《机械设计手册 第2卷》

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

5.3.1Ⅱ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

6.2Ⅱ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

12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

4.4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形式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167

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

3.1n-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315

第1章机器造型设计概述317

1造型设计定义317

2造型设计的组成要素317

3造型设计的特征与原则318

4造型设计的工作程序与步骤318

第2章造型设计的艺术表现法则320

1机器造型的比例与尺度320

1.1定义320

1.2特征320

1.3造型设计常用比例与特征320

1.4常用比例的相互转换（特征矩形面的分割）322

1.5比例设计方法328

2机器形态的均衡与稳定330

2.1定义330

2.2获得均衡稳定的方法332

3机器形态的统一与变化332

3.1定义332

3.2造型整体统一的方法332

3.3造型统一中求变化的方法336

第3章机器形态的构成方法338

1定义338

2造型的形态要素及其形式心理338

3常用几何曲线的构成与演变341

4常用几何面的构成与演变349

5常用几何体的构成与演变352

6造型形态构成的基本法则354

7造型设计中的错视与矫正358

第4章机器产品的色彩设计361

1色彩性质与要素361

2色彩体系与表示方法362

3常用色彩术语365

4产品色彩设计的指导性原则366

5色彩配置的方法与效果366

5.1色相调和法366

5.2明度调和法369

5.3纯度调和法370

6色彩功能与应用371

7色彩的好恶373

8主体色的数量与配置方式374

第5章机器的装饰设计和面饰工艺376

1线条装饰与方法376

2面板（标牌）设计与工艺选择377

3机器涂饰的油漆涂料选择382

4机器外观件的面饰处理方法选择386

第6章机器造型的宜人性设计389

1人机工程概述389

1.1术语与定义389

1.2人机能力比较与选择389

1.3人的感觉通道性质与选择390

1.4人机关系设计的指导原则391

2人体尺寸数据393

2.1人体尺寸概念393

2.2成年男女人体的主要尺寸数据393

2.3采用人体数据百分位的建议与尺寸数值计算402

3人的肢体正常活动范围与空间选择402

4人体模板与操作姿势及空间设计405

4.1人体模板405

4.2装配、维修的操作空间尺寸407

4.3工作位置的平面高度与调节范围409

4.4操作姿态下的有利工作区域与方向410

4.5以身高为基准的设备与用具空间尺寸的推算图表413

5人的视野415

6人的肢体用力限度416

6.1成人站姿操作的用力状态与范围416

6.2成人坐姿操作的用力状态与范围418

7指示与操作装置的设计及选择419

7.1术语419

7.2指示装置的形式与排列方式选择419

7.3操作、调节装置形式、参数与安置空间的选择423

第7章工作环境设计428

1工作环境的照明设计428

1.1术语428

1.2工作环境照明的一般要求与参数选择428

2工作环境的小气候要求433

3工作环境的安全防护设计433

3.1术语433

3.2工作环境安全防护的一般要求与参数选择434

参考文献437

第10篇价值工程439

第1章价值工程的基本原理441

1价值工程中功能、寿命周期成本、价值的涵义441

2价值工程的定义与特点441

2.1价值工程的定义441

2.2价值工程的特点441

3提高产品价值的主要途径442

4价值工程的应用442

4.1价值工程的应用范围442

4.2价值工程应用的时机442

5价值工程的工作程序和指导原则442

5.1价值工程的工作程序442

5.2价值工程程序的结合443

5.3开展VE活动的指导原则443

第2章机械产品价值工程对象的选择和情报收集444

1价值工程对象的选择444

1.1价值工程对象的选择原则444

1.2价值工程对象的选择方法444

1.2.1经验分析法444

1.2.2价值测定法445

1.2.3百分数分析法445

1.2.4寿命周期分析法445

1.2.5成本比重分析法446

1.2.6强制确定法446

1.2.7最合适区域法447

2价值工程中的情报收集448

2.1情报内容448

2.2情报收集的原则449

第3章机械产品的功能分析450

1功能分析的涵义450

2功能定义450

2.1功能定义的涵义450

2.2功能定义的目的450

2.3功能定义的方法450

2.4功能定义的检查450

3功能整理451

3.1功能整理的涵义451

3.2功能整理的目的451

3.3功能分类451

3.3.1按功能的重要程度分类451

3.3.2按功能的特点分类451

3.3.3按用户需要分类451

3.4功能整理的方法451

4功能评价452

4.1功能评价的涵义452

4.2功能评价的目的452

4.3功能评价的步骤452

4.4功能评价的方法453

4.4.1功能现实成本的估算453

4.4.2功能最低成本的估算453

4.4.3功能价值的计算455

4.4.4功能或功能区目标成本的确定456

第4章机械产品设计方案的创造和评价457

1方案的创造457

1.1方案创造的过程457

1.2方案创造的原则457

1.3方案创造的方法457

1.3.1自由讨论法457

1.3.2哥顿法457

1.3.3检核表法458

1.3.4输入输出法459

1.3.5方案组合法460

1.3.6缺点列举法460

1.3.7仿生学法460

1.4方案创造的工作方法460

1.4.1方案创造的思考460

1.4.2方案的图形化461

1.4.3方案的具体化与筛选461

1.4.4方案的检查461

2方案的评价462

2.1方案的概略评价462

2.1.1概略评价的内容462

2.1.2概略评价的方法462

2.1.3概略评价的注意事项462

2.2方案的具体化调查462

2.2.1方案的具体化462

2.2.2方案的调查462

2.3方案的详细评价462

2.3.1技术可行性评价462

2.3.2经济合理性评价463

2.3.3方案的社会评价464

2.3.4方案的综合评价464

3提案的实施与最终成果的评价469

3.1提案的审批与实施469

3.1.1提案表的编制469

3.1.2提案的审批469

3.1.3提案的实施与跟踪469

3.2提案的最终成果评价470

3.2.1提案的企业技术经济效果评价470

3.2.2提案的社会效果评价470

3.3价值工程的组织470

3.3.1组织形式470

3.3.2价值工程的人才结构470

3.4开展价值工程的基础工作471

