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第32篇 现代设计理论与方法综述

第1章 现代机械设计与制造技术的发展趋向

1 概述 32-3

2 现代机械设计与制造技术的发展趋向 32-3

2.1 “以人为本”方向 32-3

2.2 “极端制造”方向 32-3

2.3 “综合集成”方向 32-4

2.4 “信息化”方向 32-4

2.5 “绿色化”方向 32-5

第2章 产品研究与开发的一般过程及几个关键问题

1 概述 32-7

2 产品研究与开发的一般模型 32-7

2.1 产品开发过程的一般模型 32-7

2.2 产品开发一般过程中各模块及其相互关系 32-7

3 产品研究与开发中的几个关键问题 32-9

4 产品设计工作的重要性及其核心因素 32-10

第3章 现代产品设计理论与方法研究的主要进展

1 现代产品设计理论与方法研究简况 32-12

2 国际著名产品设计理论与方法简介 32-12

3 产品主要设计方法的简介 32-15

第4章 现代设计理论与方法的分类

1 概述 32-17

2 产品设计理论与方法的种类 32-17

3 产品设计理论与方法的分类 32-18

第5章 现代机械设计方法的发展及其特点

1 现代机械设计方法的发展 32-20

1.1 现代机械设计方法的发展趋势框图 32-20

1.2 现代机械设计方法的发展 32-20

2 产品设计已从传统设计全面地过渡到现代设计 32-22

2.1 传统设计与现代设计的比较框图 32-22

2.2 现代产品设计工作发展的几个主导方向 32-23

3 系统化设计或基于系统工程的综合设计理论与方法的特点 32-24

3.1 基于系统工程的综合设计理论与方法的产品设计四个阶段 32-24

3.2 各类设计目标及各种设计理论与方法的选用 32-24

参考文献 32-26

第33篇 机械系统概念设计

第1章 概 论

1 机械系统的基本概念 33-3

1.1 什么是系统 33-3

1.1.1 系统的定义 33-3

1.1.2 系统的特性和组成 33-3

1.2 什么是机械系统 33-3

1.2.1 机械系统的基本特点 33-3

1.2.2 传动-执行机构组成了机械系统的核心 33-4

1.3 什么是广义机械系统 33-4

2 机械系统的基本特征 33-4

2.1 整体性 33-4

2.2 相关性 33-5

2.3 层次性 33-5

2.4 目的性 33-5

2.5 环境适应性 33-5

3 机器的类别和基本特征 33-5

3.1 机器的类别 33-5

3.2 能量流、物质流和信息流 33-6

3.3 机器的基本特征 33-6

4 机械设计概述 33-8

5 机械系统的概念设计 33-9

5.1 概念设计与方案设计、创新设计的比较 33-9

5.2 概念设计的内涵 33-10

5.3 概念设计的基本特征 33-11

5.4 机械系统概念设计的基本内容 33-11

5.4.1 功能分析与功能结构设计 33-11

5.4.2 工艺动作的分解和构思 33-11

5.4.3 执行机构系统方案构思与设计 33-11

5.5 机电一体化系统的概念设计 33-11

第2章 机械系统概念设计的基本方法

1 工艺动作过程和执行机构 33-13

1.1 工艺动作过程 33-13

1.2 执行动作 33-13

1.3 执行构件和执行机构 33-13

2 工作原理和工艺动作分析 33-14

2.1 机械工作原理的确定 33-14

2.1.1 糖果包装 33-14

2.1.2 印刷工作 33-14

2.1.3 螺栓的螺纹加工 33-14

2.2 工艺动作过程的分解 33-14

3 系统设计方法 33-15

3.1 系统设计基本概念 33-15

3.2 系统分析 33-15

3.2.1 系统分析的要素 33-15

3.2.2 系统分析的程序 33-16

3.3 系统设计 33-16

3.3.1 系统设计的概念 33-16

3.3.2 系统设计的基本原则 33-16

3.3.3 系统设计的过程 33-16

3.3.4 系统综合评价 33-17

4 层次分析方法 33-17

4.1 层次分析法的基本步骤 33-17

4.2 层次结构模型 33-18

4.3 构造判断矩阵和计算相对权重 33-18

4.3.1 构造判断矩阵 33-18

4.3.2 计算权重 33-19

4.4 判断矩阵的一致性检验 33-19

4.4.1 完全一致性 33-19

4.4.2 一致性检验指标 33-19

4.4.3 随机一致性指标 33-19

4.5 层次总排序 33-20

4.6 层次分析法应用举例 33-20

5 形态综合法 33-21

5.1 形态综合的基本概念 33-21

5.2 子系统的求解 33-21

5.3 形态综合法进行子系统解的组合 33-22

5.4 求最佳系统方案 33-23

第3章 动作行为载体及其创新设计

1 机械系统的功能-行为-结构特点 33-24

1.1 总功能与工艺动作过程 33-24

