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第1篇 机械设计总论3

第1章 机械设计3

1 机械设计的地位和遵循原则3

1·1 机械设计是机械产品生产的第一道工序3

1·2 机械设计需遵循的原则3

1·3 机械设计要走自行设计为主的道路3

2 机械设计的任务和分类3

2·1 失效分析3

2·2 产品质量和水平4

2·3 机械设计的分类4

3 机械设计的发展5

3·1 新形势5

3·2 从传统设计到现代设计5

3·3 计算机在现代设计中的地位6

3·3·1 CAD系统6

3·3·2 机电仪一体化6

第2章 机械设计的内容8

1 机械设计的基本要素8

2 强度计算8

2·1 机械零件的失效8

2·2 载荷8

2·3 零件的强度计算9

2·3·1 机械零件的静强度9

2·3·2 机械零件的疲劳强度9

2·3·3 机械零件的接触强度10

2·3·4 机械零件在高温下的强度10

3 摩擦学计算10

3·1 机械零件的摩擦10

3·2 机械零件的磨损11

3·3 机械零件的润滑11

4 材料的选用11

4·1 机械工业的材料消耗11

4·1·1 各种材料消耗比重11

4·1·2 材料消耗预测11

4·1·3 产品对材料性能的要求12

4·1·4 钢材利用率13

4·2 材料的选用原则13

4·2·1 使用要求13

4·2·2 经济要求14

5 工艺性14

6 标准化15

7 经济性15

8 造型设计和人机工程16

8·1 造型设计16

8·2 人机工程16

9 环境保护和安全制度17

9·1 环境保护17

9·2 安全制度17

9·3 安全设计17

9·3·1 控制系统和操纵器18

9·3·2 工作环境18

9·3·3 事故预防18

9·3·4 信号及指示器19

第3章 机械设计的方法20

1 机械设计步骤20

1·1 动向预测20

1·2 方案设计20

1·3 技术设计21

1·4 施工设计22

1·5 试生产22

2 设计方法学22

2·1 机械设计流程24

2·1·1 抽象24

2·1·2 系统化24

2·1·3 黑箱法25

2·1·4 功能分析25

2·1·5 物理效应和解法25

2·1·6 功能综合26

2·1·7 设计原理方案26

2·1·8 构形26

2·2 评价和决策27

3 计算机程序28

参考文献30

第2篇 常用资料和数学公式3

第1章 符号及常用资料3

表2·1-1 拉丁字母3

表2·1-2 希腊字母3

表2·1-3 汉语拼音字母3

表2·1-4 部分国际科技组织的名称4

表2·1-5 国外机械工程部分学会（协会）名称5

表2·1-6 国外机械工程部分期刊名称8

表2·1-7 国内机械工程部分期刊、杂志名称16

表2·1-8 国内外主要检索刊物及检索工具书19

表2·1-9 数学符号20

第2章 常用数据表32

表2·2-1 钢铁硬度与强度换算值（GB1172—74）32

表2·2-2 钢铁洛氏与肖氏硬度对照36

表2·2-3 铜合金硬度与强度换算值（摘自GB3771—83）38

表2·2-4 铝合金硬度与强度换算值之一（摘自GBn166—82）44

表2·2-5 铝合金硬度与强度换算值之二（摘自GBn166—82）46

表2·2-6 常用材料极限强度的近似关系47

表2·2-7 常用材料弹性模量及泊松比47

表2·2-8 金属材料的比热容和导热系数48

表2·2-9 材料线膨〔胀〕系数αl×10-6（1／℃）49

表2·2-10 常用材料的密度49

表2·2-11 松散物料的堆密度和安息角50

表2·2-12 机械传动效率的概略数值50

表2·2-13 常用物理量常数51

第3章 单位及单位换算52

1 几种常见的单位制和我国的法定计量单位52

1·1 厘米·克·秒（CGS）制52

1·2 米·千克·秒（MKS）制52

1·3 米·千克力·秒（MKgfS）制52

1·4 米·千克·秒·安（MKSA）制52

1·5 国际单位制（SI）52

1·6 我国的法定计量单位52

表2·3-1 国际单位制的基本单位52

表2·3-2 国际单位制的辅助单位52

表2·3-3 国际单位制中具有专门名称的导出单位53

表2·3-4 国家选定的非国际单位制单位53

表2·3-5 用于构成十进倍数和分数单位的词头54

2 量纲54

3 单位及单位换算54

表2·3-6 常用物理量符号及其法定单位55

表2·3-7 常用计量单位换算表58

第4章 代数60

1 排列与组合60

1·1 排列60

1·2 组合60

2 二项式公式、多项式公式与因式分解60

2·1 二项式公式60

2·2 多项式公式60

2·3 因式分解60

3 指数与根式61

4 对数61

5 矩阵与行列式61

5·1 矩阵的定义61

5·2 矩阵的运算62

5·3 矩阵的转置与逆矩阵62

5·4 行列式62

5·5 矩阵的三角分解63

5·6 矩阵的分块63

5·7 矩阵的导数与积分64

5·8 一次方程组64

6 代数方程64

6·1 一次方程64

6·2 二次方程65

6·3 高次方程65

7 级数65

7·1 有限级数65

7·1·1 等差级数65

7·1·2 等比级数65

7·1·3 特殊级数之和65

7·1·4 特殊无穷级数66

7·2 幂级数66

7·2·1 二项级数66

7·2·2 指数函数及对数函数的幂级数展开66

7·2·3 三角函数及反三角函数的幂级数展开67

7·2·4 双曲函数及反双曲函数的幂级数展开67

7·3 傅里叶级数67

8 不等式68

第5章 三角函数与双曲函数69

1 三角函数69

1·1 三角函数间的关系69

1·2 和差角公式69

1·3 和差化积公式69

1·4 积化和差公式69

1·5 倍角公式69

1·6 半角公式70

1·7 正弦与余弦的幂70

2 三角形70

2·1 平面三角形70

2·2 球面三角形70

3 反三角函数间的关系71

4 双曲函数72

4·1 双曲函数间的关系72

4·2 双曲函数与三角函数的关系72

第6章 微分73

1 极限与连续73

1·1 数列的极限73

1·2 函数的极限73

1·3 函数的连续性73

1·4 特殊极限值73

2 导数与微分73

2·1 导数、导函数与微分73

2·2 高阶导数74

2·3 偏导数74

2·4 求导公式74

3 中值定理与泰勒展开76

3·1 中值定理76

3·2 泰勒与马克劳林展开76

3·3 不定式的求值法77

3·4 极值77

第7章 积分78

1 不定积分78

1·1 一般公式78

1·2 基本积分公式78

1·3 有理函数的积分78

1·4 无理函数的积分80

1·5 超越函数的积分82

2 定积分84

2·1 一般公式84

2·2 重要定积分85

3 由定积分定义的几个函数87

3·1 Г函数87

3·2 B函数89

3·3 积分指数函数、积分正弦函数、积分余弦函数、菲涅尔函数89

3·4 误差函数，余误差函数90

3·5 ζ函数91

3·6 椭圆积分、椭圆函数91

第8章 微分方程94

1 常微分方程94

1·1 一阶常微分方程94

1·1·1 分离变量型方程94

1·1·2 齐次型方程94

1·1·3 线性方程94

1·1·4 伯努利方程94

1·1·5 全微分方程94

1·1·6 积分因子94

1·1·7 克莱罗方程94

1·1·8 Riccati微分方程94

1·2 二阶常微分方程95

1·2·1 方程中不含Y的情况95

1·2·2 方程中不含x的情况95

1·2·3 线性微分方程95

1·2·4 超几何微分方程96

1·2·5 贝塞尔微分方程96

1·2·6 开尔文微分方程98

1·2·7 勒让德微分方程99

1·2·8 关联勒让德微分方程99

1·3 线性常微分方程100

1·3·1 n阶常系数线性微分方程100

1·3·2 二阶常系数线性微分方程101

1·3·3 欧拉方程101

1·4 常微分方程组102

1·4·1 线性方程组102

1·4·2 关于常系数线性方程组102

1·4·3 非线性常微分方程组103

2 偏微分方程103

2·1 一阶偏微分方程103

2·2 二阶线性偏微分方程104

2·2·1 二阶线性偏微分方程的分类104

2·2·2 分离变量法104

2·2·3 拉普拉斯微分方程105

2·2·4 热传导方程105

2·2·5 波动方程105

2·2·6 三类方程的定解条件105

2·2·7 举例106

2·3 雷诺方程，纳维-斯托克斯方程107

2·3·1 雷诺方程107

2·3·2 纳维-斯托克斯方程107

第9章 矢量与张量108

1 矢量代数108

1·1 矢量的表示108

1·2 矢量的和与差108

1·3 矢量的分量108

1·4 单位矢量、矢量的分量表达式108

1·5 数与矢量的积108

1·6 矢量的标量积108

1·7 矢量的矢量积109