第5章价值工程应用实例472

例1价值工程在Z28-100型滚丝机上的应用472

1VE对象的选择472

1.1VE产品的选择472

1.2VE零件的选择472

2情报的收集472

3功能定义和整理472

4功能评价472

4.1分析确定功能的现实成本472

4.2确定功能评价值472

5方案的创造474

6方案的评价475

6.1技术评价475

6.2经济评价475

6.3社会评价476

7方案的试验验证476

8VE成果评价476

8.1技术评价476

8.2经济效果476

例2价值工程在J0810机油滤清器上的应用476

1VE对象的选择476

1.1VE产品的选择476

1.2确定VE工作范围476

2情报收集477

3功能定义479

4功能整理479

5功能评价480

5.1功能现实成本的测算480

5.2功能评价值的确定480

5.3计算成本降低幅度481

6方案创造和概略评价481

7方案的具体化和详细评价482

8价值工程最终成果评价482

参考文献484

第11篇疲劳强度设计485

主要符号表487

第1章概述489

1疲劳术语489

2循环应力与循环应变490

2.1循环应力490

2.2循环应变490

3无限寿命设计与有限寿命设计491

4疲劳的分类491

第2章疲劳试验493

1试样及其制备493

1.1试样493

1.2试样制备495

1.2.1取样495

1.2.2机械加工496

1.2.3热处理496

1.2.4测量、探伤与贮存496

2试验机497

3试验方法502

3.1常规疲劳试验法502

3.2成组试验法503

3.3升降法试验504

3.4疲劳极限的快速试验法505

3.4.1泊洛脱法506

3.4.2洛卡脱法507

3.4.3全循环阶梯加载法507

第3章疲劳图和疲劳数据表508

1S-N曲线508

2P-S-N曲线517

3P-S-N曲线通用方程式中的常数ap与bp521

4等寿命曲线527

5常用材料的疲劳极限532

6疲劳极限的经验公式543

第4章影响疲劳强度的因素544

1应力集中的影响544

1.1应力的集中与梯度544

1.2理论应力集中系数544

1.2.1带沟槽的板形零件的理论应力集中系数546

1.2.2带沟槽的圆柱形零件的理论应力集中系数547

1.2.3带台肩圆角的板形零件的理论应力集中系数551

1.2.4带台肩圆角的圆柱形零件的理论应力集中系数552

1.2.5开孔的机械零件的理论应力集中系数554

1.2.6其他常用零件的理论应力集中系数557

1.3有效应力集中系数560

1.3.1带台肩圆角的圆柱形零件的有效应力集中系数561

1.3.2带沟槽的圆柱形零件的有效应力集中系数564

1.3.3开孔的机械零件的有效应力集中系数566

1.3.4其他常用零件的有效应力集中系数569

1.3.5算例572

1.4用相对应力梯度求有效应力集中系数572

1.5敏性系数的统计参数573

2尺寸的影响573

3表面状态的影响574

3.1加工情况574

3.2腐蚀情况575

3.3表面强化575

4频率影响576

5载荷类型的影响576

5.1平均应力的影响576

5.2应力峰值的影响578

6环境因素的影响578

6.1腐蚀环境的影响578

6.1.1载荷频率的影响579

6.1.2腐蚀方式的影响579

6.1.3腐蚀介质的pH值影响579

6.1.4应力集中的影响580

6.1.5尺寸的影响581

6.1.6应力状态的影响582

6.2温度的影响582

6.2.1低温的影响582

6.2.2高温的影响582

6.3受载方式的影响582

第5章疲劳累积损伤理论583

1基本概念583

2线性疲劳累积损伤理论583

2.1线性累积损伤理论583

2.2双线性累积损伤理论584

3其他累积损伤理论585

3.1科尔顿-多兰累积损伤理论585

3.2莱维和科津累积损伤理论585

第6章高周疲劳586

1概述586

1.1常规疲劳设计586

1.2安全系数586

2无限寿命设计590

2.1单向应力时无限寿命设计590

2.1.1计算公式590

2.1.2算例591

2.2多向应力时无限寿命设计591

3有限寿命设计592

3.1安全系数计算公式592

3.2寿命估算592

3.3算例592

第7章低周疲劳594

1低周疲劳的S-N曲线594

1.1应力-寿命（σa-N）曲线594

1.2应变-寿命（εa-N）曲线595

2循环应力-应变曲线596

2.1滞后回线596

2.2循环硬化与循环软化596

2.3循环应力-应变曲线求法596

3应变-寿命曲线597

3.1曼森-科芬方程597

3.2四点法求应变-寿命曲线598

3.3通用斜率法599

4低周疲劳试验599

4.1低周疲劳试验的试样599

4.2带过渡圆弧的试样应变幅度的修正600

4.3低周疲劳试验方法600

5低周疲劳的寿命估算601

第8章腐蚀疲劳602

1概述602

1.1腐蚀疲劳术语602

1.2腐蚀疲劳的特性602

2腐蚀疲劳强度602

2.1腐蚀疲劳极限602

2.2腐蚀疲劳的S-N曲线606

2.3影响腐蚀疲劳的因素611

3腐蚀疲劳试验615

3.1试验要求615

3.2试验装置616

4腐蚀疲劳的寿命估算617

第9章高温疲劳618

1高温对材料机械性能的影响618

2高温时材料的S-N曲线620

3影响高温疲劳性能的主要因素623

3.1材料因素623

3.2温度因素623

3.3频率因素624

3.4应力集中因素625

3.5表面状态因素625

3.6平均应力因素626

4高温疲劳试验626

4.1载荷谱627

4.2试样629

4.3试验设备与试验方法629

5高温下的疲劳强度计算630

5.1静态计算法630

5.2蠕变疲劳复合作用计算法630

第10章低温疲劳632

1金属在低温下的单调特性632

2低温下材料的疲劳数据632

2.1低温下材料的疲劳极限632

2.2低温时应力集中的影响633

2.3材料在低温下的S-N曲线与等寿命曲线635

3低温疲劳强度计算635

第11章热疲劳636

1热应力与热应变636

2热疲劳试验方法637

2.1定性比较法637

2.2定量测定法637

2.3热-机械疲劳试验方法638

3热疲劳强度与寿命估算639

3.1最大温度-寿命曲线639

3.2应变幅度-寿命曲线640

3.3热疲劳曲线与其他疲劳曲线比较641

4热疲劳强度设计中的主要问题642

第12章接触疲劳643

1接触应力分析643

2接触疲劳破坏644

3影响接触疲劳的因素645

3.1滑动速度因素645

3.2表面粗糙度因素645

3.3润滑油膜因素646

3.4润滑剂因素647

3.5接触物体材料因素647

3.5.1非金属夹杂物647

3.5.2热处理组织状态648

3.5.3表层与心部硬度648

4接触疲劳强度计算648

5接触疲劳试验650

5.1接触疲劳试验术语650

5.2试验机650

5.3试样651

第13章随机疲劳653

1基本概念653

2载荷谱653

2.1概述653

2.2雨流法654

2.3载荷谱编制655

3随机疲劳强度计算656

3.1程序谱的疲劳强度计算656

3.2概率密度函数表示连续谱的强度计算656

第14章冲击疲劳657

1多次冲击强度657