1.2 行为与执行动作 33-24

1.3 结构与执行机构 33-24

1.4 工艺动作过程-执行动作-执行机构的功能求解模型 33-25

2 动作行为和执行机构 33-25

2.1 常见的动作行为形式 33-25

2.2 动作行为载体(执行机构)的类型 33-25

3 机构组合和组合机构 33-26

3.1 机构的串联式组合 33-26

3.2 机构的并联式组合 33-27

3.3 机构的叠合式(或运载式)组合 33-27

3.4 机构的叠联式组合 33-28

3.5 组合机构 33-28

4 广义机构 33-29

4.1 液动机构 33-29

4.2 气动机构 33-29

4.3 电磁机构 33-30

4.4 振动机构 33-30

4.5 光电机构 33-31

5 执行机构的创新方法 33-31

5.1 应用机构学原理 33-32

5.2 利用连杆机构或连架杆机构的运动特点构思新的机构 33-33

5.3 用成形固定构件和相对运动实现复杂运动过程 33-34

5.4 利用多种驱动原理创新机构 33-35

5.5 机构类型创新和变异设计 33-36

5.6 机构类型变换法 33-37

6 机构选型 33-38

6.1 按运动形式选择机构 33-38

6.2 按执行机构的功用选择机构 33-39

6.3 按不同的动力源形式选择机构 33-39

6.4 按先易后难选择机构 33-40

6.5 选择机构及其组合安排时应考虑的主要要求和条件 33-40

7 动作解法库的建立 33-40

第4章 机械运动系统的协调设计

1 机械运动系统的基本构成 33-41

1.1 传动系统 33-41

1.2 执行系统 33-41

2 机械运动系统设计 33-41

2.1 机械运动系统的基本内容 33-41

2.2 机械运动系统的集成设计 33-46

3 执行机构的协调设计 33-48

3.1 机器的机构传动系统类型和工作原理 33-48

3.2 机器执行机构的协调设计 33-50

3.3 执行机构协调设计的分析计算 33-51

4 机械运动循环图设计 33-52

4.1 机器的运动分类 33-52

4.2 机械的运动循环周期 33-52

4.3 机器的工作循环图 33-52

4.4 拟定机器工作循环图的步骤和方法 33-53

4.5 机器工作循环图的作用 33-54

4.6 机械运动循环图设计举例 33-54

第5章 机械系统的需求分析和工作机理确定

1 市场需求是产品开发的起点 33-56

1.1 需求与产品设计的关系 33-56

1.2 需求的内容和特征 33-56

1.3 需求的发现过程 33-57

2 基于需求的功能分析和功能求解 33-58

2.1 基于需求的功能求解 33-58

2.2 功能细化和功能原理方案设计过程 33-58

2.3 确定待研制的产品的总功能(功能抽象表述) 33-59

2.4 功能的细分和设计 33-59

2.5 功能元的组合方式 33-60

2.6 确定合适的技术原理 33-61

2.7 功能元求解 33-61

3 机械产品的工作机理 33-61

3.1 机器工作机理的内涵和表达 33-62

3.2 机器工作机理的重要特征 33-63

3.3 机器工作机理的构成要素 33-63

4 机器工作机理的基本特征和分类 33-63

4.1 机器工作机理的表现形式 33-63

4.2 机器工作机理的主要类别 33-64

4.3 按工作机的行业特点对工作机理分类 33-64

5 机器工作机理分析和求解方法 33-64

5.1 机器工作机理的组成 33-64

5.2 机器工作机理的行为表述 33-65

5.3 机器工作机理的分解原理 33-65

5.4 机器工作机理行为表述的应用 33-65

5.5 工作机理行为表述是机器功能原理求解的有效方法 33-66

5.6 结论 33-66

第6章 具有机械产品特征的功能求解模型

1 现有功能求解模型的介绍 33-67

1.1 设计目录求解模型 33-67

1.2 功能-结构求解模型(F-S) 33-67

1.3 功能-行为-结构求解模型(F-B-S) 33-67

1.4 功能-效应-原理求解模型 33-67

1.5 运动链发散创新求解模型 33-67

2 功能-工作机理-工艺动作过程-执行动作-机构的求解模型(F-W-P-A-M) 33-67

2.1 构建F-W-P-A-M功能求解模型 33-67

2.2 F-W-P-A-M功能求解模型的特点 33-68

2.3 采用F-W-P-A-M功能求解模型的示例 33-68

3 执行机构选型和机构知识建模 33-69

3.1 机构的分类原则和方法 33-69

3.2 动作的描述和机构属性表达方式分析 33-69

3.3 机构知识库结构模型 33-70

3.4 计算机编码原则 33-70

3.5 知识存储 33-71

第7章 机械系统运动方案的构思和设计

1 机械系统运动方案设计的主要步骤和内容 33-72

1.1 机械系统运动方案设计的主要步骤 33-72

