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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bP 37

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〕Tc 55

1·2 持久强度的许用应力〔σ〕Tr 57

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／dN 25

4·4·3 da／dN、△K与Nf 26

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DBMS 9

3·4·1 自含式 DBMS 9

3·4·2 宿主式 DBMS 9

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：FLOREAL 24

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 CAD 27

1·2 CAM 28

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