1.1多次冲击能量-寿命（A-N）曲线657

1.2影响多次冲击强度的因素657

1.2.1材料的强度657

1.2.2材料的韧性657

1.2.3工艺与材料代用658

2冲击疲劳强度计算661

3提高多次冲击疲劳强度的措施661

第15章疲劳强度的现代设计662

1裂纹形成寿命估算——局部应力应变法662

1.1预备知识662

1.1.1真实应力与真实应变662

1.1.2玛辛特性662

1.1.3材料的记忆特性663

1.1.4载荷顺序效应663

1.2局部应力-应变分析663

1.2.1滞后回线方程式663

1.2.2诺伯法663

1.3裂纹形成寿命估算方法665

1.3.1损伤计算665

1.3.2估算裂纹形成寿命的步骤665

1.4算例665

2裂纹扩展寿命估算668

2.1脆断与裂纹扩展的判别668

2.2疲劳裂纹扩展速度671

2.3疲劳裂纹扩展寿命估算方法675

3裂纹扩展试验677

3.1试样677

3.2裂纹扩展试验方法677

4损伤容限设计678

5算例678

6疲劳强度的可靠性设计679

第16章提高零件疲劳强度的方法680

1合理选材680

1.1提高纯度680

1.2细化晶粒680

1.3最佳的热处理与组织状态680

1.4强度、塑性与韧性的合理配合680

2改进结构681

3表面强化684

3.1表面喷丸强化684

3.2表面辊压强化686

3.3内孔挤压强化686

3.4表面化学热处理687

3.5表面淬火688

3.6表面激光强化688

参考文献689

第12篇蠕变设计691

第1章概述693

1蠕变现象693

2蠕变曲线693

2.1蠕变曲线的一般特征693

2.2蠕变曲线的数学表示形式694

3蠕变极限与持久强度695

3.1蠕变极限695

3.2持久强度695

4影响蠕变与持久强度的主要因素695

4.1化学成分的影响696

4.2工艺因素的影响696

4.3工作条件的影响697

4.4零件尺寸与形状的影响698

第2章蠕变试验700

1蠕变与持久强度试验700

1.1蠕变试验700

1.2持久强度试验703

2加速蠕变试验706

2.1直接试验法707

2.2间接试验法707

2.3应力加速法707

2.4温度加速法707

3蠕变与持久强度试验数据的外推法708

3.1等温线法708

3.2时间-温度参数法（T.T.P）708

3.3最少约束法710

3.4外推法的评价710

第3章蠕变和持久强度数据711

1黑色金属材料的蠕变与持久强度数据711

1.1铸铁711

1.2铸钢712

1.3碳素钢714

1.4普通低合金钢与合金结构钢716

1.5耐热钢与不锈钢720

1.6弹簧钢724

1.7高温合金726

2有色金属材料的蠕变与持久强度数据730

2.1铸造铝合金730

2.2钛合金730

3其他国家金属材料的蠕变与持久强度数据740

第4章蠕变计算745

1蠕变设计准则745

1.1蠕变的许用应力〔σ〕Tc745

1.2持久强度的许用应力〔σ〕Tr747

1.3高温静应力下的安全系数748

2单向应力状态的蠕变计算749

2.1恒定温度、恒定应力情况749

2.2恒定温度、变动应力情况749

2.3恒定应力、变化温度情况750

3三向应力状态的蠕变计算751

4蠕变-疲劳交互作用下的寿命计算752

4.1线性累积损伤法752

4.2应变幅划分法752

4.3频率修正法754

5蠕变设计举例754

5.1透平机械叶片的蠕变计算754

5.2梁的弯曲蠕变计算755

5.3受内压厚壁圆筒的蠕变计算757

第5章应力松弛759

1应力松弛曲线759

1.1应力松弛曲线的一般特征759

1.2应力松弛的经验公式759

2应力松弛试验760

2.1拉伸试验法760

2.2环状试样试验760

3应力松弛与蠕变的关系761

4应力松弛的试验数据763

5应力松弛计算与举例766

5.1应力松弛计算766

5.2应力松弛计算举例767

参考文献767

第13篇可靠性设计769

第1章可靠性概念、可靠性特征量和可靠性设计程序771

1可靠性的概念771

2可靠性特征量771

2.1可靠度771

2.2累积失效概率773

2.3平均寿命773

2.4可靠寿命和中位寿命773

2.5失效率和失效率曲线774

2.5.1失效率774

2.5.2失效率曲线775

2.6可靠性特征量间的关系777

3维修性特征量778

3.1维修度778

3.2修复率778

3.3平均修复时间778

3.4维修性和可靠性特征量对应关系778

4有效性特征量779

4.1有效度的意义779

4.2有效度种类780

4.3单元的有效度780

5可靠性设计程序和手段781

第2章可靠性数据的图分析法785

1可靠性试验种类785

2可靠性中常用的概率分布785

3频数、频率直方图和近似分布图791

4累积分布函数的估计793

5用正态概率纸的分析法802

6用对数正态概率纸的分析法804

7用威布尔概率纸的分析法809

7.1两参数威布尔分布809

7.2三参数威布尔分布811

7.3分组最小值寿命试验的分析法813

8中止寿命试验的分析法815

第3章可靠性数据的数值分析法818

1回归分析法818

1.1基本关系式818

1.2几种常用概率分布的变换关系819

1.3概率分布的回归分析法819

2分布类型的假设检验820

2.1x2检验法821

2.2K-S检验法822

3指数分布的数值分析823

3.1指数分布的拟合性检验823

3.2指数分布的参数估计和可靠度824

4正态分布的数值分析826

4.1正态分布的拟合性检验826

4.2正态分布完全样本参数估计828

4.3正态分布截尾寿命试验的参数估计828

4.3.1极大似然估计828

4.3.2最佳线性无偏估计829

4.3.3简单线性无偏估计829

4.4正态分布可靠寿命和可靠度的估计829

5对数正态分布的数值分析法850

6威布尔分布的数值分析852

6.1威布尔分布的拟合性检验853

6.2威布尔分布的参数估计854

6.2.1矩法估计854

6.2.2极大似然估计854

6.2.3最佳线性无偏估计和简单线性无偏估计856

6.3威布尔分布的可靠度和可靠寿命856

7可靠性的非参数分析880

第4章系统的可靠性884

1不可修复系统的可靠性884

1.1可靠性模型884

1.1.1串联系统884

1.1.2并联系统884

1.1.3混联系统885

1.1.4表决系统886

1.1.5旁联系统886

1.1.6复杂系统887

1.2系统的可靠性特征量888

1.3有贮备的系统889

2可修复系统的可靠性890

3可靠性预计894

3.1可靠性预计的目的894

3.2可靠性预计的方法894

3.2.1设计初期的概略预计法894

3.2.2数学模型法894

3.2.3上下限法895

3.2.4蒙特卡洛模拟法896

4可靠性分配897

4.1可靠性分配的原则897

4.2可靠性分配的方法897

4.2.1等分配法897

4.2.2再分配法898

4.2.3比例分配法898

4.2.4综合评分分配法900

4.2.5动态规划分配法900

5失效模式、效应及危害度分析（FMECA）903

5.1基本概念903

5.2分析的过程和方法903

6故障树分析（FTA）906

6.1基本概念906

6.2故障树的建立908