1·8 三个矢量的积109

2 矢量分析109

2·1 导矢109

2·2 标量函数的梯度109

2·3 矢函数的散度109

2·4 矢函数的旋度109

2·5 ？abla算子109

2·6 微分运算间的关系110

3 正交曲线坐标下的梯度、散度与旋度110

3·1 正交曲线坐标110

3·2 正交曲线坐标下的梯度、散度与旋度110

4 矢函数的积分111

4·1 斯托克斯定理111

4·2 高斯定理111

4·3 格林定理111

5 张量111

5·1 矢量与坐标变换、标量111

5·2 张量112

5·3 对称张量的主方向、张量二次曲面112

第10章 几何113

1 面积与体积113

1·1 平面图形的面积及有关线段的计算113

1·1·1 三角形113

1·1·2 四边形113

1·1·3 多边形114

1·1·4 圆114

1·2 立体的体积、表面积、侧面积与几何重心的计算115

1·2·1 棱柱115

1·2·2 旋转体116

1·2·3 椭球体117

1·2·4 正多面体117

1·3 圆锥曲线118

1·3·1 椭圆118

1·3·2 抛物弓形118

2 解析几何118

2·1 平面解析几何118

2·1·1 基本公式118

2·1·2 直线方程及位置关系119

2·1·3 圆119

2·1·4 二次曲线119

2·1·5 其他平面曲线122

2·2 空间解析几何123

2·2·1 基本概念及公式123

2·2·2 平面方程及平面间的位置关系124

2·2·3 直线方程及直线与平面的位置关系125

2·2·4 曲面及曲线125

2·2·5 二次曲面的分类126

2·2·6 二次曲面的性质127

3 微分几何127

3·1 平面曲线127

3·2 空间曲线128

3·3 曲面129

3·3·1 切平面与法线的方程129

3·3·2 曲面的基本量130

3·3·3 高斯公式、温加顿公式130

3·3·4 Meusnier定理130

3·3·5 主曲率、高斯曲率、平均曲率、法曲率131

3·3·6 曲率线131

3·4 常见曲面的基本量及曲率计算131

第11章 复变函数及积分变换133

1 复变函数133

1·1 复数133

1·2 解析函数133

1·2·1 指数函数133

1·2·2 正弦函数及余弦函数133

1·2·3 正切函数，余切函数，正割函数及余割函数133

1·2·4 双曲函数134

1·2·5 对数函数134

1·2·6 反三角函数134

1·2·7 幂函数134

1·3 保角变换134

1·3·1 线性变换134

1·3·2 某些初等函数所构成的保角变换134

1·4 泰勒级数及罗朗级数135

1·4·1 泰勒级数135

1·4·2 罗朗级数135

1·5 积分定理136

1·5·1 一些重要的积分公式136

2 积分变换136

2·1 傅里叶变换136

2·1·1 傅里叶变换136

2·1·2 傅里叶变换的收敛定理137

2·1·3 傅里叶余弦变换137

2·1·4 傅里叶正弦变换137

2·2 拉普拉斯变换137

2·2·1 定义137

2·2·2 常系数线性常微分方程140

2·2·3 渐近展开式141

2·2·4 传递函数141

2·3 梅林变换141

2·4 汉开尔变换142

2·4·1 定义142

2·4·2 导函数的汉开尔变换142

第12章 概率与统计143

1 概率143

1·1 集143

1·2 样本空间与事件143

1·3 概率的定义与性质143

1·3·1 概率的定义143

1·3·2 概率的一些性质143

1·3·3 条件概率144

2 概率分布144

2·1 随机变量与概率分布144

2·2 离散分布144

2·3 连续分布145

2·3·1 概率密度145

2·3·2 数字特性145

2·3·3 连续分布的例子145

2·3·4 数表147

2·3·5 百分位点间的关系148

2·4 二维分布150

2·4·1 二维随机变量的分布函数150

2·4·2 边缘分布150

2·4·3 协方差与相关系数151

2·4·4 独立性151

2·4·5 正态分布151

2·5 n个随机变量的情况151

3 母函数151

4 大数定律与中心极限定理152

4·1 大数定律152

4·2 中心极限定理152

5 随机过程153

5·1 马尔可夫过程153

5·2 普阿松过程154

5·3 随机过程的数字特征154

5·4 平稳随机过程155

5·5 各态历经性155

6 最小二乘法156

7 统计156

7·1 统计推断156

7·2 点估计157

7·2·1 估计法157

7·2·2 估计法的选择157

7·3 假设检验158

7·4 区间估计158

7·5 各种情况的估计与检验公式158

7·5·1 一个正态分布的情况158

7·5·2 二个正态分布的情况159

7·6 回归分析159

7·6·1 线性回归159

7·6·2 回归直线的求法159

7·6·3 回归直线的检验159

7·6·4 非线性回归160

7·7 正交试验设计161

第13章 数值计算165

1 计算方法165

1·1 误差165

1·2 插值法165

1·3 差分与等步节点插值公式165

1·4 三次样条插值166

1·5 多元函数的插值公式167

2 数值微分与积分167

2·1 数值微分167

2·2 数值积分168

2·2·1 牛顿-柯特斯公式168

2·2·2 高斯求积公式169

3 重积分170

4 函数逼近170

4·1 范数170

4·2 系数的确定170

4·2·1 带权的正交函数列170

4·2·2 最佳逼近171

5 线性代数方程组的数值解法172

5·1 直接解法172

5·1·1 高斯消元法172

5·1·2 平方根法173

5·1·3 解三对角线性方程组的追赶法173

5·2 迭代法174

5·2·1 雅可比法174

5·2·2 高斯-塞德尔法174

5·2·3 超松弛法（SOR法）174

5·2·4 最速下降法174

5·2·5 共轭梯度法175

5·3 矩阵特征值问题的数值解法175

5·3·1 雅可比法176

5·3·2 QR法176

6 高次代数方程的数值解法176

6·1 代数方程的一般性质176

6·2 求根的近似值177

7 非线性方程组的数值解法178

7·1 迭代法178

7·2 牛顿迭代法178

8 常微分方程的数值解法178

8·1 一阶常微分方程的初值问题178

8·2 微分方程组与高阶微分方程的数值解法179

8·2·1 一阶常微分方程组179

8·2·2 n阶常微分方程的初值问题179

9 偏微分方程的数值解法179

9·1 拉普拉斯方程的差分法179

9·2 热传导方程的差分法180

9·3 波动方程的差分法181

参考文献181

第3篇 机械工程材料3

第1章 概论3

1 机械工程材料的种类3

2 机械工程材料的主要机械、物理性能的符号和单位3

3 国内外常用金属材料牌号对照3

第2章 铸铁和铸钢26

1 铸铁和铸钢牌号表示方法26

1·1 铸铁牌号表示方法26

1·2 铸钢牌号表示方法26

2 铸铁27

2·1 灰铸铁27

2·2 可锻铸铁30

2·3 球墨铸铁31

2·4 冷硬铸铁12

2·5 耐磨铸铁33

2·6 机床零件用耐磨铸铁34

2·7 汽缸套用耐磨铸铁35

2·8 活塞环用耐磨铸铁36

2·9 耐热铸铁37

3 铸钢38

3·1 一般工程用铸造碳钢38

3·2 合金铸钢39

3·3 耐磨铸钢41

3·4 耐热铸钢41

3·5 不锈耐酸铸钢42

3·5·1 不锈耐酸钢铸件42

3·5·2 工程结构用中、高强度不锈钢铸件45

3·5·3 不锈铸钢45

第3章 钢47

1 钢产品牌号的表示方法47

2 普通碳素结构钢50

3 普通低合金结构钢52

4 优质碳素结构钢55

5 合金结构钢90

5·1 合金调质钢90

5·2 合金渗碳钢90

6 弹簧钢103

7 滚动轴承钢105

8 碳素工具钢108

9 合金工具钢109

10 保证淬透性结构钢113

11 低淬透性含钛优质碳素结构钢115

12 高耐候性结构钢115

13 焊接结构用耐侯钢116

14 冷镦钢117

15 矿用钢119

16 造船用结构钢119

17 桥梁用结构钢121

18 易切削钢122

19 耐热钢123

第4章 钢铁型材、板材、管材和线材135

1 型材135

1·1 热轧圆钢和方钢135

1·2 热轧六角钢和八角钢137

1·3 热轧扁钢138

1·4 热轧等边角钢140

1·5 热轧不等边角钢144

1·6 热轧普通工字钢147

1·7 热轧普通槽钢149

1·8 等边弯曲角钢151

1·9 等边弯曲槽钢152

1·10 焊接H型钢153

1·11 轻型焊接H型钢156

1·12 冷拉圆钢157

1·13 冷拉方钢158

1·14 冷拉六角钢160

