆涂料选择68

4 机器外观件的面饰处理方法选择72

第6章 机器造型的宜人性设计75

1 人机工程概述75

1·1 术语与定义75

1·2 人机能力比较与选择75

1·3 人的感觉通道性质与选择76

1·4 人机关系设计的指导原则77

2 人体尺寸数据79

2·1 人体尺寸概念79

2·2 成年男女人体的主要尺寸数据79

2·3 采用人体数据百分位的建议与尺寸数值计算88

3 人的肢体正常活动范围与空间选择88

4 人体模板与操作姿势及空间设计91

4·1 人体模板91

4·2 装配，维修的操作空间尺寸93

4·3 工作位置的平面高度与调节范围95

4·4 操作姿态下的有利工作区域与方向96

4·5 以身高为基准的设备与用具空间尺寸的推算图表99

5 人的视野101

6 人的肢体用力限度102

6·1 成人站姿操作的用力状态与范围102

6·2 成人坐姿操作的用力状态与范围104

7 指示与操作装置的设计及选择105

7·1 术语105

7·2 指示装置的形式与排列方式选择105

7·3 操作、调节装置形式、参数与安置空间的选择109

第7章 工作环境设计114

1 工作环境的照明设计114

1·1 术语114

1·2 工作环境照明的一般要求与参数选择114

2 工作环境的小气候要求119

3 工作环境的安全防护设计119

3·1 术语119

3·2 工作环境安全防护的一般要求与参数选择120

参考文献123

第10篇 价值工程3

第1章 价值工程的基本原理3

1 价值工程中功能、寿命周期成本、价值的涵义3

2 价值工程的定义与特点3

2·1 价值工程的定义3

2·2 价值工程的特点3

3 提高产品价值的主要途径4

4 价值工程的应用4

4·1 价值工程的应用范围4

4·2 价值工程应用的时机4

5 价值工程的工作程序和指导原则4

5·1 价值工程的工作程序4

5·2 价值工程程序的结合5

5·3 开展VE活动的指导原则5

第2章 机械产品价值工程对象的选择和情报收集6

1 价值工程对象的选择6

1·1 价值工程对象的选择原则6

1·2 价值工程对象的选择方法6

1·2·1 经验分析法6

1·2·2 价值测定法7

1·2·3 百分数分析法7

1·2·4 寿命周期分析法7

1·2·5 成本比重分析法8

1·2·6 强制确定法8

1·2·7 最合适区域法9

2 价值工程中的情报收集10

2·1 情报内容10

2·2 情报收集的原则11

第3章 机械产品的功能分析12

1 功能分析的涵义12

2 功能定义12

2·1 功能定义的涵义12

2·2 功能定义的目的12

2·3 功能定义的方法12

2·4 功能定义的检查12

3 功能整理13

3·1 功能整理的涵义13

3·2 功能整理的目的13

3·3 功能分类13

3·3·1 按功能的重要程度分类13

3·3·2 按功能的特点分类13

3·3·3 按用户需要分类13

3·4 功能整理的方法13

4 功能评价14

4·1 功能评价的涵义14

4·2 功能评价的目的14

4·3 功能评价的步骤14

4·4 功能评价的方法15

4·4·1 功能现实成本的估算15

4·4·2 功能最低成本的估算15

4·4·3 功能价值的计算17

4·4·4 功能或功能区目标成本的确定18

第4章 机械产品设计方案的创造和评价19

1 方案的创造19

1·1 方案创造的过程19

1·2 方案创造的原则19

1·3 方案创造的方法19

1·3·1 自由讨论法19

1·3·2 哥顿法19

1·3·3 检核表法20

1·3·4 输入输出法21

1·3·5 方案组合法22

1·3·6 缺点列举法22

1·3·7 仿生学法22

1·4 方案创造的工作方法22

1·4·1 方案创造的思考22

1·4·2 方案的图形化23

1·4·3 方案的具体化与筛选23

1·4·4 方案的检查23

2 方案的评价24

2·1 方案的概略评价24

2·1·1 概略评价的内容24

2·1·2 概略评价的方法24

2·1·3 概略评价的注意事项24

2·2 方案的具体化调查24

2·2·1 方案的具体化24

2·2·2 方案的调查24

2·3 方案的详细评价24

2·3·1 技术可行性评价24

2·3·2 经济合理性评价25

2·3·3 方案的社会评价26

2·3·4 方案的综合评价26

3 提案的实施与最终成果的评价31

3·1 提案的审批与实施31

3·1·1 提案表的编制31

3·1·2 提案的审批31

3·1·3 提案的实施与跟踪31

3·2 提案的最终成果评价32

3·2·1 提案的企业技术经济效果评价32

3·2·2 提案的社会效果评价32

3·3 价值工程的组织32

3·3·1 组织形式32

3·3·2 价值工程的人才结构32

3·4 开展价值工程的基础工作33

第5章 价值工程应用实例34

例1 价值工程在Z 28-100型滚丝机上的应用34

1 VE对象的选择34

1·1 VE产品的选择34

1·2 VE零件的选择34

2 情报的收集34

3 功能定义和整理34

4 功能评价34

4·1 分析确定功能的现实成本34

4·2 确定功能评价值34

5 方案的创造36

6 方案的评价37

6·1 技术评价37

6·2 经济评价37

6·3 社会评价38

7 方案的试验验证38

8 VE成果评价38

8·1 技术评价38

8·2 经济效果38

例2 价值工程在J0810机油滤清器上的应用38

1 VE对象的选择38

1·1 VE产品的选择38

1·2 确定VE工作范围38

2 情报收集39

3 功能定义41

4 功能整理41

5 功能评价42

5·1 功能现实成本的测算42

5·2 功能评价值的确定42

5·3 计算成本降低幅度43

6 方案创造和概略评价43

7 方案的具体化和详细评价44

8 价值工程最终成果评价44

参考文献46

第11篇 疲劳强度设计3

主要符号表3

第1章 概述5

1 疲劳术语5

2 循环应力与循环应交6

2·1 循环应力6

2·2 循环应变6

3 无限寿命设计与有限寿命设计7

4 疲劳的分类7

第2章 疲劳试验9

1 试样及其制备9

1·1 试样19

1·2 试样制备11

1·2·1 取样11

1·2·2 机械加工12

1·2·3 热处理12

1·2·4 测量、探伤与贮存12

2 试验机13

3 试验方法18

3·1 常规疲劳试验法18

3·2 成组试验法19

3·3 升降法试验20

3·4 疲劳极限的快速试验法21

3·4·1 泊洛脱法22

3·4·2 洛卡脱法23

3·4·3 全循环阶梯加载法23

第3章 疲劳图和疲劳数据表24

1 S-N曲线24

2 P-S-N曲线33

3 P-S-N曲线通用方程式中的常数aP与bP37

4 等寿命曲线43

5 常用材料的疲劳极限48

6 疲劳极限的经验公式59