6.3故障树的定性分析909

6.4故障树的定量分析912

6.4.1顶事件发生的概率912

6.4.2重要度913

7设计评审915

7.1一般概念和要求915

7.2设计评审点的设置915

7.3设计评审组915

7.4设计评审检查清单916

7.5设计评审程序916

7.6设计评审资料要求917

第5章概率设计919

1应力-强度模型求可靠度919

1.1应力-强度模型919

1.2应力-强度模型求可靠度的一般公式919

1.3数值积分法求可靠度921

1.4图解法求可靠度922

1.5极限状态法求可靠度924

1.5.1多个正态变量的情况924

1.5.2非正态变量的情况925

1.6可靠度的置信下限927

2可靠度与安全系数929

3随机变量函数的均值和标准差的近似计算931

3.1泰勒展开法931

3.2变异系数法932

3.3基本函数法932

4机械强度的概率设计936

4.1应力和载荷936

4.2几何尺寸937

4.3材料强度特性937

4.4计算系数939

4.5静强度的概率设计940

4.5.1正态分布的设计法941

4.5.2非正态分布的设计法943

4.6疲劳强度的概率设计945

4.6.1零件的疲劳强度946

4.6.2按p-S-N线图的疲劳强度计算950

4.6.3按3s-S-N线图的疲劳强度计算952

4.6.4按3s-σm-σa线图的疲劳强度计算954

4.6.5按等效应力的疲劳强度计算958

4.6.6受复合应力的计算法959

4.6.7受不稳定变应力的疲劳强度计算960

4.6.8疲劳寿命的可靠性预计964

5其他失效形式的概率设计966

5.1断裂韧性的概率设计966

5.1.1静载抗断裂的可靠度966

5.1.2变载抗断裂的可靠度969

5.1.3变载抗断裂的可靠寿命970

5.2刚度的概率设计971

5.3磨损的概率设计972

5.3.1磨损和磨损寿命曲线972

5.3.2抗磨损的可靠度和可靠寿命974

5.4腐蚀的概率设计974

第6章蒙特卡洛模拟法的应用976

1概述976

2随机数的产生976

2.1〔0，1〕区间均匀分布随机数的产生977

2.1.1随机数表法977

2.1.2伪随机数法979

2.2特殊随机数的产生980

3应用举例982

3.1求随机变量函数的分布982

3.2按应力-强度模型验算可靠度983

3.3在系统可靠性中的应用984

3.4求可靠度的置信限986

参考文献987

第14篇优化设计989

第1章机械优化设计的基本概念991

1机械设计、计算机辅助设计与优化设计991

2优化设计的数学模型991

3优化设计的计算机程序及其应用992

4优化方法及机械优化问题的分类993

4.1设计参数优化与总体方案优化993

4.2数学优化方法993

4.3数学规划993

4.4动态规划和几何规划994

5数学规划问题的基本概念及数学基础994

5.1设计空间994

5.2目标函数的等值线（面）994

5.3函数的一阶导数向量、二阶导数矩阵及泰勒展开式995

5.4无约束极值问题的最优解条件995

5.5可行域的概念996

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996

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997

6非线性规划数值算法的基本思想998

7建立优化设计数学模型的过程999

8优化设计数学模型的几个问题1000

8.1数学模型的尺度变换1000

8.2多目标优化设计1001

8.3含离散型设计变量的优化设计1001

第2章最优化计算方法1002

1一维搜索计算方法1002

1.1确定搜索区间的进退法1002

1.2黄金分割法（0.618法）1003

1.3二次插值法1004

2无约束极值问题的解法1005

2.1运用导数信息的算法1005

2.1.1梯度法1005

2.1.2牛顿法1006

2.1.3BFGS变尺度法和DFP变尺度法1007

2.2不用导数信息的算法1008

2.2.1坐标轮换法1008

2.2.2共轭方向法1008

2.2.3Powell共轭方向法1009

3线性规划1010

3.1线性规划的应用数学模型1010

3.2线性规划问题的图解法1011

3.3线性规划数学模型的标准形式1012

3.3.1标准形式1012

3.3.2将一般形式化为标准形式的方法1012

3.4解线性规划问题的单纯形法1013

3.4.1基本解、基本可行解和最优基本可行解1013

3.4.2单纯形法的基本步骤1013

3.5两阶段单纯形法1014

3.5.1人工变量1014

3.5.2第一阶段算法1014

3.5.3第二阶段算法1014

3.6修正单纯形法1015

3.6.1单纯形法的矩阵表示1015

3.6.2修正单纯形法1015

4约束非线性规划计算方法1016

4.1概述1016

4.2构造线性规划子问题1017

4.2.1广义简约梯度法1017

4.2.2投影梯度法1019

4.3构造无约束极值子问题1020

4.3.1外点法1020

4.3.2内点法1021

4.3.3混合罚函数法1023

4.3.4增广乘子法1023

4.3.5精确罚函数法1024

4.4构造二次规划子问题1024

4.4.1Powell型序列二次规划法1024

4.4.2Biggs型序列二次规划法1025

4.4.3二阶导数信息矩阵Hk和Bk的修正公式1026

4.4.4不精确一维搜索策略1026

4.5直接方法1027

4.5.1随机试验法1027

4.5.2复合形法1028

第3章常用机构及机械零部件优化设计的数学模型1029

1平面连杆机构优化设计的数学模型1029

1.1连杆机构优化设计的一般问题1029

1.1.1运动学的优化设计1029

1.1.2动力学的优化设计1029

1.2蟹爪式装载机扒取机构的优化设计1029

1.2.1扒取机构的运动学分析1029

1.2.2优化设计的数学模型1030

1.3四杆变幅机构的优化设计1031

1.3.1基本计算公式1031

1.3.2优化设计的数学模型1032

1.4实例1033

2盘形凸轮机构优化设计的数学模型1035

2.1基本计算公式1035

2.1.1凸轮机构升程瞬时效率计算公式1035

2.1.2凸轮机构接触强度计算公式1036

2.2优化设计数学模型1037

2.2.1设计变量1037

2.2.2目标函数1037

2.2.3约束函数1037

2.3优化设计程序框图1037

2.4实例1037

3齿轮传动优化设计的数学模型1042

3.1齿轮传动的基本计算公式1042

3.1.1渐开线圆柱齿轮传动的接触和弯曲强度计算式1042

3.1.2渐开线圆柱齿轮传动的胶合承载能力计算式1043

3.1.3锥齿轮接触和弯曲疲劳强度计算公式1043

3.2齿轮传动优化设计的数学模型1044

3.2.1设计变量1044

3.2.2目标函数1044

3.2.3约束函数1044

3.3参数圆整和标准化的处理方法1047

3.4齿轮传动优化设计的程序结构1048

3.5数学模型与优化计算的联接1048

4流体动压滑动轴承优化设计的数学模型1049

4.1轴承的几何参数和计算公式1049

4.2圆柱轴承和椭圆轴承性能计算基本公式1051

4.3动压滑动轴承优化设计的数学模型1051