1.2 功能原理方案设计 33-72

1.3 机械系统运动方案设计 33-73

1.4 机械系统运动方案的尺度综合 33-74

2 机械的工艺动作过程的构思 33-74

2.1 工艺动作过程是功能和功能原理方案的具体体现 33-74

2.2 工艺动作过程与机器类型的关系 33-75

2.3 工艺动作过程构想原则 33-76

2.4 工艺动作过程的构思方法 33-77

3 机械工艺动作过程分解和执行机构的选择 33-78

3.1 机械工艺动作过程的内涵 33-78

3.2 机械工艺动作过程的分解 33-78

3.3 动作组合的创新 33-80

3.4 动作的描述和机构属性表达方式分析 33-82

3.5 执行机构的选择 33-82

4 机械运动系统方案的组成原理与方法 33-83

4.1 机械运动系统组成的相容性原则 33-83

4.2 机械运动系统组成的系统最优化原则 33-84

4.3 录求执行机构的创新设计是机械运动系统创新设计的基础 33-84

5 机械系统运动方案设计举例 33-84

5.1 设计平版印刷机的运动系统方案 33-84

5.2 设计冲压式蜂窝煤成形机的运动系统方案 33-87

第8章 机械运动系统的评价体系和评价方法

1 评价指标体系的确定原则 33-91

2 评价指标体系 33-91

2.1 机构的评价指标 33-91

2.2 几种典型机构的评价指标的初步评定 33-92

2.3 机构选型的评价体系 33-92

2.4 机构评价指标的评价量化 33-92

2.5 机构系统选型的评估方法 33-93

3 价值工程方法 33-93

3.1 产品的功能 33-93

3.2 产品的寿命周期成本 33-93

3.3 产品的价值 33-93

3.4 机械运动方案的价值评定 33-94

4 系统分析方法 33-94

4.1 系统工程评价方法的基本原则 33-95

4.2 建立评价指标体系和确定评价指标值 33-95

4.3 建立评价模型 33-95

5 模糊综合评价法 33-96

5.1 模糊综合评价中主要运算符号 33-96

5.2 模糊集合的概念 33-96

5.3 隶属度函数的确定方法 33-97

5.4 模糊综合评价 33-97

6 实例分析 33-100

6.1 系统工程评价法评价机械运动方案 33-100

6.2 模糊综合评价法评价机械运动系统方案 33-101

参考文献 33-106

第34篇 机械系统的振动设计及噪声控制

第1章 绪 论

1 机械振动的含义及其分类 34-3

1.1 机械振动的含义 34-3

1.2 机械振动在工程中的作用 34-3

1.3 机械振动的分类 34-3

2 机械工程中常遇到的振动问题 34-4

3 机械振动等级的评定 34-5

3.1 振动烈度的确定 34-5

3.2 泵振动烈度的评定 34-6

第2章 机械振动的基础

1 机械振动的表示方法 34-7

1.1 简谐振动的表示方法 34-7

1.2 周期振动幅值的表示方法 34-7

1.3 振动频谱的表示方法 34-8

2 机械系统的力学模型 34-8

2.1 力学模型的简化原则 34-8

2.2 力学模型的种类 34-9

2.3 等效参数的转换计算 34-10

3 弹性构件的刚度 34-11

4 机械振动系统的阻尼系数 34-14

4.1 线性阻尼系数 34-14

4.2 非线性阻尼的等效线性阻尼系数 34-15

5 振动系统的固有圆频率 34-16

5.1 单自由度系统的固有圆频率 34-16

5.2 二自由度系统的固有圆频率 34-20

5.3 各种构件的固有圆频率 34-22

6 同向简谐振动的合成 34-27

第3章 线性系统的振动

1 单自由度振动系统 34-29

1.1 单自由度自由振动系统的力学模型及其响应 34-29

1.2 单自由度系统的受迫振动 34-31

1.2.1 简谐激励作用下的受迫振动及响应 34-31

1.2.2 非简谐激励作用下的受迫振动及响应 34-32

2 多自由度振动系统 34-34

2.1 多自由度自由振动系统的力学模型及其响应 34-34

2.2 二自由度受迫振动系统的振幅和相位差角的计算公式 34-36

3 扭转振动系统 34-36

3.1 扭转振动与直线振动的比较 34-36

3.2 传递矩阵法 34-38

4 共振 34-39

5 回转机械起动和停机过程中的振动 34-39

5.1 起动过程的振动 34-39

5.2 停机过程的振动 34-40

第4章 非线性振动和随机振动

1 非线性振动 34-41

1.1 概述 34-41

1.1.1 非线性特性 34-41

1.1.2 非线性力的特征曲线 34-42

1.1.3 非线性系统的物理特性 34-45

1.2 求解非线性振动的常用方法 34-48

1.2.1 等效线性化近似解法 34-48

1.2.2 多尺度法 34-49

1.3 自激振动 34-56

1.3.1 自激振动与自振系统的特性 34-56

1.3.2 机械工程中常见的自激振动现象 34-57