第4章 影响疲劳强度的因素60

1 应力集中的影响60

1·1 应力的集中与梯度60

1·2 理论应力集中系数60

1·2·1 带沟槽的板形零件的理论应力集中系数62

1·2·2 带沟槽的圆柱形零件的理论应力集中系数63

1·2·3 带台肩圆角的板形零件的理论应力集中系数67

1·2·4 带台肩圆角的圆柱形零件的理论应力集中系数68

1·2·5 开孔的机械零件的理论应力集中系数70

1·2·6 其他常用零件的理论应力集中系数73

1·3 有效应力集中系数76

1·3·1 带台肩圆角的圆柱形零件的有效应力集中系数77

1·3·2 带沟槽的圆柱形零件的有效应力集中系数80

1·3·3 开孔的机械零件的有效应力集中系数82

1·3·4 其他常用零件的有效应力集中系数85

1·3·5 算例88

1·4 用相对应力梯度求有效应力集中系数88

1·5 敏性系数的统计参数89

2 尺寸的影响89

3 表面状态的影响90

3·1 加工情况90

3·2 腐蚀情况91

3·3 表面强化91

4 频率影响92

5 载荷类型的影响92

5·1 平均应力的影响92

5·2 应力峰值的影响94

6 环境因素的影响94

6·1 腐蚀环境的影响94

6·1·1 载荷频率的影响95

6·1·2 腐蚀方式的影响95

6·1·3 腐蚀介质的pH值影响95

6·1·4 应力集中的影响96

6·1·5 尺寸的影响97

6·1·6 应力状态的影响98

6·2 温度的影响98

6·2·1 低温的影响98

6·2·2 高温的影响98

6·3 受载方式的影响98

第5章 疲劳累积损伤理论99

1 基本概念99

2 线性疲劳累积损伤理论99

2·1线性累积损伤理论99

2·2双线性累积损伤理论100

3 其他累积损伤理论101

3·1 科尔顿-多兰累积损伤理论101

3·2 莱维和科津累积损伤理论101

第6章 高周疲劳102

1 概述102

1·1 常规疲劳设计102

1·2 安全系数102

2 无限寿命设计106

2·1 单向应力时无限寿命设计106

2·1·1 计算公式106

2·1·2 算例107

2·2 多向应力时无限寿命设计107

3 有限寿命设计108

3·1 安全系数计算公式108

3·2 寿命估算108

3·3 算例108

第7章 低周疲劳110

1 低周疲劳的S-N曲线110

1·1 应力-寿命（σa-N）曲线110

1·2应变-寿命（εa-N）曲线111

2 循环应力-应变曲线112

2·1 滞后回线112

2·2 循环硬化与循环软化112

2·3 循环应力-应变曲线求法112

3 应变-寿命曲线113

3·1 曼森-科芬方程113

3·2 四点法求应变-寿命曲线114

3·3 通用斜率法115

4 低周疲劳试验115

4·1 低周疲劳试验的试样115

4·2 带过渡圆弧的试样应变幅度的修正116

4·3 低周疲劳试验方法116

5 低周疲劳的寿命估算117

第8章 腐蚀疲劳118

1 概述118

1·1 腐蚀疲劳术语118

1·2 腐蚀疲劳的特性118

2 腐蚀疲劳强度118

2·1 腐蚀疲劳极限118

2·2 腐蚀疲劳的S-N曲线122

2·3 影响腐蚀疲劳的因素127

3 腐蚀疲劳试验131

3·1 试验要求131

3·2 试验装置132

4 腐蚀疲劳的寿命估算133

第9间 高温疲劳134

1 高温对材料机械性能的影响134

2 高温时材料的S-N曲线136

3 影响高温疲劳性能的主要因素139

3·1 材料因素139

3·2 温度因素139

3·3 频率因素140

3·4 应力集中因素141

3·5 表面状态因素141

3·6 平均应力因素142

4 高温疲劳试验142

4·1 载荷谱143

4·2 试样145

4·3 试验设备与试验方法145

5 高温下的疲劳强度计算146

5·1 静态计算法146

5·2 蠕变疲劳复合作用计算法146

第10章 低温疲劳148

1 金属在低温下的单调特性148

2 低温下材料的疲劳数据148

2·1 低温下材料的疲劳极限148

2·2 低温时应力集中的影响149

2·3 材料在低温下的S-N曲线与等寿命曲线151

3 低温疲劳强度计算151

第11章 热疲劳152

1 热应力与热应变152

2 热疲劳试验方法153

2·1 定性比较法153

2·2 定量测定法153

2·3 热-机械疲劳试验方法154

3 热疲劳强度与寿命估算155

3·1 最大温度-寿命曲线155

3·2 应变幅度-寿命曲线156

3·3 热疲劳曲线与其他疲劳曲线比较157

4 热疲劳强度设计中的主要问题158

第12章 接触疲劳159

1 接触应力分析159

2 接触疲劳破坏160

3 影响接触疲劳的因素161

3·1 滑动速度因素161

3·2 表面粗糙度因素161

3·3 润滑油膜因素162

3·4 润滑剂因素163

3·5 接触物体材料因素163

3·5·1 非金属夹杂物163

3·5·2 热处理组织状态164

3·5·3 表层与心部硬度164

4 接触疲劳强度计算164

5 接触疲劳试验166

5·1 接触疲劳试验术语166

5·2 试验机166

5·3 试样167

第13章 随机疲劳169

1 基本概念169

2 载荷谱169

2·1 概述169

2·2 雨流法170

2·3 载荷谱编制171

3 随机疲劳强度计算172

3·1 程序谱的疲劳强度计算172

3·2 概率密度函数表示连续谱的强度计算172

第14章 冲击疲劳173

1 多次冲击强度173

1·1 多次冲击能量-寿命（A-N）曲线173

1·2 影响多次冲击强度的因素173

1·2·1 材料的强度173

1·2·2 材料的韧性173

1·2·3 工艺与材料代用174

2 冲击疲劳强度计算177

3 提高多次冲击疲劳强度的措施177

第15章 疲劳强度的现代设计178

1 裂纹形成寿命估算——局部应力应变法178

1·1 预备知识178

1·1·1 真实应力与真实应变178

1·1·2 玛辛特性178

1·1·3 材料的记忆特性179

1·1·4 载荷顺序效应179

1·2 局部应力-应变分析179

1·2·1 滞后回线方程式179

1·2·2 诺伯法179

1·3 裂纹形成寿命估算方法181

1·3·1 损伤计算181

1·3·2 估算裂纹形成寿命的步骤181

1·4 算例181

2 裂纹扩展寿命估算184

2·1 脆断与裂纹扩展的判别184

2·2 疲劳裂纹扩展速度187

2·3 疲劳裂纹扩展寿命估算方法191

3 裂纹扩展试验193

3·1 试样193

3·2 裂纹扩展试验方法193

4 损伤容限设计194

5 算例194

6 疲劳强度的可靠性设计195

第16章 提高零件疲劳强度的方法196

1 合理选材196

1·1 提高纯度196

1·2 细化晶粒196

1·3 最佳的热处理与组织状态196