4.3.1设计变量1051

4.3.2目标函数1051

4.3.3约束函数1052

4.4流体动压滑动轴承优化设计的求解方法和程序框图1052

4.4.1插值法1052

4.4.2曲线的拟合1053

4.4.3程序框图1053

4.5实例1054

5圆柱螺旋弹簧优化设计的数学模型1056

5.1基本计算公式1056

5.2主要验算公式1056

5.3结构尺寸计算公式1057

5.4两层并列式压缩组合螺旋弹簧的计算公式1058

5.5优化设计的数学模型1058

5.5.1设计变量1058

5.5.2目标函数1058

5.5.3约束函数1058

5.6程序结构框图1059

5.7实例1059

6定轴式齿轮减速器优化设计数学模型1061

6.1齿轮传动的计算1061

6.2轴的计算1061

6.3滚动轴承的计算1062

6.4优化设计的数学模型1063

6.4.1设计变量1063

6.4.2目标函数1063

6.4.3约束函数1063

6.5定轴式齿轮减速器优化设计的程序结构1063

6.6实例1064

7 2K-H行星轮系（负号机构）优化设计的数学模型1073

7.1基本原理1073

7.2基本计算公式1074

7.2.1传动比分配的计算公式1074

7.2.2配齿计算的有关公式1075

7.2.3变位系数选择的有关计算公式1075

7.3优化设计的数学模型1076

7.3.1设计变量1076

7.3.2目标函数1076

7.3.3约束函数1076

7.4参数圆整和圆整后的配齿1077

7.5优化程序框图1077

7.6实例1078

8齿轮变速箱优化设计的数学模型1081

8.1确定传动方案1081

8.2优化设计的数学模型1081

8.2.1设计变量1081

8.2.2目标函数1082

8.2.3约束函数1082

8.3优化设计的程序框图1084

8.4实例1084

9优化设计实例1086

第4章机械系统的优化设计1090

1结构系统的优化设计1090

1.1结构优化设计概述1090

1.2结构优化设计简例一数学模型及计算方法1090

1.3形状优化设计1091

1.4结构系统优化设计的一般提法1092

1.5优性准则方法及混合结构优化方法1093

1.5.1优性准则法1093

1.5.2满应力设计1093

1.5.3混合结构优化方法1094

2动态系统的优化设计1094

2.1动态机械系统优化设计简例1094

2.2动态机械系统优化设计的数学模型1095

2.3动态系统优化设计的计算方法1096

2.3.1离散化非线性规划方法1096

2.3.2状态空间方法1096

3设计方案的最优决策1097

3.1系统工程和机械系统方案优化设计数学模型1097

3.1.1系统方案优化设计数学模型1097

3.1.2相似系统的动力学模型1098

3.2人机交互式方案优化设计1099

3.3人工智能（专家系统）技术与方案优化设计1099

3.3.1方案优化设计专家系统1099

3.3.2方案设计专家系统的关键技术1099

参考文献1100

第15篇失效分析和故障诊断1101

第1章概述1103

1常用术语1103

2机械产品的失效（故障）类型及影响因素1103

2.1失效类型1103

2.1.1机器或系统的失效类型1103

2.1.2零部件失效类型1103

2.2失效的基本影响因素1104

2.2.1设计因素1104

2.2.2制造工艺因素1104

2.2.3装配调试因素1105

2.2.4材质因素1105

2.2.5运转维修因素1105

3失效分析的基本内容与故障诊断的基本类型1105

3.1失效分析的基本内容1105

3.1.1失效分析对象与作用1105

3.1.2失效分析工作三要素1106

3.1.3失效分析与其他学科的关系1106

3.2故障诊断的基本类型1107

3.2.1性能诊断和运行诊断1107

3.2.2定期诊断和在线监测1107

3.2.3直接诊断和间接诊断1107

3.2.4常规诊断和特殊诊断1107

3.2.5简易诊断和精密诊断1107

4失效分析的基本思路与方法1107

4.1失效分析的一般思路1107

4.2失效分析系统工程方法1108

4.3失效分析的一般过程与步骤1109

4.3.1失效对象的现场调查1109

4.3.2现场初步分析1110

4.3.3检测试验、查清失效原因1110

4.3.4提出结论与报告1111

第2章金属断裂与断口分析1112

1金属断裂的基本概念1112

1.1金属的裂纹、断裂与断口1112

1.1.1金属的裂纹与断裂1112

1.1.2断口与断口分析的重要作用1112

1.2金属断裂的基本类型1112

1.2.1按金属断裂处宏观塑变量分1112

1.2.2按断裂发展途径分1112

1.2.3按断口取向与所受外力方向的关系分1112

1.2.4按微观断裂机制分1113

1.3金属断口基本组成与特征1113

1.3.1金属断口的三要素1113

1.3.2断口要素的影响因素1114

2金属零件的脆性断裂1116

2.1基本特点1116

2.1.1低应力断裂1116

2.1.2裂纹源1116

2.1.3韧性转变脆性1116

2.1.4宏观断口形貌1116

2.2微观机理1116

2.2.1解理断裂1116

2.2.2准解理断裂1117

3金属零件的过载断裂1118

3.1韧窝的形成和性质1118

3.2韧窝的类型与应力状态1118

3.2.1正交韧窝1118

3.2.2剪切韧窝1118

3.2.3撕裂韧窝1118

4金属零件的疲劳断裂1119

4.1疲劳断裂的基本类型1119

4.1.1按疲劳断裂的不同产生基因分1119

4.1.2按疲劳断裂寿命分1119

4.2疲劳断口的宏观形貌特征1120

4.2.1疲劳断口三区的宏观一般特征1120

4.2.2加载类型对疲劳断口三区的影响1120

4.3疲劳断口的微观形貌特征1123

4.3.1疲劳源的典型微观特征1123

4.3.2疲劳扩展区的微观结构1123

4.3.3瞬断区的微观形貌特征1125

4.4疲劳断口定量分析1125

4.4.1基本思路1125

4.4.2v与da/dN1125

4.4.3da/dN、△K与Nf1126

5金属零件的环境致断1126

5.1应力腐蚀破裂1126

5.1.1应力腐蚀破裂的特点和影响因素1126

5.1.2应力腐蚀破裂的断口特征1129

5.2氢脆1130

5.2.1氢脆的特点与一般影响因素1130

5.2.2氢脆的主要类型及其预防措施1131

5.2.3氢脆的断口形貌特征1133

5.3蠕变断裂1134

5.3.1蠕变断裂的特点和影响因素1134

5.3.2蠕变断裂的裂纹状态与断口形貌1135

6金属零件的裂纹分析1136

6.1金属零件裂纹的基本类型与特点1136

6.2裂纹源的位向1138

6.2.1裂源的宏观位向1138

6.2.2裂源的微观局部位向1140

第3章表面损伤及变形失效1141

1磨损失效分析1141

1.1磨损与磨损失效1141

1.1.1磨损概念1141

1.1.2磨损量、度与耐磨性1141

1.1.3磨损失效1141

1.2磨损失效的基本类型1142

1.2.1黏著磨损1142

1.2.2磨粒磨损1142

1.2.3表面疲劳磨损1142

1.2.4冲蚀磨损1143

1.2.5腐蚀磨损1143

1.2.6气蚀磨损1143

1.3磨损失效的基本影响因素1143

1.3.1摩擦副材质对磨损失效的影响1143