1·15 不锈钢冷加工钢棒161

1·16 银亮钢圆钢163

2 钢板和钢带165

2·1 热轧钢板165

2·2 优质碳素结构钢、普通碳素结构钢和普通低合金结构钢热轧厚钢板167

2·3 压力容器用碳素钢及普通低合金钢热轧厚钢板167

2·4 低温压力容器用低合金钢厚钢板168

2·5 不锈耐酸及耐热钢厚钢板169

2·6 桥梁用碳素钢及普通低合金钢钢板171

2·7 汽车制造用优质碳素结构钢热轧厚钢板172

2·8 冷轧钢板和钢带173

2·9 优质碳素结构钢薄钢板174

2·10 普通碳素结构钢和低合金结构钢薄钢板176

2·11 弹簧钢热轧薄钢板176

2·12 合金结构钢薄钢板176

2·13 热镀铅合金冷轧碳素薄钢板177

2·14 单张热镀锌薄钢板178

2·15 不锈耐酸及耐热钢薄钢板179

2·16 花纹钢板180

2·17 弹簧钢热轧平面扁钢181

2·18 热连轧钢板和钢带品种183

2·19 一般结构用热连轧钢板和钢带184

2·20 连续热镀锌薄钢板和钢带184

2·21 压力容器用热轧钢带187

2·22 普通碳素结构钢热轧钢带187

2·23 普通碳素结构钢冷轧钢带187

2·24 优质碳素结构钢冷轧钢带188

2·25 低碳钢冷轧钢带189

2·26 弹簧钢、工具钢冷轧钢带191

2·27 热处理弹簧钢带192

2·28 冷轧不锈耐热钢带195

3 钢管196

3·1 无缝钢管196

3·2 不锈钢无缝钢管198

3·3 不锈钢小直径钢管200

3·4 不锈耐酸钢板薄壁无缝钢管201

3·5 冷拔或冷轧精密无缝钢管202

3·6 低中压锅炉用无缝钢管204

3·7 冷拔无缝异型钢管205

3·8 直径5～152mm电焊钢管218

3·9 低压流体输送用焊接钢管220

4 钢丝221

4·1 冷拉圆钢丝221

4·2 一般用途低碳钢丝222

4·3 一般用途热镀锌低碳钢丝223

4·4 重要用途低碳钢丝223

4·5 优质碳素结构圆钢丝224

4·6 冷顶锻用碳素结构钢丝224

4·7 冷顶锻用合金结构钢丝225

4·8 碳素弹簧钢丝226

4·9 油淬火-回火碳素弹簧钢丝227

4·10 油淬火-回火硅锰合金弹簧钢丝227

4·11 合金结构钢丝228

4·12 不锈钢丝230

4·13 弹簧用不锈钢丝231

4·14 冷顶锻用不锈钢丝231

4·15 硅锰弹簧钢丝233

4·16 铬钒弹簧钢丝233

4·17 铬硅弹簧钢丝233

第5章 粉末冶金材料和高温合金材料235

1 粉末冶金材料235

1·1 粉末冶金材料的分类235

1·2 粉末冶金材料牌号的表示方法235

1·2·1 牌号的表示方法235

1·2·2 材料牌号表示方法的举例236

1·3 热处理状态粉末冶金铁基结构材料238

1·4 粉末冶金铁基结构材料239

1·5 粉末冶金过滤用材料240

2 高温合金材料241

2·1 高温合金的分类及牌号表示方法241

2·1·1 分类241

2·1·2 牌号表示方法241

2·2 高温合金牌号及化学成分242

2·3 普通承力件用高温合金热轧和锻制棒材248

2·4 高温合金冷拉棒材250

2·5 高温合金热轧钢板250

2·6 一般用途高温合金管251

2·7 铸造高温合金母合金252

第6章 有色金属材料254

1 有色金属及其合金产品牌号的表示方法254

2 铝吸铝合金256

2·1 铝及铝合金加工产品257

2·2 铸造铝合金266

3 铜及铜合金271

3·1 加工铜的化学成分和产品形状271

3·2 加工黄铜的化学成分和产品形状272

3·3 加工青铜的化学成分和产品形状276

3·4 加工白铜的化学成分和产品形状280

3·5 加工铜及铜合金的机械性能及应用举例281

3·6 铸造铜合金288

4 铸造轴承合金298

5 棒材299

5·1 铜棒材299

5·2 铝及铝合金挤压棒材306

5·3 高强度铝合金挤压棒材310

6 管材311

6·1 铜管311

6·2 黄铜管313

6·3 挤制铝青铜管316

6·4 锌白铜管317

6·5 铝及铝合金管外形尺寸318

6·6 铝及铝合金热挤压管321

6·7 工业用铝及铝合金拉（轧）制管322

7 板材325

7·1 纯铜板325

7·2 黄铜板327

7·3 青铜板330

7·3·1 铝青铜板330

7·3·2 锰青铜板331

7·3·3 硅青铜板332

7·3·4 锡青铜板333

7·4 白铜板336

7·4·1 普通白铜板336

7·4·2 铝白铜板337

7·5 铝及铝合金板338

7·5·1 铝及铝合金板材的尺寸338

7·5·2 铝及铝合金热轧板340

7·5·3 铝及铝合金冷轧板342

7·5·4 铝及铝合金花纹板345

8 箔材349

8·1 工业用纯铝箔349

8·2 铝合金箔349

8·3 纯铜箔350

8·4 黄铜箔351

8·5 青铜箔352

9 线材352

9·1 纯铜线352

9·2 加工黄铜线353

9·2·1 普通黄铜线353

9·2·2 锡黄铜线353

9·2·3 铅黄铜线354

9·2·4 黄铜扁线355

9·3 镍铜合金线材355

9·4 加工青铜线356

9·4·1 镉青铜线356

9·4·2 硅青铜线356

9·4·3 锡青铜线357

9·5 白铜线357

第7章 非金属材料359

1 橡胶及橡胶制品359

1·1 常用橡胶的种类及用途359

1·2 普通全胶管360

1·3 空气胶管、输水胶管和吸水胶管361

1·4 氧气胶管362

1·5 乙炔胶管362

1·6 输稀酸碱胶管363

1·7 蒸气胶管364

1·8 夹布输油胶管365

1·9 夹布输稀酸（碱）胶管365

1·10 吸油胶管366

1·11 水箱胶管367

1·12 钢丝编织液压胶管368

1·13 钢丝编织胶管369

1·14 工业用硫化橡胶板371

1·15 石棉橡胶板373

1·16 耐油石棉橡胶板374

2 工程塑料及其制品375

2·1 常用工程塑料的性能及应用375

2·2 化工用硬聚氯乙烯管材382

2·3 软聚氯乙烯管385

2·4 聚四氟乙烯管材385

2·5 聚四氟乙烯填料板和棒材386

2·6 聚四氟乙烯棒材387

2·7 热固性树脂层压棒387

2·8 聚四氟乙烯板388

2·9 硬聚氯乙烯板材388

2·10 酚醛层压布板389

3 胶粘剂390

3·1 胶粘剂的种类及性能390

3·2 常用胶粘剂的牌号，性能指标及应用394

4 铸石414

4·1 铸石的种类及其性能414

4·2 通用普型铸石制品414

4·3 通用异型铸石制品419

5 其他非金属材料424

5·1 有机玻璃制品424

5·2 普通硅酸铝耐火纤维毡425

5·3 工业用毛毡426

5·4 软钢纸板426

5·5 植鞣黄牛轮带革426

5·6 木材426

5·7 水泥429

参考文献430

第4篇 机械设计力学基础3

第1章 静力学3

1 力的合成与分解3

2 力矩、力偶与力偶矩4

2·1 力矩4

2·2 力偶与力偶矩4

2·3 力的平移与力系的简化6

3 平衡条件6

3·1 空间一般力系的平衡条件6

3·2 其他特殊力系的平衡条件6

4 静定与超静定问题7

4·1 约束反力7

4·2 静定与超静定结构8

5 静力学图解方法8

5·1 索多边形8

5·2 用索多边形确定支座反力9

5·3 索曲线9

6 重心10

6·1 平行力系中心10

6·2 重心10

6·3 图形与均质物体的重心11

7 虚功原理17

7·1 功17

7·2 虚位移与虚功17

7·3 虚功原理18

7·4 势能18

7·5 广义坐标下的虚功原理，平衡的稳定性19

8 桁架内力与节点位移20

8·1 桁架的静定性20

8·2 静定平面桁架的内力分析21

8·3 节点位移22

第2章 运动学23

1 质点运动学23

1·1 质点运动的矢量表示23

1·2 质点运动的坐标表示23

1·3 相对运动25

1·4 质点运动的简单情形26

2 刚体运动学27

2·1 刚体的自由度27

2·2 刚体的平动与转动27

2·3 定轴转动27

2·4 平面运动27

2·5 定点转动29

2·6 自由运动29

第3章 动力学30

1 质点动力学30

1·1 牛顿第二定律与运动方程30

1·2 动力学单位制30

1·3 动量矩定理31

1·4 动量定理31

1·5 动能定理31

1·6 对心碰撞32

1·7 几种简单情形下运动方程的解32

2 质点系动力学34

2·1 质点系动量定理34

2·2 质点系动量矩定理34

2·3 质点系动能定理34

3 转动惯量35

3·1 定义与关系式35

3·2 平行轴公式与转轴公式35

3·3 均质物体的转动惯量36

4 刚体动力学39

4·1 刚体的动量矩39

4·2 刚体运动的基本方程与刚体动能39

4·3 刚体的碰撞40

4·4 刚体运动的简单情形41

