现代机械工程设计 全寿命周期性能与可靠性PDF电子书下载

1 全寿命周期性能和可靠性 1

1.1 引言 1

1.2 针对全寿命周期性能和可靠性的设计思想 1

1.2.1 引言 1

1.2.2 历史 4

1.2.3 机械工程设计的发展趋势 5

1.2.4 创新设计 7

1.3 可靠性工程学 8

1.3.1 部件可靠性 8

1.3.2 系统可靠性 13

1.4 失效分析 15

1.4.1 失效起因分析 15

1.4.2 失效分析技术和步骤 16

2 机械部件失效模式 21

2.1 引言 21

2.2 滚珠轴承的失效机理 21

2.2.1 轴承磨痕形态及其解释 22

2.2.2 ISO失效模式分类 23

2.2.3 轴承失效 23

2.3 齿轮失效机理 29

2.3.1 ISO失效模式分类 29

2.3.2 齿轮失效 30

2.4 凸轮从动机构失效过程 36

2.4.1 失效模式分类 36

2.4.2 凸轮从动机构失效 36

2.5 轨／轮系统和牵引系统失效 39

2.5.1 失效模式分类 39

2.5.2 轨／轮系统和牵引系统失效 39

2.6 径向滑动轴承的失效分析 42

2.6.1 失效模式分类 42

2.6.2 径向滑动轴承的失效 42

2.7 链传动的失效机理 44

2.7.1 失效模式分类 44

2.7.2 链驱动失效 45

2.8 螺纹连接失效机理 46

2.8.1 失效模式分类 46

2.8.2 螺纹连接失效 47

3 疲劳失效 51

3.1 引言 51

3.2 疲劳强度预测 51

3.2.1 影响疲劳强度的因素 51

3.2.2 疲劳强度和持久极限的估计 56

3.3 可靠性设计 59

3.3.1 动态载荷驱动轴的设计 59

3.3.2 动态载荷螺栓联结接头设计 63

3.3.3 受动态载荷的焊接结构设计 70

4 额定载荷和滚动接触的疲劳寿命 79

4.1 引言 79

4.2 额定静态和动态载荷 79

4.2.1 名义点接触 80

4.2.2 椭圆接触 86

4.2.3 名义线接触 87

4.2.4 接触面（几何形状）的相似性 89

4.2.5 几何应力集中 90

4.2.6 牵引驱动下的滚动 90

4.2.7 许用接触压力 93

4.3 弹性流体动力润滑（EHL） 94

4.3.1 弹性流体动力润滑-线接触 94

4.3.2 弹性流体动力润滑-点接触（圆或椭圆） 96

4.4 机械部件的额定载荷 99

4.4.1 滚珠轴承的额定静态和动态载荷 99

4.4.2 齿轮表面持久性 102

4.4.3 牵引力驱动机构的额定动态载荷 107

4.5 轴承和导向系统的滚动阻力 111

4.5.1 深槽滚珠轴承 111

4.5.2 滚珠导向机构 114

4.5.3 角接触滚珠轴承 114

4.5.4 止推球轴承 114

5 机械系统中的摩擦现象 123

5.1 引言 123

5.2 真实接触面积 123

5.2.1 表面粗糙度 124

5.2.2 真实接触面积和名义接触面积的比值 127

5.3 基础摩擦学 129

5.3.1 犁沟作用 130

5.3.2 粘着力 131

5.4 经典摩擦定律 136

5.4.1 名义接触面积的影响 136

5.4.2 名义载荷的影响 136

5.4.3 滑动速度的影响 137

5.4.4 温度影响 137

5.4.5 表面粗糙度的影响 137

5.5 摩擦热和热失效 138

5.5.1 名义接触温度 139

5.5.2 瞬现温度 145

5.6 机械系统中的摩擦现象 147

5.6.1 线性激励器中的跃动现象 147

5.6.2 侧滑减小有效摩擦 149

5.6.3 线性导向结构的塞阻 149

5.6.4 无级变速带驱动 150

5.6.5 公制螺纹紧固件 153

5.6.6 螺旋传动轴 157

5.6.7 过盈配合 158

5.7 测量摩擦 160

5.7.1 人工测量 161

5.7.2 电动摩擦仪 162

6 机械部件磨损机理 167

6.1 引言 167

6.2 两体磨损机理 167

6.2.1 粘着磨损 168

6.2.2 磨料磨损 169

6.2.3 腐蚀磨损 170

6.2.4 表面疲劳 172