1.3.2工况参数对磨损失效的影响1145

1.4磨损失效的分析方法1148

1.4.1特点1148

1.4.2磨损失效分析的一般步骤1151

1.4.3磨损失效分析手段1151

2腐蚀失效分析1153

2.1腐蚀与腐蚀失效1153

2.1.1腐蚀的概念1153

2.1.2金属腐蚀的化学和电化学过程1153

2.1.3金属腐蚀程度的表示法及腐蚀失效1153

2.2腐蚀失效的基本类型和影响因素1154

2.2.1大气腐蚀1154

2.2.2土壤腐蚀1155

2.2.3海水腐蚀1156

2.2.4均匀腐蚀1156

2.2.5点腐蚀（穴点腐蚀）1157

2.2.6缝隙腐蚀1158

2.2.7接触腐蚀1158

2.2.8晶间腐蚀1158

2.3腐蚀失效分析方法1159

2.3.1现场检测注意事项1159

2.3.2腐蚀表面检析1160

2.3.3反馈腐蚀试验1160

2.4防腐措施1160

2.4.1采用表面防护技术1160

2.4.2正确选用金属材料与表面状态1161

2.4.3改善介质的抗腐蚀条件1161

2.4.4电偶作用防腐法1162

2.4.5采用合理的防蚀结构设计1163

3畸变失效分析1164

3.1畸变和畸变失效1164

3.1.1畸变1164

3.1.2畸变失效1164

3.2畸变失效的基本类型1165

3.2.1弹性畸变失效1165

3.2.2塑性畸变1166

3.2.3翘曲畸变1166

3.3畸变失效分析方法1167

第4章金属零件失效及预防1169

1轴的失效及预防1169

1.1轴的失效类型1169

1.2失效轴的检验1169

1.3某大型减速机齿轮轴的断裂分析1170

1.3.1轴的断口分析1170

1.3.2轴的力学分析1171

1.3.3轴的理化检验和分析1172

1.3.4轴断裂原因、机理与预防轴断裂的对策1172

2螺纹联接件的失效及预防1173

2.1螺纹联接件的失效类型1173

2.2高强度工件螺纹止动台的断裂分析1173

2.2.1断裂原因分析1173

2.2.2材料的分析与试验1174

2.2.3结论与措施1175

3齿轮的失效及预防1175

3.1齿轮的失效类型1175

3.2某轧钢厂2300轧机主减速器双圆弧齿轮断齿分析1175

3.2.1齿轮断裂的检查与分析1178

3.2.2双圆弧齿轮试验及其结论1180

3.2.3结论与措施1181

4滚动轴承的失效及预防1181

4.1滚动轴承的失效类型1181

4.2因轴承和轴不对中引起轴承的失效1183

4.3亚表面金属缺陷引起轴承构件的失效1184

4.3.1轴承损伤情况及检验1184

4.3.2分析及结论1185

第5章设备故障诊断与预防1187

1诊断技术1187

1.1故障诊断技术1187

1.1.1状态监测1187

1.1.2识别诊断1187

1.1.3决策预防1187

1.2振动诊断技术1188

1.3声诊断技术1188

1.3.1声和噪声诊断法1188

1.3.2超声波诊断法1188

1.3.3声发射诊断法1188

1.4温度诊断技术1189

1.5铁谱分析技术1189

1.6其他诊断技术1189

1.6.1振声诊断（Vibroacoustical Diagnosis）1189

1.6.2光诊断技术1189

2信号采集1189

2.1信号采集技术1189

2.1.1振动信号的采集方法1190

2.1.2声信号采集方法1190

2.1.3温度信号采集方法1190

2.1.4铁谱分析中的油样采集方法1191

2.1.5其他诊断技术中的信号采集方法1191

2.2传感器1192

2.2.1传感器分类1192

2.2.2常用传感器1192

3信号处理1193

3.1信号的预处理1194

3.1.1滤波处理1194

3.1.2相加平均法1194

3.1.3包络处理1195

3.2以快速传里叶变换（FFT）技术为基础的相关分析与谱分析1195

3.2.1确定性信号的数据处理1196

3.2.2随机信号的数据处理1196

3.3时间序列法数据处理1197

3.4其他信号处理的方法1200

3.4.1温度信号处理方法1200

3.4.2光信号处理方法1200

3.4.3声的信号处理1200

4故障诊断系统1201

4.1诊断方法与特征参数1201

4.2诊断用标准谱数据库1202

4.3监测与诊断系统实例1203

4.3.1 650轧机轧制力矩在线监测系统1203

4.3.2旋转机械在线监测系统1203

4.3.3造纸工艺流程系统的在线监测1203

4.3.4齿轮减速器的综合监测诊断系统1204

4.4故障诊断的专家系统1204

4.4.1知识库（Knowledge Base）1204

4.4.2推理机（Inference Engine）1204

4.4.3数据库（Data Base）1204

4.4.4解释程序（Explication Prog-ram）1204

4.4.5知识获取程序（Knowledge Acquaintion Program）1205

5故障预防1205

5.1故障预防技术1205

5.2机械设备维修原则1205

5.2.1维修工作三要素1205

5.2.2生产系统的时间因素及维修时间1205

5.2.3维修原则的确定1205

5.2.4设备维修后勤功能分析和配置1207

5.2.5生产系统功能分析1207

5.3机器设备故障隐患消除1207

参考文献1208

第16篇机械设计工程数据库1209

引言1211

第1章一般数据库系统概念1212

1实体、信息、数据1212

1.1有关实体的术语1212

1.2有关信息的术语1212

1.3有关数据的术语1212

2数据库系统结构1213

2.1数据库1213

2.2数据库系统1213

3数据库管理系统（DBMS）1214

3.1DBMS的目标与作用1214

3.2分层抽象与变换1214

3.2.1三级结构1215

3.2.2两级变换与两级数据独立性1215

3.3DBMS组成1216

3.3.1数据描述语言1216

3.3.2数据操纵语言1216

3.3.3DBMS内核1217

3.4自含式与宿主式DBMS1217

3.4.1自含式DBMS1217

3.4.2宿主式DBMS1217

4各级用户对数据库的使用方式1217

4.1初等用户1217

4.2应用程序员1218

4.3数据库管理员1218

第2章数据模型1219

1概述1219

1.1实体间的联系1219

1.2数据模型概念1219

1.3数据模型的发展1219

2图形系统的几何数据模型1219

2.1线框模型1220

2.2表面模型1220

2.3立体模型1221

2.4几何造型的表示方式1222

2.4.1结构立体几何（CSG）1222

2.4.2边界表示法（B-rep）1223

3经典数据模型1223

3.1关系模型1223

3.2网状模型1224

3.3层次模型1225

3.4关系、网状模型的结合1225

4面向对象的语义数据模型1226

4.1面向对象系统的基本概念1226

4.1.1对象与对象类1226

4.1.2对象类之间的联系1226

4.1.3CAD数据库的语义概念模式实例1227

4.2实体联系（E-R）模型1228

4.3函数数据模型1229

4.4CAD/CAM专用的一种自描述数据模型1230

4.5一个CAD数据模型：FLOREAL1232

4.5.1数据库结构1232