1·4 强度、塑性与韧性的合理配合196

2 改进结构197

3 表面强化200

3·1 表面喷丸强化200

3·2 表面辊压强化202

3·3 内孔挤压强化202

3·4 表面化学热处理203

3·5 表面淬火204

3·6 表面激光强化204

参考文献205

第12篇 蠕变设计3

第1章 概述3

1 蠕变现象3

2 蠕变曲线3

2·1 蠕变曲线的一般特征3

2·2 蠕变曲线的数学表示形式4

3 蠕变极限与持久强度5

3·1 蠕变极限5

3·2 持久强度5

4 影响蠕变与持久强度的要主因素5

4·1 化学成分的影响6

4·2 工艺因素的影响6

4·3 工作条件的影响7

4·4 零件尺寸与形状的影响8

第2章 蠕变试验10

1 蠕交与持久强度试验10

1·1 蠕变试验10

1·2 持久强度试验13

2 加速蠕交试验16

2·1 直接试验法17

2·2 间接试验法17

2·3 应力加速法17

2·4 温度加速法17

3 蠕变与持久强度试验数据的外推法18

3·1 等温线法18

3·2 时间-温度参数法（T·T·P）18

3·3 最少约束法20

3·4 外推法的评价20

第3章 蠕变和持久强度数据21

1 黑色金属材料的蠕变与持久强度数据21

1·1 铸铁21

1·2 铸钢22

1·3 碳素钢24

1·4 普通低合金钢与合金结构钢26

1·5 耐热钢与不锈钢30

1·6 弹簧钢34

1·7 高温合金36

2 有色金属材料的蠕变与持久强度数据40

2·1 铸造铝合金40

2·2 钛合金40

3 其他国家金属材料的蠕变与持久强度数据42

第4章 蠕变计算55

1 蠕变设计准则55

1·1 蠕变的许用应力〔σ〕Tc55

1·2 持久强度的许用应力〔σ〕Tr57

1·3 高温静应力下的安全系数58

2 单向应力状态的蠕变计算59

2·1 恒定温度、恒定应力情况59

2·2 恒定温度、变动应力情况59

2·3 恒定应力、变化温度情况60

3 三向应力状态的蠕变计算61

4 蠕变-疲劳交互作用下的寿命计算62

4·1 线性累积损伤法62

4·2 应变幅划分法62

4·3 频率修正法64

5 蠕变设计举例64

5·1 透平机械叶片的蠕变计算64

5·2 梁的弯曲蠕变计算65

5·3 受内压厚壁圆筒的蠕变计算67

第5章 应力松弛69

1 应力松弛曲线69

1·1 应力松弛曲线的一般特征69

1·2 应力松弛的经验公式69

2 应力松弛试验70

2·1 拉伸试验法70

2·2 环状试样试验70

3 应力松弛与蠕变的关系71

4 应力松弛的试验数据73

5 应力松弛计算与举例76

5·1 应力松弛计算76

5·2 应力松弛计算举例77

参考文献77

第13篇 可靠性设计3

第1章 可靠性概念、可靠性特征量和可靠性设计程序3

1 可靠性的概念3

2 可靠性特征量3

2·1 可靠度3

2·2 累积失效概率5

2·3 平均寿命5

2·4 可靠寿命和中位寿命5

2·5 失效率和失效率曲线6

2·5·1 失效率6

2·5·2 失效率曲线7

2·6 可靠性特征量间的关系9

3 维修性特征量10

3·1 维修度10

3·2 修复率10

3·3 平均修复时间10

3·4 维修性和可靠性特征量对应关系10

4 有效性特征量11

4·1 有效度的意义11

4·2 有效度种类12

4·3 单元的有效度12

5 可靠性设计程序和手段13

第2章 可靠性数据的图分析法17

1 可靠性试验种类17

2 可靠性中常用的概率分布17

3 频数、频率直方图和近似分布图23

4 累积分布函数的估计25

5 用正态概率纸的分析法34

6 用对数正态概率纸的分析法36

7 用威布尔概率纸的分析法41

7·1 两参数威布尔分布41

7·2 三参数威布尔分布43

7·3 分组最小值寿命试验的分析法45

8 中止寿命试验的分析法47

第3章 可靠性数据的数值分析法50

1 回归分析法50

1·1 基本关系式50

1·2 几种常用概率分布的变换关系51

1·3 概率分布的回归分析法51

2 分布类型的假设检验52

2·1 X2检验法53

2·2 K-S检验法54

3 指数分布的数值分析55

3·1 指数分布的拟合性检验55

3·2 指数分布的参数估计和可靠度56

4 正态分布的数值分析58

4·1 正态分布的拟合性检验58

4·2 正态分布完全样本参数估计60

4·3 正态分布截尾寿命试验的参数估计60

4·3·1 极大似然估计60

4·3·2 最佳线性无偏估计61

4·3·3 简单线性无偏估计61

4·4 正态分布可靠寿命和可靠度的估计61

5 对数正态分布的数值分析法82

6 威布尔分布的数值分析84

6·1 威布尔分布的拟合性检验85

6·2 威布尔分布的参数估计86

、6·2·1 矩法估计86

6·2·2 极大似然估计86

6·2·3 最佳线性无偏估计和简单线性无偏估计88

6·3 威布尔分布的可靠度和可靠寿命88

7 可靠性的非参数分析112

第4章 系统的可靠性116

1 不可修复系统的可靠性116

1·1 可靠性模型116

1·1·1 串联系统116

1·1·2 并联系统116

1·1·3 混联系统117

1·1·4 表决系统118

1·1·5 旁联系统118

1·1·6 复杂系统119

1·2 系统的可靠性特征量120

1·3 有贮备的系统121

2 可修复系统的可靠性122

3 可靠性预计126

3·1 可靠性预计的目的126

3·2 可靠性预计的方法126

3·2·1 设计初期的概略预计法126

3·2·2 数学模型法126

3·2·3 上下限法127

3·2·4 蒙特卡洛模拟法128

4 可靠性分配129

4·1 可靠性分配的原则129

4·2 可靠性分配的方法129

4·2·1 等分配法129

4·2·2 再分配法130

4·2·3 比例分配法130

4·2·4 综合评分分配法132

4·2·5 动态规划分配法132

5 失效模式、效应及危害度分析（FMECA）135

5·1 基本概念135

5·2 分析的过程和方法135

6 故障树分析（FTA）138

6·1 基本概念138

6·2 故障树的建立140

6·3 故障树的定性分析141

6·4 故障树的定量分析144

6·4·1 顶事件发生的概率144

6·4·2 重要度145

7 设计评审147

7·1 一般概念和要求147

7·2 设计评审点的设置147

7·3 设计评审组147

7·4 设计评审检查清单148

7·5 设计评审程序148

7·6 设计评审资料要求149

第5章 概率设计151

1 应力-强度模型求可靠度151

1·1 应力-强度模型151

1·2 应力-强度模型求可靠度的一般公式151

1·3 数值积分法求可靠度153

1·4 图解法求可靠度154

1·5 极限状态法求可靠度156

1·5·1 多个正态变量的情况156