5 运动方程的其他形式42

5·1 动力学普遍方程42

5·2 哈密顿原理42

5·3 拉格朗日方程44

第4章 应力和应变45

1 应力的概念45

1·1 应力矢量45

1·2 一点的应力状态，应力张量45

2 平面应力46

2·1 应力分量的坐标变换46

2·2 主应力46

2·3 主切应力46

2·4 应力圆（莫尔圆）46

3 三向应力47

3·1 应力分量的坐标变换47

3·2 主应力与应力张量不变量47

3·3 主切应力48

3·4 应力球张量与应力偏张量48

3·5 三向应力圆48

4 平衡方程49

5 应变50

5·1 应变的概念50

5·2 位移与应变的关系（变形几何方程）50

5·3 应变分量的坐标变换51

6 变形协调条件52

第5章 弹性力学和塑性力学基本方程54

1 应力应交关系54

1·1 弹性模量54

1·2 广义虎克定律55

2 弹性力学基本方程及其解法56

2·1 弹性力学基本方程56

2·2 边界条件56

2·3 按位移求解的弹性力学基本方程56

2·4 按应力求解的弹性力学基本方程56

2·5 平面问题的基本方程57

2·6 基本方程的解法58

2·7 二维和三维问题常用的应力、位移公式58

3 能量原理61

3·1 应变能、应变余能与应变能定理61

3·2 虚位移原理61

3·3 最小势能原理62

3·4 虚力原理62

3·5 最小余能原理62

3·6 卡氏定理62

3·7 互等定理62

3·8 李兹法63

4 热应力65

4·1 热弹性方程65

4·2 热传导方程与温度场65

4·3 热应力问题的应用66

5 塑性力学基本方程67

5·1 屈服条件67

5·2 塑性应力应变关系68

5·3 滑移线场理论69

5·4 极限分析定理71

6 粘弹性72

6·1 粘弹性模型与本构关系72

6·2 三维线性粘弹性理论的基本方程与对应原理74

第6章 强度条件75

1 构件的失效方式75

2 拉伸或压缩时材料的静强度75

3 强度理论76

4 许用应力与安全系数77

5 冲击强度77

6 疲劳强度77

7 蠕变强度77

8 含裂纹材料的断裂条件77

第7章 杆的扭转78

1 圆截面杆的扭转78

1·1 外力与内力78

1·2 圆杆扭转切应力与强度条件78

1·3 圆杆扭转变形与刚度条件78

1·4 圆杆的非弹性扭转79

2 非圆截面杆的扭转与薄膜比拟80

2·1 等直杆扭转时的应力与变形80

2·2 薄膜比拟85

2·3 非弹性扭转85

3 薄壁截面杆的自由扭转87

3·1 开口截面87

3·2 闭口截面88

3·3 多闭室闭口截面88

第8章 梁90

1 直梁的内力、应力与强度计算90

1·1 切力与弯矩90

1·2 梁的弯曲正应力及其强度条件91

1·3 斜弯曲92

1·4 梁的弯曲切应力及其强度条件92

1·5 弯曲中心97

1·6 梁的合理设计98

2 直梁的位移与刚度计算99

2·1 求梁位移的积分法99

2·2 求梁位移的叠加法101

2·3 求梁位移的能量法101

2·4 梁由切力引起的位移104

2·5 梁的刚度条件104

3 梁截面图形的几何性质105

3·1 静矩、惯性矩、惯性积，极惯性矩105

3·2 惯性矩和惯性积的平行移轴公式与转轴公式105

3·3 惯性矩的近似计算法与图解法106

3·4 常用截面几何性质的计算公式106

4 直梁的切力、弯矩、挠度与转角的计算公式131

5 求梁弯矩与挠度的图解法131

5·1 面矩法131

5·2 图解法131

6 超静定梁132

6·1 力法解超静定问题132

6·2 连续梁与三弯矩方程134

6·3 超静定梁与刚架的计算图表137

7 组合梁145

8 梁的极限承载能力145

8·1 极限弯矩145

8·2 极限载荷146

9 冲击弯曲148

10 曲梁150

10·1 曲梁的应力150

10·2 曲梁的位移153

11 薄壁杆件的约束扭转157

11·1 开口薄壁杆件的约束扭转157

11·2 闭口薄壁杆件的约束扭转163

12 弹性基础梁164

12·1 无限长梁165

12·2 半无限长梁168

12·3 有限长梁168

第9章 薄板173

1 概述173

2 线弹性范围内薄板的小挠度弯曲173

2·1 基本假定173

2·2 等厚度薄板的小挠度弯曲173

2·3 轴对称变厚度薄板的小挠度弯曲190

3 线弹性范围内等厚度薄板的大挠度弯曲193

4 薄板的塑性弯曲，极限载荷195

第10章 薄壳198

1 概述198

1·1 薄壳的几何特征与主曲率坐标系198

1·2 薄壳线性理论的基本假设198

1·3 壳体的内力、无矩理论与有矩理论198

2 旋转面壳的无矩理论199

2·1 几何特性199

2·2 基本方程及其求解199

2·3 旋转面壳的轴对称问题200

3 旋转面壳轴对称问题的有矩理论204

3·1 基本方程及其求解204

3·2 旋转面壳轴对称问题的工程计算方法212

第11章 结构的稳定性216

1 概述216

1·1 结构的屈曲与平衡稳定性、临界载荷216

1·2 构件的曲后特性216

1·3 构件稳定性设计准则218

1·4 临界载荷的求解原理218

2 中心压杆219

2·1 中心压杆的临界载荷219

2·2 多根柱子曲线225

2·3 中心压杆稳定性的计算225

3 压弯杆228

3·1 线弹性范围内压弯杆面内屈曲的最大弯矩228

3·2 压弯杆面内屈曲的稳定性计算230

4 梁230

4·1 梁的弯扭失稳230

4·2 线弹性范围内梁的临界载荷231

4·3 梁弯扭稳定性的许用应力计算法235

5 板235

5·1 线弹性范围内板的临界载荷235

5·2 超过线弹性范围矩形板的临界载荷243

6 壳243

6·1 线弹性范围内壳的临界载荷243

6·2 壳的稳定性计算243

第12章 厚壁圆筒、圆盘、厚壁球壳246

1 概述246

2 厚壁圆筒246

2·1 线弹性范围内厚壁圆筒的应力与位移246

2·2 弹塑性范围内受内压作用的厚壁圆筒253

2·3 厚壁圆筒的设计258

3 圆盘258

3·1 线弹性范围内等厚圆盘的应力与位移258

3·2 线弹性范围内变厚度旋转圆盘的应力与位移262

3·3 等厚旋转圆盘弹塑性变形时的应力与自增强267

3·4 旋转圆盘的静强度校核267

4 厚壁球壳268

4·1 线弹性范围内厚壁球壳的应力与位移268

4·2 弹塑性范围受内压作用的厚壁球壳271

4·3 厚壁球壳的设计274

第13章 接触应力275

1 概述275

2 弹性接触应力与变形275

2·1 符号说明275

2·2 接触表面上的应力与位移275

2·3 接触表面下的应力284

2·4 切向力作用下的接触应力285

2·5 刚性压头与均布载荷的接触问题287

3 接触问题的强度计算288

4 应用举例290

第14章 应力集中292

1 概述292

2 圆孔的应力集中系数292

2·1 有一圆孔的无限板受拉伸292

2·2 有一圆孔的无限板受面外弯曲292

2·3 有一中心圆孔的板条受轴向拉伸293

2·4 有一中心圆孔的板条受面内弯曲293

2·5 有一中心圆孔的板条受面外弯曲293

2·6 有一偏心圆孔的板条受轴向拉伸294

2·7 有一偏心圆孔的板条受面内弯曲294

2·8 有一排圆孔的无限板受面内正应力294

2·9 有一径向圆孔的空心圆轴受轴向拉伸295

2·10 有一径向圆孔的空心圆轴受弯曲295

2·11 有一径向圆孔的空心圆轴受扭转295

3 椭圆孔的应力集中系数295

3·1 有一椭圆孔的无限板受拉伸295

3·2 有一中心椭圆孔的板条受拉伸296

3·3 有一中心椭圆孔的板条受弯曲296

3·4 有一偏心椭圆孔的板条受拉伸297

4 有横槽、纵槽与矩形孔的平板的应力集中系数297

4·1 有横槽的板条受拉伸297

4·2 有横槽的板条受弯曲297

4·3 有纵槽的板条受拉伸297

4·4 有纵槽的板条受弯曲298

4·5 有矩形孔的无限板受拉伸298

4·6 有矩形孔的板条受拉伸298

4·7 有矩形孔的板条受弯曲299

5 缺口的应力集中系数299

5·1 有一U形缺口的板条受拉伸299

5·2 有一U形缺口的板条受弯曲299

5·3 两边有U形缺口的板条受拉伸299

5·4 两边有U形缺口的板条受面内弯曲300

5·5 两边有U形缺口的板条受面外弯曲300

5·6 有环状U形缺口的圆轴受拉伸300

5·7 有环状U形缺口的圆轴受弯曲300

5·8 有环状U形缺口的圆轴受扭转300

5·9 有矩形边缺口的半无限板受拉伸301

6 有圆角台肩的板条与阶梯轴的应力集中系数301

6·1 有圆角台肩的板条受拉伸301

6·2 有圆角台肩的板条受弯曲302

6·3 阶梯状圆轴受拉伸302

6·4 阶梯状圆轴受弯曲302

6·5 阶梯状圆轴受扭转302

6·6 椭圆角阶梯状圆轴受弯曲303