4.5.2FLORFAL术语1232

4.5.3FLORFAL图形数据库定义与操作实例1233

第3章机械产品CAD/CAM系统中的数据管理1235

1CAD/CAM系统及其数据库1235

1.1CAD1235

1.2CAM1236

1.3机械产品CAD/CAM数据内容及行为特征1236

1.3.1计算机辅助设计的行为特征1236

1.3.2机械产品CAD/CAM数据1237

1.4工程数据库的特点及其在CAD/CAM中的地位与作用1238

1.4.1工程数据库的特点1238

1.4.2工程数据库的地位与作用1239

1.5工程数据库集成CAD/CAM子系统的方法1239

2CAD/CAM中的数据（库）管理系统1241

2.1CAD//CAM对工程数据库管理系统的要求1242

2.2实用CAD/CAM工程数据（库）管理系统分类1243

2.2.1计算机辅助图形设计系统（CAGD）1243

2.2.2图形、非图形数据集成管理系统1243

2.2.3图形、非图形数据分离管理系统1243

2.3CAD/CAM工程数据（库）管理系统的开发方法1243

第4章关系与网状数据库1245

1关系及基本概念1245

1.1基本术语1245

1.2关系数据库模式及视图描述1246

2关系数据操纵语言基础1247

2.1几种基本关系运算1247

2.1.1乘积（Product）1247

2.1.2投影（Projection）1247

2.1.3选择（Selection）1247

2.1.4联接（Join）与自然联接（Natural Join）1247

2.2实际关系系统中的操纵语言1248

3网状数据库基础1248

3.1DBTG系统结构1249

3.2DBTG系统的几个重要概念1249

3.2.1系1249

3.2.2域1249

3.2.3数据库码1250

3.2.4当前值1250

3.3网状结构1250

3.3.1网状结构分类1250

3.3.2转换为DBTG能直接处理的网状结构1251

3.4DBTG数据描述语言1253

3.5DBTG数据操纵语言1254

第5章数据（库）管理软件产品1256

1通用数据库管理系统1256

1.1概述1256

1.2数据库语言SQL标准1257

1.3ORACLE1258

1.4VAX Rdb/VMS1259

1.5dBASE Ⅱ/Ⅲ1261

2CAD/CAM专用数据库管理系统1263

2.1TORNADO1263

2.1.1TORNADO系统的应用1263

2.1.2TORNADO系统的特点1263

2.2PHIDAS1264

2.2.1PHILIKON系统1264

2.2.2PHIDAS中几何数据的描述1265

2.2.3PHIDAS的使用方式1266

3绘图软件包与几何造型系统1267

3.1微机上的绘图软件包1267

3.2实用几何造型系统1268

3.3图形（数据库）的用户接口1268

3.3.1交互式图形命令语言1269

3.3.2图形程序设计语言1270

3.3.3PADL中的形体描述与运算1270

3.3.4TIPS中的形体描述与运算1271

4CAD/CAM成套系统1272

4.1成套系统产品简介1272

4.1.1APOLLO公司的DOMAIN系统1272

4.1.2CALMA公司的DDM/DIMEN-SION Ⅱ与PRISM/DDM系统1272

4.1.3CDC公司的ICEM系统1273

4.1.4CV公司的CDS4000CAD/CAM系统及CADDS、MEDUSA系统1274

4.1.5GST公司的SABRE5000系统1275

4.1.6HP公司的成套系统1275

4.1.7Intergraph公司的成套系统1275

4.1.8ND公司的ND-TECHNOVI-SION系统1276

4.1.9SIEMENS公司的CADIS系统1276

4.1.10其他系统1276

4.2CADAM系统1276

4.2.1运行环境1276

4.2.2CADAM的功能特点1276

4.2.3CADAM中的数据管理机构及数据库1277

4.3BRAVO系统1277

4.3.1BRAVO概述1278

4.3.2使用方式1279

4.3.3数据库管理机构1279

第6章支持CAD/CAM一体化的数据库设计1281

1概述1281

1.1一般数据库设计步骤1281

1.2一般图形数据库设计基本步骤1282

1.3CAD//CAM数据库设计特点1282

1.4CAD/CAM数据库设计的标准与规范问题1283

2需求与约束分析1283

2.1需求与约束分析的基本内容1284

2.2数据调查1284

2.2.1调查提纲1284

2.2.2非图形数据调查1285

2.3数据流程图1286

2.4数据采集与处理1286

2.4.1原始数据的采集1286

2.4.2计算机辅助数据处理1286

3CAD系统配置与评价1288

3.1主机1288

3.1.1主机型系统1288

3.1.2 32位超级微机工作站1288

3.1.3微型机1290

3.2软件1290

4分离系统一体化支撑环境的建立1291

4.1现状与解决问题的途径1291

4.2AutoCAD的高级语言接口—MICACAD函数库1292

4.3面向工程应用的微机关系数据库管理系统—MEDB1.01293

5其他设计问题1293

5.1实体联系（E-R）模型的转换1294

5.1.1到关系模型的转换1294

5.1.2到网状模型的转换1294

5.2关系模式规范化1294

5.2.1函数依赖及其他有关术语1294

5.2.2规范化过程1295

第7章机械设计工程数据库设计应用实例1297

1MEDB1.0/AutoCAD轴承设计校核实例1297

1.1数据库的建立1297

1.2程序编制1299

2轮式拖拉机CAD工程数据库设计规范1300

2.1概述（数据库筹划）1300

2.1.1系统配置及基本接口1300

2.1.2设计目标、技术关键与技术路线1301

2.1.3约束条件1302

2.1.4设计流程1303

2.1.5文档1304

2.2数据需求调查与分析1304

2.2.1目的1304

2.2.2方法与工具1304

2.2.3数据需求调查规范1304

2.2.4数据流程图1306

2.2.5文档1306

2.3概念设计1307

2.3.1目的1307

2.3.2方法与工具1307

2.3.3E-R图1307

2.3.4文档1307

2.4接口安排与系统扩充1307

2.4.1目的1307

2.4.2接口1307

2.4.3图形数据库管理器（GDBM）1307

2.4.4版本管理系统（VCS）1307

2.4.5文档1307

2.5实现设计1307

2.5.1目的1307

2.5.2要求1307

2.5.3方法与工具1308

2.5.4文档1308

2.6系统实现1308

2.6.1目的1308

2.6.2方法与要求1308

2.6.3文档1309

2.7运行与维护1309

2.7.1目的1309

2.7.2方法、工具、要求1309

2.7.3文档1309

2.8组织与计划进度1309

3轮式拖拉机CAD工程数据库设计的实施1309

3.1工作流程与数据流程1309

3.2规范化处理1309

3.3应用程序编制1313

3.4图形库管理器（GDBM）的研制与使用1321

3.5版本控制系统（VCS）的研制与使用1322

3.6通用数据装载工具的研制1324