1·5·2 非正态变量的情况157

1·6 可靠度的置信下限159

2 可靠度与安全系数161

3 随机变量函数的均值和标准差的近似计算163

3·1 泰勒展开法163

3·2 变异系数法164

3·3 基本函数法164

4 机械强度的概率设计168

4·1 应力和载荷168

4·2 几何尺寸169

4·3 材料强度特性169

4·4 计算系数171

4·5 静强度的概率设计172

4·5·1 正态分布的设计法173

4·5·2 非正态分布的设计法175

4·6 疲劳强度的概率设计177

4·6·1 零件的疲劳强度178

4·6·2 按p-S-N线图的疲劳强度计算182

4·6·3 按3s-S-N线图的疲劳强度计算184

4‘6·4按3s-σm-σa线图的疲劳强度计算186

4·6·5 按等效应力的疲劳强度计算190

4·6·6 受复合应力的计算法191

4·6·7 受不稳定变应力的疲劳强度计算192

4·6·8 疲劳寿命的可靠性预计196

5 其他失效形式的概率设计198

5·1 断裂韧性的概率设计198

5·1·1 静载抗断裂的可靠度198

5·1·2 变载抗断裂的可靠度201

5·1·3 变载抗断裂的可靠寿命202

5·2 刚度的概率设计203

5·3 磨损的概率设计204

5·3·1 磨损和磨损寿命曲线204

5·3·2 抗磨损的可靠度和可靠寿命206

5·4 腐蚀的概率设计206

第6章 蒙特卡洛模拟法的应用208

1 概述208

2 随机数的产生208

2·1 〔0，1〕区间均匀分布随机数的产生209

2·1·1 随机数表法209

2·1·2 伪随机数法211

2·2 特殊随机数的产生212

3 应用举例214

3·1 求随机变量函数的分布214

3·2 按应力-强度模型验算可靠度215

3·3 在系统可靠性中的应用216

3·4 求可靠度的置信限218

参考文献219

第14篇 优化设计3

第1章 机械优化设计的基本概念3

1 机械设计，计算机辅助设计与优化设计3

2 优化设计的数学模型3

3 优化设计的计算机程序及其应用4

4 优化方法及机械优化问题的分类5

4·1 设计参数优化与总体方案优化5

4·2 数学优化方法5

4·3 数学规划5

4·4 动态规划和几何规划6

5 数学规划问题的基本概念及数学基础6

5·1 设计空间6

5·2 目标函数的等值线（面）6

5·3 函数的一阶导数向量、二阶导数矩阵及泰勒展开式7

5·4 无约束极值问题的最优解条件7

5·5 可行域的概念8

5·6 等式约束极值问题的最优解必要条件——Lagrange（拉格朗日）法则8

5·7 不等式约束极值问题的最优解必要条件——Kuhn-Tucker（库恩-特克）条件9

6 非线性规划数值算法的基本思想10

7 建立优化设计数学模型的过程11

8 优化设计数学模型的几个问题12

8·1 数学模型的尺度变换12

8·2 多目标优化设计13

8·3 含离散型设计变量的优化设计13

第2章 最优化计算方法14

1 一维搜索计算方法14

1·1 确定搜索区间的进退法14

1·2 黄金分割法（0．618法）15

1·3 二次插值法16

2 无约束极值问题的解法17

2·1 运用导数信息的算法17

2·1·1 梯度法17

2·1·2 牛顿法18

2·1·3 BFGS变尺度法和DFP变尺度法19

2·2 不用导数信息的算法20

2·2·1 坐标轮换法20

2·2·2 共轭方向法20

2·2·3 Powell共轭方向法21

3 线性规划22

3·1 线性规划的应用数学模型22

3·2 线性规划问题的图解法23

3·3 线性规划数学模型的标准形式24

3·3·1 标准形式24

3·3·2 将一般形式化为标准形式的方法24

3·4 解线性规划问题的单纯形法25

3·4·1 基本解、基本可行解和最优基本可行解25

3·4·2 单纯形法的基本步骤25

3·5 两阶段单纯形法26

3·5·1 人工变量26

3·5·2 第一阶段算法26

3·5·3 第二阶段算法26

3·6 修正单纯形法27

3·6·1 单纯形法的矩阵表示27

3·6·2 修正单纯形法27

4 约束非线性规划计算方法28

4·1 概述28

4·2 构造线性规划子问题29

4·2·1 广义简约梯度法29

4·2·2 投影梯度法31

4·3 构造无约束极值子问题32

4·3·1 外点法32

4·3·2 内点法33

4·3·3 混合罚函数法35

4·3·4 增广乘子法35

4·3·5 精确罚函数法36

4·4 构造二次规划子问题36

4·4·1 Powell型序列二次规划法36

4·4·2 Biggs型序列二次规划法37

4·4·3 二阶导数信息矩阵Hk和Bk的修正公式38

4·4·4 不精确一维搜索策略38

4·5 直接方法39

4·5·1 随机试验法39

4·5·2 复合形法40

第3章 常用机构及机械零部件优化设计的散学模型41

1 平面连杆机构优化设计的数学模型41

1·1 连杆机构优化设计的一般问题41

1·1·1 运动学的优化设计41

1·1·2 动力学的优化设计41

1·2 蟹爪式装载机扒取机构的优化设计41

1·2·1 扒取机构的运动学分析41

1·2·2 优化设计的数学模型42

1·3 四杆变幅机构的优化设计43

1·3·1 基本计算公式43

1·3·2 优化设计的数学模型44

1·4 实例45

2 盘形凸轮机构优化设计的数学模型47

2·1 基本计算公式47

2·1·1 凸轮机构升程瞬时效率计算公式47

2·1·2 凸轮机构接触强度计算公式48

2·2 优化设计数学模型49

2·2·1 设计变量49

2·2·2 目标函数49

2·2·3 约束函数49

2·3 优化设计程序框图49

2·4 实例49

3 齿轮传动优化设计的数学模型54

3·1 齿轮传动的基本计算公式54

3·1·1 渐开线圆柱齿轮传动的接触和弯曲强度计算式54

3·1·2 渐开线圆柱齿轮传动的胶合承载能力计算式55

3·1·3 锥齿轮接触和弯曲疲劳强度计算公式55

3·2 齿轮传动优化设计的数学模型56

3·2·1 设计变量56

3·2·2 目标函数56

3·2·3 约束函数56

3·3 参数圆整和标准化的处理方法59

3·4 齿轮传动优化设计的程序结构60

3·5 数学模型与优化计算的联接60

4 流体动压滑动轴承优化设计的数学模型61

4·1 轴承的几何参数和计算公式61

4·2 圆柱轴承和椭圆轴承性能计算基本公式63

4·3 动压滑动轴承优化设计的数学模型63

4·3·1 设计变量63

4·3·2 目标函数63

4·3·3 约束函数64

4·4 流体动压滑动轴承优化设计的求解方法和程序框图64

4·4·1 插值法64

4·4·2 曲线的拟合65

4·4·3 程序框图65

4·5 实例66

5 圆柱螺旋弹簧优化设计的数学模型68

5·1 基本计算公式68

5·2 主要验算公式68

5·3 结构尺寸计算公式69