6.3 单体磨损机理 173

6.3.1 气体浸蚀 173

6.3.2 液体冲击浸蚀 173

6.3.3 气蚀 173

6.3.4 粒子冲蚀 174

6.4 接触条件 174

6.4.1 接触面的共曲性 175

6.4.2 静态接触 175

6.4.3 重叠程度 176

6.4.4 接触温度 176

6.5 磨损率 176

6.5.1 磨合期 176

6.5.2 磨损率的计算 177

6.5.3 表观磨损率分类 178

6.6 选择或构建测试装置 184

6.6.1 针-盘／针-环结构 185

6.6.2 针-平面／球-平面结构 186

6.6.3 双盘结构 186

6.7 摩擦和磨损测量标准 187

6.7.1 试件制备 187

6.7.2 试验 188

6.7.3 报告 188

6.7.4 重复性 188

7 材料选择——一种系统方法 193

7.1 引言 193

7.2 滑动轴承材料 193

7.2.1 金属材料选择准则 193

7.2.2 聚合物选择准则 197

7.2.3 专用陶瓷选择准则 215

7.3 涂层和表面处理 218

7.3.1 哪些情况需要用到表面处理技术 218

7.3.2 表面处理技术的分类 219

7.3.3 表面处理技术 220

7.4 材料选择：一种系统的方法 227

7.4.1 系统识别 228

7.4.2 材料选择准则的定义 228

7.4.3 材料的预选 228

7.4.4 实验设置 228

7.4.5 最佳候选项的选择 228

8 润滑剂的选择和润滑管理 235

8.1 引言 235

8.2 润滑状态 235

8.2.1 Stribeck曲线 236

8.2.2 润滑过渡区域图 238

8.3 润滑剂 240

8.3.1 物理特性 240

8.3.2 添加剂 245

8.3.3 油添加剂 247

8.3.4 发动机和工业润滑的发展趋势 248

8.4 润滑剂类型和润滑剂的选择 249

8.4.1 基础油 249

8.4.2 生物润滑剂 250

8.4.3 食用级润滑剂 252

8.4.4 用于热塑性材料、热固性材料和弹性体的润滑剂 252

8.4.5 油脂 253

8.4.6 固体润滑剂 255

8.4.7 特殊应用的润滑剂选择 258

8.5 润滑管理 260

8.5.1 脂润滑和油润滑 260

8.5.2 油润滑系统 260

8.5.3 发动机润滑系统 261

8.6 主动维护和润滑油分析 262

8.6.1 保养工程 262

8.6.2 主动维护 263

8.6.3 润滑剂失效的原因及预防措施 264

8.6.4 润滑油的化学和物理分析 264

8.6.5 磨损颗粒分析 266

9 流体动力润滑轴承和滑块设计 271

9.1 引言 271

9.2 流体动力润滑 271

9.2.1 雷诺方程 272

9.2.2 有效表面速度 276

9.2.3 径向滑动轴承的膜厚度和集中载荷 277

9.2.4 粘性剪切 278

9.3 滑块轴承 279

9.3.1 收敛楔形 279

9.3.2 Michell轴承 281

9.3.3 Rayleigh阶梯轴承 284

9.3.4 锥形台瓦 286

9.3.5 曲瓦 288

9.4 普通径向滑动轴承 289

9.4.1 轴承性能和设计 289

9.4.2 承载膜厚度与轴承间隙的优化设计 296

9.4.3 摩擦与膜厚的设计优化 297

9.5 挤压膜阻尼和动力学响应 298

9.5.1 平面上的带 298

9.5.2 平面上的圆盘 299

9.5.3 平面上的圆环 300

9.5.4 平面上的圆柱 301

9.5.5 挤压膜阻尼器 301

9.5.6 冲击载荷径向滑动轴承 303

9.5.7 动力载荷滑块轴承 304

9.5.8 活塞环／衬套膜的设计 306

9.5.9 动力载荷径向滑动轴承 307

10 动密封系统的性能和选择 317

10.1 引言 317

10.2 密封系统 317

10.2.1 密封系统分类 317

10.2.2 运行限制 317

10.3 转动密封 318

10.3.1 唇式密封，V形环和O形圈 318

10.3.2 机械面密封 320