第17篇计算机辅助设计1327

第1章概论1329

1计算机辅助设计的基本概念1329

1.1机械设计工作中计算机的应用1329

1.2计算机辅助设计1329

2CAD系统硬件1332

2.1有关计算机的基本知识1332

2.2主机1332

2.3外存贮器1333

2.4输入装置1333

2.4.1键盘1333

2.4.2图形输入装置1333

2.5输出装置1333

2.5.1显示器1333

2.5.2绘图机和硬拷贝图形输出设备1334

3CAD系统软件1334

3.1程序设计语言1334

3.2系统软件1335

3.3应用软件1335

4CAD系统配置1336

第2章几何处理和几何造型1340

1图形基本图素生成1340

1.1生成图形的两种最基本图素类型1340

1.2点阵组成直线图素的生成算法1340

1.3点阵组成圆图素的生成算法1341

1.4微机BASIC语言绘图语句1342

2坐标系统1344

2.1世界坐标系1344

2.2设备坐标系1344

2.3规范化设备坐标系1344

2.4齐次坐标系1344

3二维图形变换1345

3.1窗口和视区的匹配变换1345

3.2图形裁剪1345

3.3基本线性变换及其变换矩阵1346

3.4变换的组合1347

4三维变换1348

4.1平移和转动变换1348

4.2平行投影变换1348

4.3透视投影变换1348

5曲线和曲面的数值法表示和拟合1351

5.1三次方样条曲线1351

5.1.1分段内的三次方样条曲线1351

5.1.2分段拟合衔接的连续条件1352

5.1.3端点条件1352

5.1.4拟合举例1353

5.2Bezier曲线1353

5.3B样条曲线1354

5.4双三次曲面1355

6几何造型技术1357

6.1几何模型分类1357

6.2实体几何构建法（CSG）1357

6.3边界表面表示法（B-rep）1359

7透视图中的消隐处理1361

7.1消隐处理中的一些检验计算和判别1361

7.2消除隐藏线算法流程框图举例1364

第3章CAD的分析计算的仿真1365

1设计资料中公式、数表和线图的程序化1365

1.1计算公式的程序化1365

1.2数表的程序化方法1365

1.2.1数表的存贮1365

1.2.2一元数表的查取方法1365

1.2.3二元数表的存取方法1367

1.2.4数表的公式化1369

1.3线图的程序化方法1371

2CAD的数值分析方法及其前后处理1371

2.1CAD中常用的数值分析方法1371

2.2有限元法及其应用软件1372

2.3有限元的数据前处理1375

2.3.1CAD环境中的有限元模型化1375

2.3.2有限元模型化的基本内容1375

2.3.3有限元网格自动生成的方法1376

2.4有限元的数据后处理1377

2.4.1对计算结果的加工处理1377

2.4.2有限元数据的图形表示1379

3CAD中分析软件的联接和接口设计1380

3.1CAD系统的软件集成化1380

3.2CAD中分析软件的联接1380

3.2.1几何造型—有限元联接1380

3.2.2数值计算—优化设计联接1380

3.2.3分析软件的相互联接1381

3.3CAD中的软件接口设计1381

4计算机仿真1381

第4章计算机绘制工程图样和图形软件标准1383

1通用绘图软件包的基本功能1383

1.1基本图形元素1383

1.2基本图形元素组合及图形的编辑和修改1384

1.3辅助作图功能1384

1.4半自动尺寸标注、查询和属性定义功能1384

2计算机绘制工程图样1386

2.1计算机绘制工程图样的优点1386

2.2Auto CAD绘图软件包简介1386

2.3交互绘制工程图样1386

2.4通用图形软件包的用户化二次开发1387

3图形软件标准1388

3.1图形软件的标准化1388

3.2IGES标准1390

3.2.1IGES标准文件中单元1390

3.2.2IGES文件结构1390

3.2.3IGES文件示例1391

3.3DXF文件1393

3.3.1DXF文件结构1393

3.3.2DXF文件实例1396

3.4GKS标准1397

3.4.1GKS的基本概念1397

3.4.2GKS的功能1399

第5章机械产品CAD常用技术和应用程序设计1401

1机械产品CAD程序设计特点和常用技术1401

1.1机械产品CAD程序设计的特点1401

1.2机械产品CAD程序设计中常采用的技术1401

1.2.1交互技术1401

1.2.2模块化技术1401

1.2.3数据库技术1401

1.2.4图形库技术1402

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1402

2.1设计内容及强度校核1402

2.2程序结构及程序设计实现1402

2.3程序运行1405

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1406

3.1Auto CAD绘图软件包同高级语言的联接1406

3.2轴类零件辅助绘图程序设计——采用绘图命令文件接口1406

3.3程序运行实例1408

3.4轴类零件辅助绘图程序设计——采用图形交换文件接口1409

4专用图形处理工具软件的程序设计实现1410

4.1工具软件的用途1410

4.2图形数字化描述1411

4.3工具软件程序设计实现及运行实例1412

4.3.1程序设计要求1412

4.3.2主程序段设计1412

4.3.3子程序过程段设计1413

4.3.4运行实例1415

5法兰盘CAD变参数设计绘图软件实现方法1416

5.1法兰盘的设计要求1416

5.2程序设计实现1417

5.2.1法兰盘绘图图形库1417

5.2.2BASIC程序设计实现1419

5.2.3LISP绘图驱动模块设计1426

5.3运行示例1428

第6章人工智能技术在CAD中的应用1431

1概述1431

1.1人工智能及其在CAD中的应用1431

1.2专家系统1431

2建造专家系统的关键技术1431

2.1专家系统的组成1431

2.2知识获取1432

2.3知识表示1432

2.3.1产生式规则1432

2.3.2框架表示法1432

2.3.3特性表表示法1433

2.4推理机制1433

2.5专家系统开发步骤1434

2.6专家系统程序设计语言1435

2.6.1LISP语言1435

2.6.2PROLOG语言1435

3专家系统设计举例1435

3.1问题提出1435

3.2知识库1435

3.3数据库1438

3.4推理机1438

3.4.1正向推理机1438

3.4.2程序设计实现1438

3.4.3专家系统的运行1439

第7章CAD的系统研制和软件工程1441

1CAD中的软件工程1441

2CAD软件工程的一般步骤及文档规范1441

2.1需求分析及其文档规范1441

2.2系统设计及其文档规范1442

2.3程序设计及其文档规范1443

2.4测试考核及其文档规范1443

2.5运行维护及其文档规范1444

3CAD软件工程中常用的方法1444

3.1结构化和模块化程序设计1444

3.2软件设计表现技术1444

3.3局部化原则1446

3.4统一的编程作业标准和编码风格1446

3.5界面设计1446

3.6面向编程的算法1447

3.7磁盘文件的利用1447

参考文献1447