5·4 两层并列式压缩组合螺旋弹簧的计算公式70

5·5 优化设计的数学模型70

5·5·1 设计变量70

5·5·2 目标函数70

5·5·3 约束函数70

5·6 程序结构框图71

5·7 实例71

6 定轴式齿轮减速器优化设计数学模型73

6·1 齿轮传动的计算73

6·2 轴的计算73

6·3 滚动轴承的计算74

6·4 优化设计的数学模型75

6·4·1 设计变量75

6·4·2 目标函数75

6·4·3 约束函数75

6·5 定轴式齿轮减速器优化设计的程序结构75

6·6 实例76

7 2K-H行星轮系（负号机构）优化设计的数学模型85

7·1 基本原理85

7·2 基本计算公式86

7·2·1 传动比分配的计算公式86

7·2·2 配齿计算的有关公式87

7·2·3 变位系数选择的有关计算公式87

7·3 优化设计的数学模型88

7·3·1 设计变量88

7·3·2 目标函数88

7·3·3 约束函数88

7·4 参数圆整和圆整后的配齿89

7·5 优化程序框图89

7·6 实例90

8 齿轮变速箱优化设计的数学模型93

8·1 确定传动方案93

8·2 优化设计的数学模型93

8·2·1 设计变量93

8·2·2 目标函数94

8·2·3 约束函数94

8·3 优化设计的程序框图96

8·4 实例96

9 优化设计实例98

第4章 机械系统的优化设计102

1 结构系统的优化设计102

1·1 结构优化设计概述102

1·2 结构优化设计简例—数学模型及计算方法102

1·3 形状优化设计103

1·4 结构系统优化设计的一般提法104

1·5 优性准则方法及混合结构优化方法105

1·5·1 优性准则法105

1·5·2 满应力设计105

1·5·3 混合结构优化方法106

2 动态系统的优化设计106

2·1 动态机械系统优化设计简例106

2·2 动态机械系统优化设计的数学模型107

2·3 动态系统优化设计的计算方法108

2·3·1 离散化非线性规划方法108

2·3·2 状态空间方法108

3 设计方案的最优决策109

3·1 系统工程和机械系统方案优化设计数学模型109

3·1·1 系统方案优化设计数学模型109

3·1·2 相似系统的动力学模型110

3·2 人机交互式方案优化设计111

3·3 人工智能（专家系统）技术与方案优化设计111

3·3·1 方案优化设计专家系统111

3·3·2 方案设计专家系统的关键技术111

参考文献112

第15篇 失效分析和故障诊断3

第1章 概述3

1 常用术语3

2 机械产品的失效（故障）类型及影响因素3

2·1 失效类型3

2·1·1 机器或系统的失效类型3

2·1·2 零部件失效类型3

2·2 失效的基本影响因素4

2·2·1 设计因素4

2·2·2 制造工艺因素4

2·2·3 装配调试因素5

2·2·4 材质因素5

2·2·5 运转维修因素5

3 失效分析的基本内容与故障诊断的基本类型5

3·1 失效分析的基本内容5

3·1·1 失效分析对象与作用5

3·1·2 失效分析工作三要素6

3·1·3 失效分析与其他学科的关系6

3·2 故障诊断的基本类型7

3·2·1 性能诊断和运行诊断7

3·2·2 定期诊断和在线监测7

3·2·3 直接诊断和间接诊断7

3·2·4 常规诊断和特殊诊断7

3·2·5 简易诊断和精密诊断7

4 失效分析的基本思路与方法7

4·1 失效分析的一般思路7

4·2 失效分析系统工程方法8

4·3 失效分析的一般过程与步骤9

4·3·1 失效对象的现场调查9

4·3·2 现场初步分析10

4·3·3 检测试验、查清失效原因10

4·3·4 提出结论与报告11

第2章 金属断裂与断口分析12

1 金属断裂的基本概念12

1·1 金属的裂纹、断裂与断口12

1·1·1 金属的裂纹与断裂12

1·1·2 断口与断口分析的重要作用12

1·2 金属断裂的基本类型12

1·2·1 按金属断裂处宏观塑变量分12

1·2·2 按断裂发展途径分12

1·2·3 按断口取向与所受外力方向的关系分12

1·2·4 按微观断裂机制分13

1·3 金属断口基本组成与特征13

1·3·1 金属断口的三要素13

1·3·2 断口要素的影响因素14

2 金属零件的脆性断裂16

2·1 基本特点16

2·1·1 低应力断裂16

2·1·2 裂纹源16

2·1·3 韧性转变脆性16

2·1·4 宏观断口形貌16

2·2 微观机理16

2·2·1 解理断裂16

2·2·2 准解理断裂17

3 金属零件的过载断裂18

3·1 韧窝的形成和性质18

3·2 韧窝的类型与应力状态18

3·2·1 正交韧窝18

3·2·2 剪切韧窝18

3·2·3 撕裂韧窝18

4 金属零件的疲劳断裂19

4·1 疲劳断裂的基本类型19

4·1·1 按疲劳断裂的不同产生基因分19

4·1·2 按疲劳断裂寿命分19

4·2 疲劳断口的宏观形貌特征20

4·2·1 疲劳断口三区的宏观一般特征20

4·2·2 加载类型对疲劳断口三区的影响20

4·3 疲劳断口的微观形貌特征23

4·3·1 疲劳源的典型微观特征23

4·3·2 疲劳扩展区的微观结构23

4·3·3 瞬断区的微观形貌特征25

4·4 疲劳断口定量分析25

4·4·1 基本思路25

4·4·2 v与da／dN25

4·4·3 da／dN、△K与Nf26

5 金属零件的环境致断26

5·1 应力腐蚀破裂26

5·1·1 应力腐蚀破裂的特点和影响因素26

5·1·2 应力腐蚀破裂的断口特征29

5·2 氢脆30

5·2·1 氢脆的特点与一般影响因素30

5·2·2 氢脆的主要类型及其预防措施31

5·2·3 氢脆的断口形貌特征33

5·3 蠕变断裂34

5·3·1 蠕变断裂的特点和影响因素34

5·3·2 蠕变断裂的裂纹状态与断口形貌35

6 金属零件的裂纹分析36

6·1 金属零件裂纹的基本类型与特点36

6·2 裂纹源的位向38

6·2·1 裂源的宏观位向38

6·2·2 裂源的微观局部位向40

第3章 表面损伤及变形失效41

1 磨损失效分析41

1·1 磨损与磨损失效41

1·1·1 磨损概念41

1·1·2 磨损量、度与耐磨性41

1·1·3 磨损失效41

1·2 磨损失效的基本类型42

1·2·1 粘着磨损42

1·2·2 磨粒磨损42

1·2·3 表面疲劳磨损42

1·2·4 冲蚀磨损43

1·2·5 腐蚀磨损43

1·2·6 气蚀磨损43

1·3 磨损失效的基本影响因素43

1·3·1 摩擦副材质对磨损失效的影响43

1·3·2 工况参数对磨损失效的影响45

1·4 磨损失效的分析方法48

1·4·1 特点48

1·4·2 磨损失效分析的一般步骤51

1·4·3 磨损失效分析手段51

2 腐蚀失效分析53

2·1 腐蚀与腐蚀失效53

2·1·1 腐蚀的概念53