1.3.3 单自由度系统相平面及稳定性 34-592 随机振动 34-62

2.1 平稳随机振动描述 34-62

2.2 单自由度线性系统的传递函数及动态特性 34-64

2.3 单自由度线性系统的随机响应 34-65

2.4 多自由度线性系统的随机响应 34-65

第5章 振动的利用

1 概述 34-67

1.1 振动机械的组成 34-67

1.2 振动的用途及工艺特性 34-70

1.3 振动机械的频率特性及结构特征 34-71

1.4 振动利用的方法步骤 34-71

2 利用振动的机械系统 34-72

2.1 常用的振动系统 34-72

2.2 振动系统的一般分析方法 34-72

3 振动系统中物料的运动学与动力学 34-72

3.1 物料的运动学 34-72

3.1.1 物料的运动状态 34-72

3.1.2 物料的滑行运动状态 34-73

3.1.3 物料的抛掷运动状态 34-73

3.2 物料的动力学 34-74

3.2.1 物料滑行运动时的结合质量与当量阻尼 34-74

3.2.2 物料抛掷运动时的结合质量与当量阻尼 34-74

3.2.3 弹性元件的结合质量与阻尼 34-75

3.2.4 振动系统的计算质量、总阻尼系数及功率消耗 34-75

4 常用的振动机械 34-76

4.1 振动机械的分类 34-76

4.1.1 按用途分类 34-76

4.1.2 按驱动装置(激振器)的型式分类 34-76

4.1.3 按动力学特性分类 34-76

4.2 常用振动机械的计算 34-77

4.2.1 惯性式振动机械 34-77

4.2.2 弹性连杆式振动机械 34-78

4.2.3 电磁式振动机械 34-81

4.2.4 自同步式振动机械 34-81

5 若干振动机械示例 34-83

5.1 单轴激振器驱动的振动机械 34-83

5.1.1 单轴惯性振动圆锥破碎机 34-83

5.1.2 振动球磨机 34-83

5.1.3 空间运动惯性光饰机和单激振器振动漏斗 34-84

5.1.4 插入式振捣器和单钢轮式轮胎振动压路机 34-85

5.1.5 单轴式惯性振动筛 34-86

5.2 双轴激振器驱动的振动机械 34-86

5.2.1 振动颚式破碎机和双轴激振器驱动惯性振动圆锥破碎机 34-86

5.2.2 卧式振动离心脱水机 34-87

5.2.3 振动锤 34-87

5.2.4 旋振式惯性振动筛和烘干机 34-88

5.2.5 激振器偏移式自同步振动筛 34-88

5.2.6 双向半螺旋多层多路给料振动细筛和交叉轴式自同步垂直输送机 34-88

6 振动机械设计示例 34-89

6.1 远超共振惯性振动机设计示例 34-89

6.1.1 远超共振惯性振动机的运动参数设计示例 34-89

6.1.2 远超共振惯性振动机的动力参数设计示例 34-90

6.2 惯性共振式振动机的动力参数设计示例 34-91

6.3 弹性连杆式振动机的动力参数设计示例 34-92

6.4 电磁式振动机的动力参数设计示例 34-93

第6章 机械振动的控制

1 机械及其零部件的平衡 34-95

1.1 刚性转子的平衡 34-95

1.1.1 回转体的动力分析 34-95

1.1.2 平衡精度 34-96

1.1.3 刚性回转体的静平衡 34-97

1.1.4 刚性回转体的动平衡 34-97

1.2 柔性转子的动平衡 34-98

1.3 往复机械惯性力的平衡 34-98

2 阻尼减振 34-100

2.1 材料阻尼 34-100

2.2 扩散阻尼 34-101

2.3 相对运动阻尼 34-101

2.4 结构阻尼 34-102

2.5 附加阻尼 34-102

2.6 阻尼减振原理 34-103

3 常用的减振装置 34-103

3.1 阻尼减振器 34-103

3.2 固体摩擦减振器 34-104

3.3 动力减振器 34-105

3.3.1 无阻尼动力减振器 34-105

3.3.2 有阻尼动力减振器 34-106

3.3.3 动力减振器的最佳参数 34-107

3.3.4 随机振动的动力减振器 34-108

3.4 液压摩擦减振器 34-108

3.5 摆式减振器 34-108

3.6 冲击减振器 34-110

4 隔振原理及隔振设计 34-110

4.1 隔振原理及一次隔振的动力参数设计 34-110

4.2 单自由度隔振系统 34-112

4.3 二次隔振动力参数设计 34-113

4.4 多自由度隔振系统 34-115

4.4.1 固有频率 34-115

4.4.2 主动隔振 34-115

4.4.3 被动隔振 34-116

4.5 随机振动的隔离 34-116

4.5.1 单自由度随机隔振系统 34-116

4.5.2 二自由度随机隔振系统 34-117

4.6 冲击隔离 34-117

4.6.1 冲击隔离原理 34-117

4.6.2 冲击的主动隔离 34-117

4.6.3 冲击的被动隔离 34-118

4.6.4 阻尼对冲击隔离的影响 34-119

4.7 隔振设计的几个问题 34-120