7 键槽的应力集中系数303

7·1 有键槽的实心圆轴受扭转303

7·2 有键槽的空心圆轴受扭转303

7·3 有两个半圆形槽的圆轴受扭转303

7·4 花键轴受扭转304

8 其他零件的应力集中系数304

8·1 曲轴受弯曲304

8·2 压配合圆轴受弯曲304

8·3 承受拉力的T型连接305

8·4 销钉连接的拉板306

9 应交集中307

10 应用举例308

第15章 断裂力学310

1 概述310

2 线弹性断裂力学310

2·1 裂纹尖端附近的应力场与位移场310

2·2 应力强度因子的确定311

2·3 小范围屈服修正313

2·4 小范围屈服下裂纹的起裂314

2·5 应变能释放率314

2·6 复合型断裂准则315

2·7 应用举例316

3 弹塑性断裂力学327

3·1 裂纹张开位移（COD）327

3·2 J积分330

第16章 有限元法338

1 有限元法的位移法基本原理与步骤338

1·1 单元位移模式与形函数338

1·2 单元应变与应力340

1·3 单元刚度方程与单元刚度矩阵340

1·4 单元等效结点载荷340

1·5 总刚度矩阵与总结点载荷列阵341

1·6 列入约束条件、求解位移与应力341

2 平面应力问题计算实例342

2·1 平面三结点三角形单元的形函数342

2·2 单元应变与应力342

2·3 单元刚度矩阵343

2·4 总刚度矩阵343

2·5 总等效结点载荷列阵346

2·6 引入约束条件、修改总刚度方程与求解346

2·7 平面三结点三角形单元分析的公式347

2·8 平面三结点三角形单元计算程序348

2·9 平面问题工程算例354

3 轴对称结构有限元分析356

3·1 轴对称结构有限元中的半解析法原理356

3·2 三角形截面环元的基本公式361

3·3 轴对称结构计算实例361

4 刚架结构的有限元法364

4·1 平面梁元分析364

4·2 平面梁元中间载荷的移置366

4·3 平面梁元坐标变换367

4·4 空间梁元分析368

4·5 空间梁元坐标变换370

4·6 刚架算例371

5 等参元372

5·1 平面与空间等参元计算公式373

5·2 空间等参元计算实例379

6 薄板和薄壳结构有限元分析380

6·1 薄板有限元分析380

6·2 薄壳结构有限元分析387

7 整体结构分析中的若干问题390

7·1 子结构法390

7·2 结构和外载荷的对称性与重复性利用391

7·3 逐步求解法与边界元393

7·4 不同类型单元的结合394

7·5 结构中的约束不足与附加约束396

第17章 材料的力学性能和试验398

1 材料的静态强度与试验398

1·1 应力-应变图398

1·2 真应力-应变图399

2 试验机400

2·1 试验机的类型400

2·2 万能试验机400

2·3 其他类型的材料试验机401

3 材料的力学性能测定401

3·1 拉伸试验401

3·2 压缩试验402

3·3 扭转试验402

4 结构材料的硬度与硬度试验402

4·1 布氏硬度试验402

4·2 维氏硬度试验与显微硬度试验403

4·3 洛氏硬度试验与表面洛氏硬度试验403

5 金属的断裂韧性与断裂韧性试验404

5·1 金属材料的断裂韧性404

5·2 KIc试验404

5·3 COD试验407

5·4 JIc试验408

6 材料的冲击强度与冲击试验409

6·1 冲击弯曲试验409

6·2 转变温度与金属低温冲击试验411

6·3 大型冲击试验411

7 金属的疲劳性能与疲劳试验411

8 蠕变试验411

参考文献411

第5篇 实验应力分析6

第1章 概论6

第2章 电阻应变计测量技术6

1 电阻应变计6

1·1 电阻应变计的工作原理6

1·1·1 金属材料的电阻应变效应6

1·1·2 半导体应变计的工作原理6

1·2 电阻应变计的基本构造及分类7

1·2·1 电阻应变计的基本构造7

1·2·2 电阻应变计的分类7

1·3 电阻应变计的工作特性7

1·4 各种应变计的特点和适用范围11

1·4·1 金属应变计17

1·4·2 半导体应变计17

1·4·3 其他应变计19

1·4·4 应变计安装的几个问题21

2 电阻应变仪及多点应变数据自动测量系统27

2·1 应变仪27

2·1·1 交流电桥应变仪27

2·1·2 直流电桥应变仪28

2·2 多点静态应变数据测量系统29

2·2·1 多点静态数据测量系统的基本构成32

2·2·2 静态应变数据测量系统——4000系统33

2·3 动态应变数据采集、分析及处理系统33

3 静态应变测量34

3·1 测量电桥特性的应用34

3·2 应变-应力换算关系36

3·3 几种因素对测量结果的影响36

3·3·1 长导线的影响36

3·3·2 应变计阻值的影响38

3·3·3 灵敏系效的影响39

3·3·4 横向效应的影响39

3·4 高低温静态应变测量40

3·4·1 高低温应变测量的特点及问题40

3·4·2 温度效应及其补偿40

3·4·3 高低温应变测量的其他技术问题41

4 动态应变测量43

5 旋转件的应变测量45

5·1 引电器的分类及主要技术指标45

5·2 几种典型引电器的结构简介45

5·3 刷环引电器设计中的几个问题49

6 应变遥测50

6·1 单通道应变遥测系统51

6·2 多路传输应变遥测系统51

6·2·1 频分多路传输遥测系统51

6·2·2 时分制遥测系统53

6·2·3 一种脉冲编码遥测系统54

7 高压液下的应变测量55

7·1 应变计安装后的特殊防护55

7·2 温度与压力效应的补偿56

8 核辐射及磁场条件下的应交测量58

8·1 核辐射条件下的应变测量58

8·2 磁场条件下的应变测量59

9 残余应力测量60

9·1 切割法60

9·2 逐次去层法61

9·3 钻孔法61

9·3·1 一次钻孔法61

9·3·2 逐层钻孔法62

9·3·3 钻孔法测残余应力的技术问题63

10 电阻应变计式传感器63

10·1 典型应变计式传感器63

10·2 应变计式传感器设计中的问题66

10·2·1 弹性元件材料的选取66

10·2·2 应变计选择67

10·2·3 传感器电路补偿67

第3章 光弹性法70

1 光弹性基本原理70

1·1 偏振光和双折射70

1·2 应力-光学定律70

1·3 等差线及等倾线71

1·4 纯等差线的获取72

1·5 等色线72

2 基本数据测定73

2·1 整数级等差线73

2·2 分数级等差线73

2·3 等倾线74

2·4 主应力迹线74

3 材料、模型及仪器74

3·1 材料74

3·1·1 对材料性能的要求74

3·1·2 几种常用的光弹性材料74

3·1·3 材料性能及其测定75

3·2 环氧树脂光弹性模型的设计与制造76

3·2·1 光弹性模型设计76

3·2·2 模型原材料及其配比76

3·2·3 模具77

3·2·4 模型的浇铸和固化工艺77

3·2·5 模型的机械加工及粘接78

3·2·6 模型加载78

3·3 光弹性仪79

4 二维光弹性79

4·1 切应力79

4·2 自由边界应力79

4·3 应力集中系数80

4·4 内部应力80

4·5 应用举例81

5 三维光弹性82

5·1 冻结切片法82

5·1·1 冻结应力82

5·1·2 三维应力-光学定律82

5·2 三维模型表面应力的测量83

5·3 三维模型内部应力的测量83

5·4 模型与原型的应力换算85

5·5 冻结法试验技术85

5·6 应用举例86

6 其他光弹性实验方法89

6·1 散光法89

6·2 贴片法90

6·3 全息光弹性法91

6·4 动态光弹性91

第4章 其他光学方法94

1 全息干涉法94

1·1 全息照相94

1·2 全息干涉位移测量95

1·2·1 两次曝光法95

1·2·2 即时法（实时法）96

1·2·3 位移场定量分析96

1·3 全息干涉测量振动98

1·3·1 均时法98

1·3·2 频闪法99

2 散斑干涉法99

2·1 双光束散斑干涉法100

2·1·1 离面位移测量100

2·1·2 面内位移测量100

2·2 错位散斑干涉法101

2·3 单光束散斑干涉法103

2·3·1 散斑的记录103

2·3·2 散斑图的分析104

2·4 白光散斑法106

3 云纹法107

3·1 面内云纹法107

3·1·1 云纹条纹的几何分析107

3·1·2 应变分析109

3·2 面外云纹法110

3·2·1 影子云纹法110

3·2·2 反射云纹法111

4 云纹干涉法112

4·1 衍射光栅112

4·1·1 光栅方程112

4·1·2 全息光栅112

4·1·3 闪耀光栅113

4·1·4 试件栅复制113

4·2 面内位移场114

4·2·1 面内位移场实时观测114

4·2·2 差载面内位移场117

4·3 应变场118

4·3·1 全场应变花118