2·1·2 金属腐蚀的化学和电化学过程53

2·1·3 金属腐蚀程度的表示法及腐蚀失效53

2·2 腐蚀失效的基本类型和影响因素54

2·2·1 大气腐蚀54

2·2·2 土壤腐蚀55

2·2·3 海水腐蚀56

2·2·4 均匀腐蚀56

2·2·5 点腐蚀（穴点腐蚀）57

2·2·6 缝隙腐蚀58

2·2·7 接触腐蚀58

2·2·8 晶间腐蚀58

2·3 腐蚀失效分析方法59

2·3·1 现场检测注意事项59

2·3·2 腐蚀表面检析60

2·3·3 反馈腐蚀试验60

2·4 防腐措施60

2·4·1 采用表面防护技术60

2·4·2 正确选用金属材料与表面状态61

2·4·3 改善介质的抗腐蚀条件61

2·4·4 电偶作用防腐62

2·4·5 采用合理的防蚀结构设计63

3 畸变失效分析64

3·1 畸变和畸变失效64

3·1·1 畸变64

3·1·2 畸变失效64

3·2 畸变失效的基本类型65

3·2·1 弹性畸变失效65

3·2·2 塑性畸变66

3·2·3 翘曲畸变66

3·3 畸变失效分析方法67

第4章 金属零件失效及预防69

1 轴的失效及预防69

1·1 轴的失效类型69

1·2 失效轴的检验69

1·3 某大型减速机齿轮轴的断裂分析70

1·3·1 轴的断口分析70

1·3·2 轴的力学分析71

1·3·3 轴的理化检验和分析72

1·3·4 轴断裂原因、机理与预防轴断裂的对策72

2 螺纹联接件的失效及预防73

2·1 螺纹联接件的失效类型73

2·2 高强度工件螺纹止动台的断裂分析73

2·2·1 断裂原因分析73

2·2·2 材料的分析与试验74

2·2·3 结论与措施75

3 齿轮的失效及预防75

3·1 齿轮的失效类型75

3·2 某轧钢厂2300轧机主减速器双圆弧齿轮断齿分析75

3·2·1 齿轮断裂的检查与分析78

3·2·2 双圆弧齿轮试验及其结论80

3·2·3 结论与措施81

4 滚动轴承的失效及预防81

4·1 滚动轴承的失效类型81

4·2 因轴承和轴不对中引起轴承的失效83

4·3 亚表面金属缺陷引起轴承构件的失效84

4·3·1 轴承损伤情况及检验84

4·3·2 分析及结论85

第5章 设备故障诊断与预防87

1 诊断技术87

1·1 故障诊断技术87

1·1·1 状态监测87

1·1·2 识别诊断87

1·1·3 决策预防87

1·2 振动诊断技术88

1·3 声诊断技术88

1·3·1 声和噪声诊断法88

1·3·2 超声波诊断法88

1·3·3 声发射诊断法88

1·4 温度诊断技术89

1·5 铁谱分析技术89

1·6 其他诊断技术89

1·6·1 振声诊断（Vibroacoustical Diagnosis）89

1·6·2 光诊断技术89

2 信号采集89

2·1 信号采集技术89

2·1·1 振动信号的采集方法90

2·1·2 声信号采集方法90

2·1·3 温度信号采集方法90

2·1·4 铁谱分析中的油样采集方法91

2·1·5 其他诊断技术中的信号采集方法91

2·2 传感器92

2·2·1 传感器分类92

2·2·2 常用传感器92

3 信号处理93

3·1 信号的预处理94

3·1·1 滤波处理94

3·1·2 相加平均法94

3·1·3 包络处理95

3·2 以快速傅里叶变换（FFT）技术为基础的相关分析与谱分析95

3·2·1 确定性信号的数据处理96

3·2·2 随机信号的数据处理96

3·3 时间序列法数据处理97

3·4 其他信号处理的方法100

3·4·1 温度信号处理方法100

3·4·2 光信号处理方法100

3·4·3 声的信号处理100

4 故障诊断系统101

4·1 诊断方法与特征参数101

4·2 诊断用标准谱数据库102

4·3 监测与诊断系统实例103

4·3·1 650轧机轧制力矩在线监测系统103

4·3·2 旋转机械在线监测系统103

4·3·3 造纸工艺流程系统的在线监测103

4·3·4 齿轮减速器的综合监测诊断系统104

4·4 故障诊断的专家系统104

4·4·1 知识库（Knowledge Base）104

4·4·2 推理机（Inferenca Engine）104

4·4·3 数据库（Data Base）104

4·4·4 解释程序（Explication Program）104

4·4·5 知识获取程序（Knowledge Acquaintion Program）105

5 故障预防105

5·1 故障预防技术105

5·2 机械设备维修原则105

5·2·1 维修工作三要素105

5·2·2 生产系统的时间因素及维修时间105

5·2·3 维修原则的确定105

5·2·4 设备维修后勤功能分析和配置107

5·2·5 生产系统功能分析107

5·3 机器设备故障隐患消除107

参考文献108

第16篇 机械设计工程数据库3

引言3

第1章 一般数据库系统概念4

1 实体、信息、数据4

1·1 有关实体的术语4

1·2 有关信息的术语4

1·3 有关数据的术语4

2 数据库系统结构5

2·1 数据库5

2·2 数据库系统5

3 数据库管理系统（DBMS）6

3·1 DBMS的目标与作用6

3·2 分层抽象与变换6

3·2·1 三级结构7

3·2·2 两级变换与两级数据独立性7

3·3 DBMS组成8

3·3·1 数据描述语言8

3·3·2 数据操纵语言8

3·3·3 DBMS内核9

3·4 自含式与宿主式DBMS9

3·4·1 自含式 DBMS9

3·4·2 宿主式 DBMS9

4 各级用户对数据库的使用方式9

4·1 初等用户9

4·2 应用程序员10

4·3 数据库管理员10

第2章 数据模型11

1 概述11

1·1 实体间的联系11

1·2 数据模型概念11

1·3 数据模型的发展11

2 图形系统的几何数据模型11

2·1 线框模型12

2·2 表面模型12

2·3 立体模型13

2·4 几何造型的表示方式14

2·4·1 结构立体几何（CSG）14

2·4·2 边界表示法（B-rep）15

3 经典数据模型15

3·1 关系模型15

3·2 网状模型16

3·3 层次模型17

3·4 关系，网状模型的结合17

4 面向对泉的语义数据模型18

4·1 面向对象系统的基本概念18

4·1·1 对象与对象类18

4·1·2 对象类之间的联系18

4·1·3 CAD数据库的语义概念模式实例19

4·2 实体联系（E-R）模型20

4·3 函数数据模型21

4·4 CAD／CAM专用的一种自描述数据模型22

4·5 一个CAD数据模型：FLOREAL24

4·5·1 数据库结构24

4·5·2 FLORFAL术语24

4·5·3 FLORFAL图形数据库定义与操作实例25

第3章 机械产品CAD／CAM系统中的数据管理27

1 CAD／CAM系统及其数据库27