4.7.1 隔振设计的步骤 34-120

4.7.2 隔振设计的要点 34-120

4.7.3 隔振器的阻尼 34-120

4.8 常用隔振器及隔振材料 34-120

4.9 隔振系数的参考标准 34-124

5 振动的主动控制 34-124

5.1 振动主动控制的原理 34-124

5.2 振动主动控制的类型 34-124

5.3 振动主动控制的组成 34-125

5.4 控制律的设计方法 34-125

5.5 主控消振 34-126

5.5.1 谐波控制 34-126

5.5.2 结构响应主动控制 34-126

5.5.3 脉冲控制 34-127

5.6 主控阻振 34-127

5.7 主控吸振 34-127

5.7.1 惯性可调式动力吸振器 34-127

5.7.2 刚度可调式动力吸振器 34-128

5.7.3 主控式有阻尼动力吸振器 34-129

5.8 主控隔振 34-129

5.8.1 全主控隔振 34-129

5.8.2 半主控隔振 34-130

5.8.3 主控隔振的作动器 34-130

6 允许振动量 34-131

6.1 机械设备的允许振动量 34-131

6.2 其他要求的允许振动量 34-131

第7章 机械振动的测试

1 概述 34-133

1.1 测量在机械振动系统设计中的作用 34-133

1.2 振动测量方法的分类 34-133

1.2.1 振动测量的主要内容 34-133

1.2.2 振动测量方法的分类 34-133

1.3 测振原理 34-134

1.3.1 线性系统振动量时间历程曲线的测量 34-134

1.3.2 测振原理 34-134

2 振动的测量 34-134

2.1 周期振动的测量 34-134

2.1.1 典型的电测系统 34-134

2.1.2 振幅的测量 34-135

2.1.3 频率的测量 34-135

2.1.4 相位的测量 34-136

2.1.5 激振力的测量 34-136

2.2 冲击的测量 34-136

2.2.1 测试量 34-136

2.2.2 冲击测量的特点和对仪器的要求 34-136

2.2.3 典型的冲击测量系统 34-136

2.3 随机振动的测量 34-137

2.3.1 测试量 34-137

2.3.2 测量系统及其对仪器的要求 34-137

3 机械动力学系统振动特性的测试 34-137

3.1 固有频率的测定 34-137

3.2 振型的测定 34-138

3.3 阻尼比的测定 34-139

3.4 动力响应特性的测试 34-139

3.5 模型试验 34-140

4 动力强度试验 34-141

4.1 周期振动试验 34-141

4.2 随机振动试验 34-141

4.3 冲击试验 34-141

5 测试装置 34-141

5.1 传感器 34-141

5.1.1 电测法常用的传感器 34-142

5.1.2 传感器的选用原则 34-142

5.2 中间转换装置 34-142

5.3 记录及显示仪器 34-142

5.4 激振设备及简便的激振方法 34-142

5.5 测试装置的校准及标定 34-142

5.5.1 绝对校准法 34-143

5.5.2 比较校准法 34-143

5.5.3 应用校准激励器进行校准 34-144

6 信号分析及数据处理 34-144

6.1 信号的时域分析 34-144

6.2 信号的频域分析 34-145

6.3 模拟信号分析 34-146

6.4 数字信号分析 34-146

6.5 智能化数据采集与分析处理、监测系统 34-147

第8章 轴和轴系的临界转速

1 概述 34-148

2 简单转子的临界转速 34-148

2.1 力学模型 34-148

2.2 两支承轴的临界转速 34-149

2.3 两支承单盘转子的临界转速 34-149

2.4 用传递矩阵法计算临界转速 34-150

3 两支承多盘转子临界转速的近似计算 34-152

3.1 带多个圆盘轴的一阶临界转速 34-152

3.2 力学模型 34-152

3.3 临界转速计算公式 34-152

3.4 计算示例 34-153

4 轴系的模型与参数 34-153

4.1 力学模型 34-153

4.2 滚动轴承支承刚度 34-153

4.3 滑动轴承支承刚度 34-155

4.4 支承阻尼 34-159

5 轴系临界转速设计 34-159

5.1 轴系临界转速修改设计 34-159

5.2 轴系临界转速组合设计 34-160

6 影响轴系临界转速的因素 34-161

6.1 支承刚度对临界转速的影响 34-161

6.2 回转力矩对临界转速的影响 34-161

6.3 联轴器对临界转速的影响 34-161

6.4 其他因素对临界转速的影响 34-162

第9章 机械噪声及其评价

1 机械噪声的分类与特征 34-163

1.1 起源不同的机械噪声 34-163

1.2 强度变化不同的机械噪声 34-163

1.3 噪声污染的危害 34-163

2 机械噪声的评价 34-163