4·3·2 应变场实时观测119

4·4 单光束错位云纹干涉法119

4·4·1 三维位移导数场119

4·4·2 曲率场的测定120

5 焦散线法122

5·1 焦散线法的基本原理122

5·2 应力强度因子的测定123

5·3 焦散线法解接触问题125

第5章 脆性涂层法126

1 涂层应力126

2 破坏理论127

3 脆性涂层裂纹图128

4 裂纹的检查129

5 脆性涂料129

6 标定131

第6章 声学检测132

1 超声波检测132

1·1 超声波的发生及其特性132

1·1·1 超声波的发生及接收132

1·1·2 超声波的波型132

1·1·3 超声波的传播133

1·2 超声波衰减的测量及应用134

1·2·1 测量方法134

1·2·2 应用135

1·3 声速测量原理及应用136

1·3·1 测量原理及方法136

1·3·2 应用136

1·4 缺陷显示137

1·4·1 一般显示方法137

1·4·2 超声全息138

2 声振检测139

2·1 声振检测原理139

2·2 声阻检测法139

2·3 谐振检测法140

3 声发射检测140

3·1 声发射检测的基本原理140

3·1·1 声发射检测的基本原理及特点140

3·1·2 声发射信号141

3·1·3 声发射信号的表征141

3·1·4 声发射源定位142

3·2 声发射检测仪器143

3·2·1 单通道声发射仪143

3·2·2 双通道声发射仪143

3·2·3 多通道声发射仪143

3·3 声发射检测的应用144

3·3·1 研究材料的塑性变形144

3·3·2 评价表面化学热处理渗层的脆性144

3·3·3 用声发射分析断裂144

3·3·4 控制焊接质量144

3·3·5 评价压力容器的安全性144

第7章 模型试验145

1 数学模型及相似模型145

2 相似原理145

2·1 相似的概念145

2·2 相似第一定理146

2·3 相似第二定理147

2·4 相似第三定理147

3 基本量纲和导出量纲148

4 模型及原型的相似条件149

4·1 相似比149

4·2 基本相似比及导出相似比150

4·3 π数151

5、相似模型的设计151

5·1 相似准则151

5·2 π定理的应用152

参考文献154

第6篇 机械振动与噪声3

第1章 机械振动的基础资料3

1 机械振动的分类3

2 机械振动的表示方法3

3 机械振动系统的动力学模型4

4 构件刚度的计算与折算6

5 机械振动系统的阻尼系数10

6 机械振动系统的固有频率12

7 构件的振动能量及边界条件25

第2章 线性系统的振动28

1 机械系统的自由振动28

2 特征值和特征向量的数值解法31

3 机械系统的受迫响应40

3·1 简谐激振所引起的响应40

3·2 非简谐的周期性激振所引起的响应44

3·3 随时间任意变化的非周期性干扰力所引起的响应47

3·4 简谐激振对二自由度系统所引起的响应50

3·5 简谐激振对多自由度系统所引起的响应53

第3章 非线性振动和随机振动56

1 非线性振动56

1·1 应用椭圆积分求单摆诸元的精确值59

1·2 绘底法线法61

1·3 小参数法62

1·4 自激振动64

2 随机振动67

第4章 机械系统的动态特性71

1 机械系统对冲击的响应71

1·1 冲击的应力与应变71

1·2 无阻尼单自由度系统的响应71

1·3 有阻尼单自由度系统的响应77

1·4 多自由度系统及弹性体的响应78

1·5 冲击谱的作用及计算80

1·5·1 冲击谱的绘制80

1·5·2 典型冲击谱及其分析82

2 轴系的临界转速84

2·1 计算模型的建立84

2·1·1 集中参数模型84

2·1·2 分布质量梁模型84

2·1·3 支座形式84

2·1·4 滚动轴承及其支承的刚度85

2·1·5 支承的阻尼87

2·2 临界转速的常用计算公式87

2·2·1 两支承等直径轴的临界转速87

2·2·2 阶梯轴的临界转速88

2·2·3 两支承单盘轴的临界转速88

2·3 临界转速的计算方法89

2·3·1 分解代换法89

2·3·2 解析法90

2·3·3 矩阵迭代法92

2·3·4 传递矩阵法94

2·4 影响临界转速的因素98

2·4·1 支承刚度对临界转速的影响98

2·4·2 回转力矩的影响99

2·4·3 联轴器对临界转速的影响99

2·4·4 其他影响因素100

2·5 改变临界转速的措施100

3 机械结构的动刚度101

3·1 动刚度的基本概念101

3·2 影响动刚度的主要参数102

3·3 动刚度的理论计算方法103

3·3·1 集中参数模型103

3·3·2 分布质量梁模型105

3·3·3 有限单元模型107

3·3·4 结构动力特性的综合108

3·3·5 结构的总动刚度109

3·4 动刚度的测试方法109

3·5 提高机械结构动刚度的措施110

3·5·1 调整结构的频率比110

3·5·2 提高结构的静刚度110

3·5·3 改善结构的阻尼特性119

4 结构动态优化设计原理119

4·1 基本概念119

4·2 建立目标函数及约束条件119

4·3 模态柔度的计算及分析——查出需要改进的模态119

4·4 计算系统中的能量分布——查出结构中的薄弱环节及浪费环节120

4·5 改变设计变量——优化结构中质量、刚度及阻尼的配置121

第5章 机械振动的控制122

1 机器及其零部件的平衡122

1·1 回转体平衡中的共同问题122

1·1·1 回转体平衡时的力学条件122

1·1·2 不平衡的分类122

1·1·3 静平衡与动平衡的选择原则122

1·1·4 调整回转体质量分布的方法123

1·1·5 平衡精度123

1·2 静平衡126

1·3 刚性回转体的动平衡126

1·3·1 刚性回转体动平衡的校正方法126

1·3·2 动平衡中一些工艺问题126

1·3·3 动平衡机的工作原理128

1·3·4 现场动平衡130

1·4 柔性回转体的动平衡131

1·4·1 回转体动柔度与不平衡量的关系132

1·4·2 支承动反力与不平衡量的关系132

1·4·3 柔性回转体的分类及其平衡方法133

1·5 往复机械惯性力的平衡135

1·5·1 曲柄滑块机构的惯性力135

1·5·2 多缸发动机的惯性力136

1·5·3 曲柄滑块机构惯性力的平衡方法136

2 阻尼减振137

2·1 材料阻尼138

2·2 扩散阻尼138

2·3 相对运动阻尼138

2·4 结构阻尼138

2·5 附加阻尼139

3 常用减振装置140

3·1 阻振器140

3·2 固体摩擦减振器141

3·3 动力减振器142

3·3·1 动力减振器的工作原理142

3·3·2 无阻尼动力减振器143

3·3·3 有阻尼动力减振器145

3·3·4 主振系统的阻尼对动力减振效果的影响146

3·3·5 动力减振器（各种激振形式及优化目标参数）的最佳参数147

3·3·6 随机振动的动力减振器147

3·4 液体摩擦减振器147

3·5 摆式减振器149

3·6 冲击减振器151

4 隔振原理及隔振设计152

4·1 隔振的分类152

4·2 隔振系统的特性152

4·3 单自由度隔振系统152

4·3·1 刚性联接的粘性阻尼隔振系统154

4·3·2 刚性联接的库仑摩擦（干摩擦）隔振系统154

4·3·3 弹性联接的粘性阻尼隔振系统155

4·3·4 弹性联接的库仑阻尼隔振系统155

4·4 双层隔振系统155

4·5 多自由度隔振系统156

4·5·1 固有频率156

4·5·2 主动隔振157

4·5·3 被动隔振157

4·6 隔振设计步骤157

4·7 隔振器158

4·8 隔振系数的参考标准160

5 减振及隔振的伺服控制160

5·1 典型的伺服控制系统160

5·2 伺服气垫隔振系统161

5·3 电液伺服隔振系统162

6 精密仪器及设备的允许振动量163

第6章 机械振动的测试165

1 振动的测量165

1·1 振动测量方法的分类165

1·2 周期振动的测量165

1·2·1 典型的电测系统165

1·2·2 振幅的测量166

1·2·3 频率的测量167

1·2·4 相位差的测量167

1·2·5 激振力的测量167

1·3 冲击（包括单次冲击及瞬态振动）的测量167

1·3·1 测试量167

1·3·2 测量系统及对仪器的要求167

1·4 随机振动的测量168

1·4·1 测试量168

1·4·2 测量系统及对仪器的要求168

2 振动系统的振动特性测试168

2·1 固有频率的测定169

2·2 振型的测定169

2·3 阻尼比的测定169

2·4 动力响应特性的测试170

2·5 模型试验170

3 动力强度试验171

3·1 周期性振动试验172

3·2 随机振动试验172

3·3 冲击试验172

4 测试装置172

4·1 传感器172

4·1·1 电测法的常用传感器172