1·1 CAD27

1·2 CAM28

1·3 机械产品CAD／CAM数据内容及行为特征28

1·3·1 计算机辅助设计的行为特征28

1·3·2 机械产品CAD／CAM数据29

1·4 工程数据库的特点及其在CAD／CAM中的地位与作用30

1·4·1 工程数据库的特点30

1·4·2 工程数据库的地位与作用31

1·5 工程数据库集成CAD／CAM子系统的方法31

2 CAD／CAM中的数据（库）管理系统33

2·1 CAD／CAM对工程数据库管理系统的要求34

2·2 实用CAD／CAM工程数据（库）管理系统分类35

2·2·1 计算机辅助图形设计系统（CAGD）35

2·2·2 图形、非图形数据集成管理系统35

2·2·3 图形、非图形数据分离管理系统35

2·3 CAD／CAM工程数据（库）管理系统的开发方法35

第4章 关系与网状数据库37

1 关系及基本概念37

1·1 基本术语37

1·2 关系数据库模式及视图描述38

2 关系数据操纵语言基础39

2·1 几种基本关系运算39

2·1·1 乘积（Product）39

2·1·2 投影（Projection）39

2·1·3 选择（Selection）39

2·1·4 联接（Join）与自然联接（Natural Join）39

2·2 实际关系系统中的操纵语言40

3 网状数据库基础40

3·1 DBTG系统结构41

3·2 DBTG系统的几个重要概念41

3·2·1 系41

3·2·2 域41

3·2·3 数据库码42

3·2·4 当前值42

3·3 网状结构42

3·3·1 网状结构分类42

3·3·2 转换为DBTG能直接处理的网状结构43

3·4 DBTG数据描述语言45

3·5 DBTG数据操纵语言46

第5章 数据（库）管理软件产品48

1 通用数据库管理系统48

1·1 概述48

1·2 数据库语言SQL标准49

1·3 ORACLE50

1·4 VAX Rdb／VMS51

1·5 dBASE Ⅱ／Ⅲ53

2 CAD／CAM专用数据库管理系统55

2·1 TORNADO55

2·1·1 TORNADO系统的应用55

2·1·2 TORNADO系统的特点55

2·2 PHIDAS56

2·2·1 PHILIKON系统56

2·2·2 PHIDAS中几何数据的描述57

2·2·3 PHIDAS的使用方式58

3 绘图软件包与几何造型系统59

3·1 微机上的绘图软件包59

3·2 实用几何造型系统60

3·3 图形（数据库）的用户接口60

3·3·1 交互式图形命令语言61

3·3·2 图形程序设计语言62

3·3·3 PADL中的形体描述与运算62

3·3·4 TIPS中的形体描述与运算63

4 CAD／CAM成套系统64

4·1 成套系统产品简介64

4·1·1 APOLLO公司的DOMAIN系统64

4·1·2 CALMA公司的DDM／DIME-NSION Ⅲ与PRISM／DDM系统64

4·1·3 CDC公司的ICEM系统65

4·1·4 CV公司的CDS4000CAD／CAM系统及CADDS、MEDUSA系统66

4·1·5 GST公司的SABRE 5000系统67

4·1·6 HP公司的成套系统67

4·1·7 Intergraph公司的成套系统67

4·1·8 ND公司的ND-TECHNOVI-SION系统68

4·1·9 SIEMENS公司的CADIS系统68

4·1·10 其他系统68

4·2 CADAM系统68

4·2·1 运行环境68

4·2·2 CADAM的功能特点68

4·2·3 CADAM中的数据管理机构及数据库69

4·3 BRAVO系统69

4·3·1 BRAVO概述70

4·3·2 使用方式71

4·3·3 数据库管理机构71

第6章 支持CAD／CAM一体化的数据库设计73

1 概述73

1·1 一般数据库设计步骤73

1·2 一般图形数据库设计基本步骤74

1·3 CAD／CAM数据库设计特点74

1·4 CAD／CAM数据库设计的标准与规范问题75

2 需求与约束分析75

2·1 需求与约束分析的基本内容76

2·2 数据调查76

2·2·1 调查提纲76

2·2·2 非图形数据的调查77

2·3 数据流程图78

2·4 数据采集与处理78

2·4·1 原始数据的采集78

2·4·2 计算机辅助数据处理78

3 CAD系统配置与评价80

3·1 主机80

3·1·1 主机型系统80

3·1·2 32位超级微机工作站80

3·1·3 微型机82

3·2 软件82

4 分离系统一体化支撑环境的建立83

4·1 现状与解决同题的途径83

4·2 Auto CAD的高级语言接口—MICACAD函数库84

4·3 面向工程应用的微机关系数据库管理系统—MEDB 1．085

5 其他设计问题85

5·1 实体联系（E-R）模型的转换86

5·1·1 到关系模型的转换86

5·1·2 到网状模型的转换86

5·2 关系模式规范化86

5·2·1 函数依赖及其他有关术语86

5·2·2 规范化过程87

第7章 机械设计工程数据库设计应用实例89

1 MEDB 1．0／Auto CAD轴承设计校核实例89

1·1 数据库的建立89

1·2 程序编制91

2 轮式拖拉机CAD工程数据库设计规范92

2·1 概述（数据库筹划）92

2·1·1 系统配置及基本接口92

2·1·2 设计目标、技术关键与技术路线93

2·1·3 约束条件94

2·1·4 设计流程95

2·1·5 文档96

2·2 数据需求调查与分析96

2·2·1 目的96

2·2·2 方法与工具96

2·2·3 数据需求调查规范96

2·2·4 数据流程图98

2·2·5 文档98

2·3 概念设计99

2·3·1 目的99

2·3·2 方法与工具99

2·3·3 E-R图99

2·3·4 文档99

2·4 接口安排与系统扩充99

2·4·1 目的99

2·4·2 接口99

2·4·3 图形数据库管理器（GDBM）99

2·4·4 版本管理系统（VCS）99

2·4·5 文档99

2·5 实现设计99

2·5·1 目的99

2·5·2 要求99

2·5·3 方法与工具100

2·5·4 文档100

2·6 系统实现100

2·6·1 目的100

2·6·2 方法与要求100

2·6·3 文档101

2·7 运行与维护101

2·7·1 目的101

2·7·2 方法、工具、要求101

2·7·3 文档101

2·8 组织与计划进度101

3 轮式拖拉机CAD工程数据库设计的实施101

3·1 工作流程与数据流程101

3·2 规范化处理101

3·3 应用程序编制105

3·4 图形库管理器（GDBM）的研制与使用113

3·5 版本控制系统（VCS）的研制与使用114

3·6 通用数据装载工具的研制116

第17篇 计算机辅助设计3

第1章 概论3