2.1 声强与声强级 34-164

2.2 声压与声压级 34-164

2.3 声功率与声功率级 34-164

2.4 A计权声级 34-164

2.5 A计权声功率级 34-164

2.6 噪声评价数NR 34-165

2.7 声级的综合 34-165

2.7.1 声级的运算 34-165

2.7.2 声级运算示例 34-166

3 法规及标准 34-166

3.1 保护听力的噪声标准 34-166

3.2 语言干扰标准 34-167

3.3 机械噪声标准 34-167

第10章 机械噪声的测量及噪声源识别

1 测量项目与测量仪器 34-170

1.1 测量项目 34-170

1.2 噪声测量系统 34-170

1.3 声级计 34-170

1.4 声强计及声强测量系统 34-171

2 测量方法 34-172

2.1 声级计及传声器的校准 34-172

2.2 A声级测量 34-173

2.3 声功率测量 34-173

2.4 声强测量 34-176

3 测量环境对测量结果的影响 34-176

4 机械噪声源的识别 34-177

5 工业企业噪声测量 34-178

5.1 机器设备噪声测量 34-178

5.2 生产环境(车间)噪声测量 34-178

第11章 常见机械噪声源特性及其控制

1 一般控制原则与控制方法 34-180

1.1 噪声控制的一般原理 34-180

1.2 机械噪声控制的一般原则 34-180

1.3 某些机械设备的噪声控制方法 34-181

1.4 工业噪声的一般控制方法 34-181

2 齿轮噪声及其控制 34-182

2.1 齿轮噪声的产生 34-182

2.2 齿轮噪声控制途径与措施 34-183

3 滚动轴承噪声及其控制 34-183

3.1 滚动轴承噪声的产生 34-183

3.2 滚动轴承噪声的控制 34-183

4 液压系统噪声及其控制 34-184

4.1 液压系统噪声的产生 34-184

4.1.1 液压泵的噪声 34-184

4.1.2 阀门的噪声 34-184

4.1.3 管路的噪声 34-185

4.2 液压系统噪声的控制 34-185

5 气体动力性噪声及其控制 34-185

5.1 概述 34-185

5.2 气体动力性噪声的基本声源 34-186

5.3 气体动力性噪声的特性与控制 34-186

第12章 消声装置及隔声设备

1 消声器 34-188

1.1 消声器的分类与性能要求 34-188

1.2 阻性消声器 34-189

1.2.1 阻性消声器的结构与特点 34-189

1.2.2 阻性消声器消声量的计算 34-189

1.3 抗性消声器 34-195

1.3.1 扩张室型消声器 34-195

1.3.2 共振腔型消声器 34-198

1.3.3 其他类型的消声器 34-199

2 隔声罩 34-200

2.1 单层结构隔声罩的隔声量 34-200

2.2 双层结构隔声罩的隔声量 34-201

2.3 缝隙、孔洞对隔声量的影响 34-203

2.4 隔声罩设计步骤与设计要点 34-203

2.5 隔声罩降噪效果的评价 34-203

3 隔声屏 34-204

3.1 隔声屏降噪原理 34-204

3.2 隔声屏降噪效果计算 34-204

3.3 道路隔声屏的结构型式 34-204

3.4 道路隔声屏的设计 34-204

参考文献 34-207

第35篇 疲劳强度设计

第1章 概 论

1 疲劳的分类 35-3

2 疲劳强度设计方法 35-4

2.1 名义应力法 35-4

2.2 局部应力应变法 35-4

2.3 损伤容限设计法 35-4

2.4 概率疲劳设计法 35-4

第2章 疲劳载荷

1 概述 35-5

2 循环应力和循环应变 35-5

2.1 循环应力 35-5

2.2 循环应变 35-5

3 随机载荷的循环计数法 35-6

4 随机疲劳载荷谱的编制 35-7

4.1 累积频数曲线 35-7

4.2 载荷谱编制 35-7

第3章 金属材料的疲劳极限和S-N曲线

1 金属材料疲劳极限 35-9

1.1 基本概念 35-9

1.2 金属材料疲劳极限 35-9

1.3 疲劳极限的经验公式 35-13

2 常用金属材料的S-N曲线 35-13

第4章 影响疲劳强度的因素

1 应力集中的影响 35-23

1.1 理论应力集中系数 35-23

1.2 有效应力集中系数 35-37

2 尺寸的影响 35-44

3 表面状况的影响 35-46

3.1 表面加工状况 35-46

3.2 表面腐蚀状况 35-46

3.3 表面强化状况 35-46

4 载荷状况的影响 35-48

4.1 载荷类型的影响 35-48

4.2 载荷频率的影响 35-48

4.3 载荷峰值的影响 35-49

4.4 平均应力的影响 35-49

第5章 常规疲劳强度设计

1 概述 35-52

2 疲劳安全系数 35-52

3 疲劳累积损伤理论 35-56

3.1 基本概念 35-56

3.2 线性疲劳累积损伤理论 35-56