4·1·2 传感器的选用原则174

4·2 中间转换装置174

4·3 记录及显示仪器174

4·4 激振设备及简便的激振方法175

4·5 测试装置的校准及标定176

5 信号分析及数据处理177

5·1 幅值分析177

5·2 频谱分析178

5·2·1 模拟量频谱分析法178

5·2·2 数字量频谱分析法179

5·3 相关分析180

5·3·1 自相关分析150

5·3·2 互相关分析180

5·3·3 相干函数180

5·4 数据处理的计算机技术181

第7章 机械噪声182

1 声学基础知识182

2 法规及标准190

2·1 保护听力的噪声标准190

2·2 环境噪声标准191

2·3 语言干扰标准191

2·4 机器噪声标准192

第8章 降低机械设备的噪声193

1 机械声源的几个理论问题193

1·1 机械噪声的形成193

1·2 振动表面的发声193

1·3 振动及噪声的一般关系194

1·4 冲击及噪声194

1·4·1 冲击噪声性质194

1·4·2 在冲击噪声中允许暴露的时间及声压级195

1·4·3 冲击产生的自鸣噪声195

1·5 结构发声及传播衰减195

1·5·1 固体中波的传播196

1·5·2 固体对声波的衰减197

1·6 摩擦噪声198

1·6·1 摩擦噪声的发生机理198

1·6·2 摩擦噪声的控制198

1·7 板面辐射特性198

1·7·1 声辐射效率198

1·7·2 振动变形时板面的声辐射199

1·7·3 振动时杆状零件的声辐射199

2 从声源控制噪声200

2·1 从降低噪声的观点改进设计200

2·2 改进制造工艺以降低噪声201

2·2·1 降低生产过程中的噪声201

2·2·2 提高产品质量，降低使用时的噪声201

3 消声器设计201

3·1 消声器种类及结构201

3·1·1 阻性消声器201

3·1·2 抗性消声器201

3·1·3 阻抗复合式消声器202

3·2 消声量的估算203

3·2·1 阻性消声器消声值的估算203

3·2·2 抗性消声器的计算公式203

3·2·3 气流对消声值的影响204

3·3 消声器的有效频率范围204

4 隔声屏障及封闭罩205

4·1 自由声场的屏障效果205

4·2 隔声屏障设计基本理论205

4·2·1 阻抗错配原则205

4·2·2 质量效应205

4·2·3 固有频率及谐振206

4·3 屏障设计206

4·3·1 单层屏障的特性206

4·3·2 多层组合屏障206

4·4 封闭法控制噪声207

4·4·1 全封闭及部分封闭207

4·4·2 封闭罩内声压级的升高208

4·4·3 封闭罩的通风209

4·4·4 设计封闭罩应注意事项209

第9章 噪声控制材料210

1 声能分配210

2 吸声材料210

2·1 降噪系数210

2·2 常用吸声材料210

2·3 理想吸声材料具备的特性212

2·4 声波阻力212

2·5 表面处理212

2·6 多孔覆面板对吸声效果的影响213

3 隔声材料213

3·1 隔声性能213

3·2 矩形隔声板的共振频率213

3·3 板面弯曲波214

3·4 吻合效应214

3·5 气体中声波对板面的吻合效应及频率214

3·6 常用隔声材料的特性214

3·7 平均传播损耗215

3·8 单层板面隔声量的经验公式215

3·9 复合结构的隔声量215

3·10 隔声指数216

4 大阻尼材料217

4·1 阻尼材料的作用217

4·2 阻尼及振动217

4·3 阻尼参数217

4·4 阻尼材料种类218

4·5 阻尼材料的使用219

4·5·1 内阻尼219

4·5·2 自由弹性层阻尼219

4·5·3 约束粘弹性层219

4·5·4 摩擦阻尼219

4·6 薄板的阻尼处理219

第10章 机械噪声测试222

1 测量仪器及记录仪器222

1·1 声级计222

1·1·1 传声器的选择及应用222

1·1·2 前置放大器223

1·1·3 传声器标定223

1·1·4 声级计频率响应224

1·2 倍频程，1／3倍频程，频带宽度224

1·2·1 倍频程，1／3倍频程，中心频率，频谱图224

1·2·2 窄频带，等宽频带，等百分比频带224

1·3 磁带记录仪225

2 噪声测量方法及测量环境225

2·1 测量位置的布置225

2·1·1 球面测量225

2·1·2 半球面测量226

2·2 测量环境227

2·2·1 背景噪声（本底噪声）227

2·2·2 风声227

2·2·3 温度对测量噪声的影响227

2·2·4 湿度对噪声测量的影响228

2·2·5 反射面228

2·3 声功率测量228

2·3·1 无方向性声源的声功率的测量228

2·3·2 具有方向性声源的声功率测量228

3 噪声谱分析228

3·1 谱分析仪228

3·1·1 实时分析仪229

3·1·2 时间压缩技术229

3·1·3 快速傅里叶变换（FFT）分析仪229

3·2 分析技术229

3·2·1 频谱分析229

3·2·2 噪声源识别229

参考文献230

第7篇 摩擦、磨损和润滑3

第1章 固体表面性质和表面接触3

1 金属表面3

2 表面形貌3

2·1 表面形貌图形表示法3

2·2 表面形貌参数表示法4

2·2·1 高度参数4

2·2·2 间距参数4

2·2·3 形状参数4

2·2·4 高度参数间的关系4

2·2·5 加工表面粗糙度参数近似值4

2·2·6 加工表面波度参数近似值7

3 固体表面接触7

3·1 弹性接触7

3·2 塑性接触7

3·3 粗糙表面接触7

3·3·1 真实接触面积7

3·3·2 塑性指数7

4 接触物理与接触化学7

4·1 表层性能的变化7

4·1·1 结构缺陷的扩展7

4·1·2 结构的变化8

4·2 表面膜8

第2章 摩擦10

1 摩擦机理10

1·1 表面相互作用10

1·2 摩擦力与摩擦系数10

1·3 摩擦定律11

1·3·1 古典摩擦定律11

1·3·2 摩擦力的粘附分量11

1·3·3 摩擦力的变形分量11

2 滑动摩擦12

2·1 静摩擦12

2·2 动摩擦12

2·3 摩擦系数12

2·3·1 室温及大气中的摩擦系数12

2·3·2 高温下的摩擦系数17

2·3·3 真空下的摩擦系数17

2·3·4 低温下的摩擦系数19

3 滚动摩擦19

3·1 滚动摩擦损失24

3·2 滚动摩擦系数24

4 机械零件的摩擦24

4·1 斜面的摩擦24

4·2 楔的摩擦24

4·3 螺纹的摩擦24

4·4 滑动轴承的摩擦24

4·4·1 径向轴承的摩擦24

4·4·2 止推轴承的摩擦24

4·5 齿轮的摩擦24

4·6 连杆机构铰销的摩擦24

4·7 带与轮的摩擦25

4·8 滑动导轨的摩擦25

4·8·1 边界摩擦滑动导轨25

4·8·2 混合摩擦滑动导轨25

4·8·3 流体摩擦滑动导轨26

5 摩擦装置26

5·1 基本特性26

5·1·1 接触种类26

5·1·2 接触刚性27

5·1·3 成膜介质对摩擦的影响28

5·1·4 滑动持续时间28

5·1·5 工作状态28

5·2 摩擦副的主要参数28

5·2·1 滑动速度28

5·2·2 载荷28

5·2·3 摩擦系数28

5·2·4 摩擦力的稳定度28

5·2·5 温度31

5·2·8 摩擦功31

5·3 摩擦材料的选择31

5·4 摩擦热力学计算33

第3章 磨损34

1 磨损机理34

1·1 粘附磨损机理34

1·2 磨粒磨损机理35

1·3 疲劳磨损机理35

2 磨损分析35

2·1 磨损过程35

2·1·1 磨合36

2·1·2 磨损类型36

2·2 磨损率（度）的计算39

2·2·1 磨损的度量39

2·2·2 线磨损度的计算39

2·2·3 各种机械零件的典型磨损率（度）42

2·3 磨损度曲线图的特性42

3 机械零件的磨损计算44

3·1 轴瓦（套）的磨损计算44

3·2 滚动轴承的磨损计算45

3·2·1 粘附磨损计算45

3·2·2 磨粒磨损计算48

3·3 导轨的磨损计算48

3·3·1 滑动导轨48

3·3·2 滚动导轨49

3·4 气缸套与活塞环的磨损计算50

3·4·1 粘附磨损计算50

3·4·2 磨粒磨损计算51

3·5 齿轮的磨损计算51

3·5·1 润滑状态51

3·5·2 轮齿刮伤52

3·5·3 轮齿磨粒磨损54

3·6 机械密封的磨损计算55

3·6·1 磨损类型55

3·6·2 pv值与磨损度系数55

3·7 传动链的磨损计算55

3·7·1 每节链允许的磨损量（链节允许伸长量）〔hp〕55

3·7·2 磨损率55

3·7·3 磨损寿命58

3·8 机动车辆轮胎胎面的磨损计算58

3·8·1 胎面橡胶磨损机理58

3·8·2 磨损度计算59

4 磨损零件的修复59

4·1 修复工艺的选择62

4·2 电镀62

4·2·1 镀铬62

4·2·2 镀镍62