10.3.3 密封面形态 323

10.3.4 间隙密封 324

10.3.5 迷宫式密封 325

10.3.6 磁性液体密封 326

10.3.7 空气障密封 327

10.3.8 多阶密封系统 328

10.4 往复式密封 328

10.4.1 液压结构的往复唇式密封 328

10.4.2 气动结构的往复唇式密封 330

10.4.3 O形圈在往复运动中的应用 332

10.4.4 引擎活塞环密封 334

11 流体静压轴承设计 339

11.1 引言 339

11.2 基本实施方法 339

11.2.1 获得轴承刚度的方法 340

11.2.2 供压流体轴承的优点和局限性 341

11.3 流体静压轴承的设计 342

11.3.1 基本结构部件 342

11.3.2 具有浅凹槽的静压止推轴承 347

11.3.3 具有楔状润滑膜的液体静压止推轴承 347

11.3.4 具有毛细管节流器的液体静压止推轴承 348

11.3.5 具有孔板节流器的液体静压止推轴承 352

11.3.6 预置载荷液体静压止推轴承 355

11.3.7 具有外部节流器的液体静压径向滑动轴承 357

11.3.8 具有浅凹槽区的液体静压径向滑动轴承 360

12 空气静压轴承设计 369

12.1 引言 369

12.2 基本运行方法 369

12.2.1 计算轴承刚度的方法 370

12.2.2 外压气体轴承的优点及其局限性 372

12.3 空气静压轴承设计 373

12.3.1 部件基本结构 373

12.3.2 具有浅凹槽区的空气静压止推轴承 375

12.3.3 具有部分刻槽表面的空气静压止推轴承 376

12.3.4 具有楔状膜的空气静压止推轴承 378

12.3.5 具有孔板节流器的空气静压止推轴承 379

12.3.6 具有多孔节流器的空气静压止推轴承 380

12.3.7 具有多孔圆环节流器的空气静压径向滑动轴承 381

12.3.8 具有两个多孔圆环节流器的空气静压径向滑动轴承 383

12.3.9 部分开槽外部施压径向滑动轴承 384

12.3.10 设计具有浮动活塞的汽缸 386

12.3.11 高性能线性运动轴的设计 387

13 轴承在机械电子设备中的应用 393

13.1 引言 393

13.2 轴承选择 393

13.2.1 轴承类型 393

13.2.2 选择因素 394

13.3 普通径向滑动轴承 394

13.3.1 塑料轴承 394

13.3.2 多孔金属轴承 395

13.4 宝石轴承 396

13.4.1 立式止推轴承系统 397

13.4.2 环状宝石和端部宝石轴承系统 398

13.4.3 刀刃轴承 399

13.5 高精度滚动轴承 400

13.5.1 运行精度 400

13.5.2 临界速度 401

13.6 螺旋槽轴承 402

13.6.1 螺旋槽止推轴承 403

13.6.2 螺旋槽径向滑动轴承 409

13.7 磁性流体轴承 411

13.7.1 磁性流体轴承基础 412

13.7.2 为什么采用磁性流体轴承 412

13.8 磁轴承 412

13.8.1 磁轴承基础 413

13.8.2 为什么使用磁轴承 413

13.9 箔片空气轴承 414

13.9.1 箔片轴承基础 414

13.9.2 为什么使用箔片空气轴承 415

13.10 混合轴承在高速转动中的应用 415

13.10.1 混合箔片-磁性轴承 415

13.10.2 混合磁性-螺旋槽轴承 416

13.10.3 混合外压螺旋槽轴承 416

14 高精度柔性机构设计 419

14.1 引言 419

14.2 基本设计原理和部件 419

14.2.1 设计思想 419

14.2.2 基本结构部件 423

14.2.3 动态载荷激励响应 425

14.2.4 孔铰机构设计 429

14.2.5 微激励器 431

14.3 其他各种应用 432

14.3.1 柔性十字铰机构 432

14.3.2 具有集成运动放大器的压电平行导向结构 433

14.3.3 压电纳米级XY平面平行机构 433

14.3.4 柔性联轴器 435

14.3.5 整体柔性平面轴承 435

参考文献 439