3.3 相对迈因纳(Miner)法则 35-57

4 无限疲劳寿命设计 35-57

4.1 单向应力时的无限疲劳寿命设计 35-57

4.1.1 计算公式 35-57

4.1.2 算例 35-57

4.2 多向应力时的无限疲劳寿命设计 35-59

5 有限疲劳寿命设计 35-59

5.1 安全系数计算公式 35-59

5.2 寿命估算 35-59

5.3 随机疲劳寿命估算 35-59

5.3.1 程序谱的疲劳寿命计算 35-59

5.3.2 概率密度函数给出的连续谱寿命计算 35-60

5.4 算例 35-60

第6章 现代疲劳强度设计

1 概述 35-62

2 低周疲劳 35-62

2.1 低周疲劳曲线(ε-N曲线) 35-62

2.2 循环应力-应变(σ-ε)曲线 35-63

2.2.1 滞回线 35-63

2.2.2 循环硬化与循环软化 35-65

2.2.3 循环σ-ε曲线 35-65

2.3 应变-寿命曲线的获得 35-67

2.3.1 曼森-科芬方程 35-67

2.3.2 四点法求应变-寿命曲线 35-69

2.4 低周疲劳寿命估算 35-70

3 局部应力应变法 35-71

3.1 预备知识 35-71

3.1.1 真实应力与真实应变 35-71

3.1.2 玛辛特性 35-72

3.1.3 材料的记忆特性 35-72

3.1.4 载荷顺序效应 35-72

3.2 局部应力-应变分析 35-72

3.2.1 滞回线方程 35-72

3.2.2 诺伯法 35-73

3.3 裂纹形成寿命的估算 35-73

3.3.1 损伤计算 35-73

3.3.2 估算裂纹形成寿命步骤 35-74

3.4 算例 35-74

4 裂纹扩展寿命估算 35-76

4.1 应力强度因子和断裂韧度 35-76

4.1.1 应力强度因子 35-76

4.1.2 断裂韧度 35-77

4.2 疲劳裂纹扩展速率 35-79

4.2.1 da dN-ΔK关系曲线 35-79

4.2.2 影响疲劳裂纹扩展速率的因素 35-82

4.3 疲劳裂纹扩展寿命估算 35-83

4.3.1 初始裂纹尺寸a 0 的确定 35-83

4.3.2 临界裂纹尺寸a c 的确定 35-83

4.3.3 裂纹扩展寿命的估算公式 35-83

4.4 算例 35-83

第7章 环境疲劳强度

1 腐蚀疲劳强度 35-85

1.1 腐蚀疲劳的S-N曲线 35-85

1.2 腐蚀疲劳极限 35-85

1.3 影响腐蚀疲劳的因素 35-85

1.4 腐蚀疲劳寿命的估算 35-96

2 热疲劳强度 35-96

2.1 热应力与热疲劳 35-96

2.2 热疲劳强度与寿命估算 35-96

2.2.1 最大温度-寿命曲线 35-96

2.2.2 应变幅度-寿命曲线 35-97

2.3 热疲劳强度设计要考虑的主要问题 35-98

3 低温疲劳强度 35-98

3.1 低温下金属的特性 35-98

3.2 低温下材料的疲劳数据和图线 35-99

3.2.1 低温下材料的疲劳极限 35-99

3.2.2 低温下的材料S-N曲线 35-99

3.3 低温对应力集中的影响 35-100

3.4 低温疲劳强度计算 35-101

4 高温疲劳强度 35-101

4.1 高温对材料力学性能的影响 35-101

4.2 高温时材料S-N曲线 35-101

4.3 影响金属高温疲劳性能的主要因素 35-105

4.3.1 材料因素 35-105

4.3.2 温度因素 35-106

4.3.3 频率因素 35-106

4.3.4 应力集中因素 35-107

4.3.5 表面状态因素 35-107

4.3.6 平均应力因素 35-108

4.4 高温下疲劳强度计算 35-108

4.4.1 静态计算法 35-109

4.4.2 蠕变疲劳复合作用计算法 35-110

第8章 冲击与接触疲劳强度

1 冲击疲劳强度 35-112

1.1 多次冲击能量-寿命(A-N)曲线 35-112

1.2 影响多次冲击强度的因素 35-112

1.2.1 材料的强度和韧性 35-112

1.2.2 表面强化工艺 35-113

1.3 冲击疲劳强度计算 35-115

2 接触疲劳强度 35-115

2.1 接触疲劳失效机理 35-115

2.2 接触应力 35-116

2.3 影响接触疲劳强度的因素 35-117

2.4 接触疲劳强度计算 35-119

第9章 提高零构件疲劳强度的措施

1 合理选材 35-121

1.1 强度、塑性和韧性间最佳配合 35-121

1.2 材料纯度 35-121

1.3 晶粒度和晶粒取向的影响 35-121

2 改进结构和工艺 35-121

2.1 改进结构 35-121

2.2 改进工艺 35-123

3 表面强化 35-123

3.1 表面热处理 35-124

3.2 表面化学处理 35-124

3.3 表面冷作强化 35-125

4 表面防护 35-127

5 合理操作与定期检修 35-127

第10章 疲劳试验与数据处理