4·2·3 刷镀62

4·3 金属喷涂62

4·4 焊接62

4·4·1 铸铁导轨的焊接修复62

4·4·2 钢制零件的焊接修复64

4·5 粘接64

第4章 润滑65

1 流体动力润滑65

1·1 雷诺方程及其应用65

1·1·1 雷诺方程65

1·1·2 压力的产生68

1·1·3 补充方程68

1·1·4 方程的应用68

1·2 流体动力润滑的稳态性能参数68

1·2·1 承载能力68

1·2·2 流量68

1·2·3 摩擦力69

1·3 无量纲参数和相似条件69

1·3·1 无量纲参数69

1·3·2 相似条件69

1·4 紊流动力润滑方程70

1·5 流体动力润滑径向轴承的稳定性70

1·5·1 油膜振荡特性70

1·5·2 消除油膜振荡的措施71

2 弹性流体动力润滑71

2·1 基本参数72

2· 2基本公式72

2· 3应用范围72

2·4 弹性流体动力润滑在齿轮传动和滚动轴承上的应用73

2·4·1 齿轮传动的弹性流体动力润滑计算73

2·4·2 滚动轴承的弹性流体动力润滑计算74

3 流体静力润滑74

3·1 基本方程75

3·2 补偿元件75

3·2·1 分类75

3·2·2 补偿性能75

3·2·3 各种补偿元件的性能比较75

3·2·4 不等厚油膜的修正75

3·3 油垫78

3·3·1 油垫类型78

3·3·2 油腔形式78

3·4 功耗78

4 混合润滑78

5 边界润滑78

5·1 边界润滑膜80

5·1·1 润滑剂分子80

5·1·2 吸附力80

5·1·3 边界膜80

5·2 有边界膜的金属表面的接触81

5·3 边界润滑的摩擦阻力81

5·4 影响边界膜润滑性能的因素81

5·4·1 温度81

5·4·2 膜厚82

5·4·3 极性分子浓度82

5·5 提高边界膜强度的方法82

6 固体润滑83

第5章 润滑材料85

1 润滑剂的基本类型85

2 润滑油和脂的流交学性能85

2·1 粘度85

2·1·1 动力粘度87

2·1·2 运动粘度87

2·1·3 条件粘度87

2·2 粘温性能87

2·2·1 粘度比88

2·2·2 粘温系数88

2·2·3 粘度指数88

2·3 粘度与压力的关系88

2·4 粘度与压力和温度的关系88

2·5 非牛顿特性89

2·5·1 塑性89

2·5·2 触变性94

2·5·3 伪塑性94

2·5·4 膨胀性94

2·5·5 弹性94

3 润滑油94

3·1 矿物润滑油94

3·1·1 分类94

3·1·2 质量指标95

3·1·3 常用矿物润滑油的性质及用途95

3·1·4 润滑油的掺配100

3·2 合成润滑油101

4 润滑脂101

4·1 润滑脂的组成101

4·1·1 稠化剂101

4·1·2 基础油101

4·2 润滑脂的质量指标106

4·2·1 针入度106

4·2·2 滴点106

4·2·3 极压性能106

4·2·4 机械稳定性106

4·3 常用润滑脂的性质和用途106

5 添加剂106

5·1 添加剂的作用与性能要求107

5·1·1 作用107

5·1·2 性能要求107

5·2 类型与功能108

5·3 油性添加剂108

5·4 极压添加剂108

5·4·1 硫系极压剂109

5·4·2 磷系极压剂109

5·4·3 卤素极压剂109

5·5 粘度指数改进剂109

6 固体润滑剂和覆盖层115

6·1 固体润滑剂的类型115

6·2 固体润滑剂的使用方法115

6·3 二硫化钼115

6·3·1 二硫化钼的性能115

6·3·2 二硫化钼的使用方法115

6·4 石墨115

6·4·1 石墨的理化及润滑性能115

6·4·2 石墨的使用方法115

6·5 聚四氟乙烯115

6·5·1 聚四氟乙烯的理化及润滑性能115

6·5·2 聚四氟乙烯的应用116

6·6 尼龙116

6·7 软金属116

6·8 其他固体润滑剂116

7 润滑剂的选择116

第6章 润滑方法与润滑系统118

1 润滑方法及其选择118

1·1 润滑方法118

1·2 润滑方法的选择118

2 手加脂润滑118

2·1 脂杯润滑118

2·2 脂枪润滑118

3 集中供脂系统118

3·1 供脂系统的类型123

3·2 管路计算123

3·3 润滑脂站123

4 手加油润滑128

5 滴油润滑装置128

6 油绳和油垫润滑装置128

7 油浴和飞溅润滑系统130

7·1 齿轮箱的油浴和飞溅润滑130

7·1·1 齿轮的圆周速度130

7·1·2 齿轮浸油深度131

7·2 蜗杆传动的油浴润滑131

7·2·1 下蜗杆式传动的油浴润滑131

7·2·2 上蜗杆式传动的油浴润滑132

8 油环、油盘润滑系统132

8·1 油环润滑132

8·2 油盘润滑132

9 油雾润滑系统134

9·1 润滑单位134

9·2 喷嘴尺寸134

9·3 配管尺寸134

9·4 空气和油的消耗量136

9·5 发生器136

9·6 喷嘴安装136

9·7 油雾润滑装置136

10 循环润滑系统136

10·1 无冷却装置的循环润滑系统137

10·1·1 直接供油系统137

10·1·2 间接供油系统138

10·1·3 重力供油系统138

10·2 带冷却装置的循环润滑系统138

10·3 油量控制138

10·3·1 供油量138

10·3·2 油量控制器138

10·4 稀油站及其附件的规格139

11 储油箱容积139

12 润滑油更换周期139

12·1 润滑油性能的劣化139

12·2 换油周期的确定139

12·2·1 换油周期139

12·2·2 换油步骤145

13 卫生与安全146

13·1 火灾与爆炸146

13·1·1 润滑油着火的有关术语146

13·1·2 与燃烧有关的润滑油性能指标146

13·2 对健康的危害147

第7章 机械零件的润滑149

1 滑动轴承的润滑149

1·1 润滑剂的选择149

1·1·1 润滑剂类型的选择149

1·1·2 润滑油粘度的选择149

1·1·3 添加剂的选择149

1·1·4 润滑脂的选择149

1·2 润滑方式151

1·3 油槽151

2 滚动轴承的润滑152

2·1 润滑剂类型的选择154

2·2 脂润滑154

2·2·1 润滑脂的选择154

2·2·2 润滑方法154

2·2·3 润滑脂补充及重填周期158

2·3 油润滑158

2·3·1 润滑油粘度的选择158

2·3·2 润滑方法159

3 齿轮、蜗杆传动的润滑159

3·1 润滑方法的选择159

3·2 润滑油选用159

3·2·1 润滑油品种的选择159

3·2·2 润滑油粘度的选择159

4 联轴器、离合器的润滑161

4·1 联轴器的润滑161

4·2 离合器的润滑161

4·2·1 电磁离合器的润滑161

4·2·2 摩擦片离合器的润滑161

4·2·3 超越离合器的润滑161

5 链传动的润滑161

5·1 润滑油的选择161

5·2 润滑方法的选择161

6 导轨的润滑166

6·1 润滑剂与润滑方法166

6·2 提高导轨运动平稳性的措施166

6·3 导轨润滑油的选择166

7 机械无级变速器的润滑167

7·1 润滑方法167

7·2 润滑油167

第8章 摩擦材料和耐磨材料168

1 摩擦材料168

1·1 对摩擦材料性能的要求168

1·1·1 摩擦耐热性168

1·1·2 摩擦系数168

1·1·3 摩擦相容性168

1·1·4 耐磨性168

1·1·5 磨合性168

1·1·6 热物理性能168

1·2 摩擦材料的类型与用途168

1·2·1 石棉摩擦材料171

1·2·2 金属摩擦材料171

1·2·3 粉末冶金摩擦材料171

2 减摩材料171

2·1 减摩材料的选择173

2·1·1 运转条件的分析173

2·1·2 减摩材料的初步选取175

2·1·3 摩擦副性能的估计175

2·1·4 材料的最终确定175

2·2 金属减摩材料175

2·2·1 巴氏合金175

2·2·2 铜基合金175

2·2·3 铝基合金179

2·2·4 锌基合金179

2·2·5 铸铁179

2·3 粉末冶金减摩材料179

2·4 聚合物材料179

2·5 木材179

2·6 碳石墨179

3 耐磨材料180

3·1 耐磨材料的选择180

3·2 耐磨材料180

3·2·1 钢180

3·2·2 难熔金属及特种合金182

3·2·3 铜基合金182

3·2·4 铸铁184

3·2·5 聚合物185

3·2·6 碳化物及金属陶瓷185

3·2·7 碳石墨抗磨材料187

4 表面覆盖层和处理187

4·1 表面处理189

4·1·1 表面处理的类型189

4·1·2 表面处理的应用189

4·1·3 表面处理的效果189

4·2 表面覆盖层189

4·2·1 覆盖层材料189

4·2·2 涂覆方法189

参考文献195