1 计算机辅助设计的基本概念3

1·1 机械设计工作中计算机的应用3

1·2 计算机辅助设计3

2 CAD系统硬件6

2·1 有关计算机的基本知识6

2·2 主机6

2·3 外存贮器7

2·4 输入装置7

2·4·1 键盘7

2·4·2 图形输入装置7

2·5 输出装置7

2·5·1 显示器7

2·5·2 绘图机和硬拷贝图形输出设备8

3 CAD系统软件8

3·1 程序设计语言8

3·2 系统软件9

3·3 应用软件9

4 CAD系统配置10

第2章 几何处理和几何造型14

1 图形基本图素生成14

1·1 生成图形的两种最基本图素类型14

1·2 点阵组成直线图素的生成算法14

1·3 点阵组成圆图素的生成算法15

1·4 微机BASIC语言绘图语句16

2 坐标系统18

2·1 世界坐标系18

2·2 设备坐标系18

2·3 规范化设备坐标系18

2·4 齐次坐标系18

3 二维图形变换19

3·1 窗口和视区的匹配变换19

3·2 图形裁剪19

3·3 基本线性变换及其变换矩阵20

3·4 变换的组合21

4 三维变换22

4·1 平移和转动变换22

4·2 平行投影变换22

4·3 透视投影变换22

5 曲线和曲面的数值法表示和拟合25

5·1 三次方样条曲线25

5·1·1 分段内的三次方样条曲线25

5·1·2 分段拟合衔接的连续条件26

5·1·3 端点条件26

5·1·4 拟合举例27

5·2 Bezier曲线27

5·3 B样条曲线28

5·4 双三次曲面29

6 几何造型技术31

6·1 几何模型分类31

6·2 实体几何构建法（CSG）31

6·3 边界表面表示法（B-rep）33

7 透视图中的消隐处理35

7·1 消隐处理中的一些检验计算和判别35

7·2 消除隐藏线算法流程框图举例38

第3章 CAD的分析计算的仿真39

1 设计资料中公式、数表和线图的程序化39

1·1 计算公式的程序化39

1·2 数表的程序化方法39

1·2·1 数表的存贮39

1·2·2 一元数表的查取方法39

1·2·3 二元数表的存取方法41

1·2·4 数表的公式化43

1·3 线图的程序化方法45

2 CAD的数值分析方法及其前后处理45

2·1 CAD中常用的数值分析方法45

2·2 有限元法及其应用软件46

2·3 有限元的数据前处理49

2·3·1 CAD环境中的有限元模型化49

2·3·2 有限元模型化的基本内容49

2·3·3 有限元网格自动生成的方法50

2·4 有限元的数据后处理51

2·4·1 对计算结果的加工处理51

2·4·2 有限元数据的图形表示53

3 CAD中分析软件的联接和接口设计54

3·1 CAD系统的软件集成化54

3·2 CAD中分析软件的联接54

3·2·1 几何造型—有限元联接54

3·2·2 数值计算—优化设计联接54

3·2·3 分析软件的相互联接55

3·3 CAD中的软件接口设计55

4 计算机仿真55

第4章 计算机绘制工程图样和图形软件标准57

1 通用绘图软件包的基本功能57

1·1 基本图形元素57

1·2 基本图形元素组合及图形的编辑和修改58

1·3 辅助作图功能58

1·4 半自动尺寸标注、查询和属性定义功能58

2 计算机绘制工程图样60

2·1 计算机绘制工程图样的优点60

2·2 Auto CAD绘图软件包简介60

2·3 交互绘制工程图样60

2·4 通用图形软件包的用户化二次开发61

3 图形软件标准62

3·1 图形软件的标准化62

3·2 IGES标准64

3·2·1 IGES标准文件中单元64

3·2·2 IGES文件结构64

3·2·3 IGES文件示例65

3·3 DXF文件67

3·3·1 DXF文件结构67

3·3·2 DXF文件实例70

3·4 GKS标准71

3·4·1 GKS的基本概念71

3·4·2 GKS的功能73

第5章 机械产品CAD常用技术和应用程序设计75

1 机械产品CAD程序设计特点和常用技术75

1·1 机械产品CAD程序设计的特点75

1·2 机械产品CAD程序设计中常采用的技术75

1·2·1 交互技术75

1·2·2 模块化技术75

1·2·3 数据库技术75

1·2·4 图形库技术76

2 计算设计程序与数据库的联接应用——键联接件CAD程序设计76

2·1 设计内容及强度校核76

2·2 程序结构及程序设计实现76

2·3 程序运行79

3 高级语言与通用绘图软件包的联接——轴类零件绘图程序设计80

3·1 AutoCAD绘图软件包同高级语言的联接80

3·2 轴类零件辅助绘图程序设计——采用绘图命令文件接口80

3·3 程序运行实例82

3·4 轴类零件辅助绘图程序设计——采用图形交换文件接口83

4 专用图形处理工具软件的程序设计实现84

4·1 工具软件的用途84

4·2 图形数字化述描85

4·3 工具软件程序设计实现及运行实例86

4·3·1 程序设计要求86

4·3·2 主程序段设计86

4·3·3 子程序过程段设计87

4·3·4 运行实例89

5 法兰盘CAD变参数设计绘图软件实现方法90

5·1 法兰盘的设计要求90

5·2 程序设计实现91

5·2·1 法兰盘绘图图形库91

5·2·2 BASIC程序设计实现93

5·2·3 LISP绘图驱动模块设计100

5·3 运行示例102

第6章 人工智能技术在CAD中的应用105

1 概述105

1·1 人工智能及其在CAD中的应用105

1·2 专家系统105

2 建造专家系统的关键技术105

2·1 专家系统的组成105

2·2 知识获取106

2·3 知识表示106

2·3·1 产生式规则106

2·3·2 框架表示法106

2·3·3 特性表表示法107

2·4 推理机制107

2·5 专家系统开发步骤108

2·6 专家系统程序设计语言109

2·6·1 LISP语言109

2·6·2 PROLOG语言109

3 专家系统设计举例109

3·1 问题提出109

3·2 知识库109

3·3 数据库112

3·4 推理机112

3·4·1 正向推理机112

3·4·2 程序设计实现112

3·4·3 专家系统的运行113

第7章 CAD的系统研制和软件工程115

1 CAD中的软件工程115

2 CAD软件工程的一般步骤及文档规范115

2·1 需求分析及其文档规范115

2·2 系统设计及其文档规范116

2·3 程序设计及其文档规范117

2·4 测试考核及其文档规范117

2·5 运行维护及其文档规范118

3 CAD软件工程中常用的方法118

3·1 结构化和模块化程序设计118

3·2 软件设计表现技术118

3·3 局部化原则120

3·4 统一的编程作业标准和编码风格120

3·5 界面设计120

3·6 面向编程的算法121

3·7 磁盘文件的利用121

参考文献121