1 疲劳试验机 35-128

1.1 疲劳试验机的种类 35-128

1.2 疲劳试验加载方式 35-128

1.3 疲劳试验控制方式 35-128

1.4 疲劳试验数据采集 35-129

2 疲劳试样及其制备 35-129

2.1 试样 35-129

2.1.1 光滑试样 35-129

2.1.2 缺口试样 35-130

2.1.3 低周疲劳试样 35-130

2.1.4 疲劳裂纹扩展试样 35-131

2.2 试样制备 35-132

2.2.1 取样 35-132

2.2.2 机械加工 35-132

2.2.3 热处理 35-133

2.2.4 测量、探伤与储存 35-133

3 疲劳试验方法 35-133

3.1 S-N曲线试验 35-133

3.1.1 单点试验法 35-133

3.1.2 成组试验法 35-134

3.2 疲劳极限试验 35-135

3.3 ε-N曲线试验 35-136

3.4 应力-应变曲线试验 35-137

3.5 裂纹扩展速率(da/dN曲线)试验 35-138

3.6 断裂韧度试验 35-138

4 疲劳试验数据处理 35-139

4.1 可疑观测值的取舍 35-139

4.2 S-N曲线拟合 35-140

4.3 ε-N曲线拟合 35-141

4.4 应力-应变曲线拟合 35-141

4.5 da/dN曲线拟合 35-142

4.6 断裂韧度试验数据处理 35-144

参考文献 35-145

第36篇 摩擦学设计

第1章 摩擦与摩擦因数

1 固体摩擦的摩擦力 36-3

1.1 固体摩擦力的性质 36-3

1.2 摩擦因数与摩擦力计算 36-3

2 固体摩擦定律 36-3

2.1 古典摩擦定律 36-3

2.2 固体摩擦的现代理论 36-3

2.2.1 分子黏附分量的摩擦因数计算 36-3

2.2.2 机械变形分量的摩擦因数计算 36-4

3 摩擦角和摩擦锥 36-6

3.1 静摩擦角 36-6

3.2 静摩擦锥 36-6

3.3 动摩擦角和动摩擦锥 36-6

4 滑动摩擦因数 36-6

4.1 室温及大气中的摩擦因数 36-6

4.1.1 无润滑表面的滑动摩擦因数 36-6

4.1.2 润滑表面的滑动摩擦因数 36-9

4.2 高温下的摩擦因数 36-9

4.3 真空中的摩擦因数 36-10

4.4 低温下的摩擦因数 36-11

5 滚动摩擦 36-12

6 机械零件的摩擦 36-12

6.1 斜面的摩擦 36-12

6.2 楔连接的摩擦 36-12

6.3 螺旋(纹)的摩擦 36-13

6.4 普通滑动轴承的摩擦 36-14

6.4.1 径向轴承的摩擦 36-14

6.4.2 推力轴承的摩擦 36-14

6.5 滚动轴承的摩擦 36-15

6.5.1 摩擦转矩的粗略计算 36-15

6.5.2 摩擦转矩的精确计算 36-15

6.6 齿轮的摩擦 36-17

6.7 带与轮的摩擦 36-18

6.8 绳与卷筒的摩擦 36-18

6.9 车轮与钢轨(路面)的摩擦 36-19

7 摩擦装置中的摩擦 36-19

7.1 基本特性 36-19

7.1.1 接触种类 36-19

7.1.2 接触刚性 36-19

7.1.3 成膜介质对摩擦的影响 36-20

7.1.4 滑动持续时间 36-20

7.1.5 工作状态 36-20

7.1.6 外部能量场对摩擦特性的影响 36-20

7.2 摩擦副的主要参数 36-20

7.2.1 滑动速度 36-21

7.2.2 载荷 36-21

7.2.3 摩擦因数 36-21

7.2.4 摩擦因数的稳定度 36-21

7.2.5 摩擦功 36-21

7.3 摩擦材料的选取 36-22

7.4 摩擦热力学计算 36-22

第2章 磨损及其控制

1 磨损过程 36-25

1.1 磨合 36-25

1.1.1 稳定表面粗糙度 36-25

1.1.2 影响磨合效果的因素 36-25

1.1.3 磨合与磨损寿命 36-26

1.2 磨损类型 36-26

1.3 影响磨损的参数 36-26

1.3.1 载荷 36-26

1.3.2 速度 36-27

1.3.3 温度 36-27

1.3.4 其他参数 36-28

2 控制磨损的设计方法 36-29

2.1 材料选择 36-29

2.2 材料表面处理 36-29

2.2.1 表面机械硬化 36-29

2.2.2 热喷涂 36-29

2.2.3 化学热处理 36-30

2.2.4 表面淬火和表面合金化 36-30

2.2.5 化学和物理气相沉积 36-30

2.2.6 电镀和化学镀 36-30

2.2.7 深冷处理 36-30

2.3 表面粗糙度 36-30

2.4 润滑剂选择 36-30

2.5 表面结构形状 36-30

2.6 环境、过滤与密封 36-30

2.7 表面温度和冷却能力 36-30

2.8 运动控制 36-31

3 磨损的度量与预测 36-31

3.1 磨损的度量 36-31

3.2 磨损计算 36-31

3.2.1 IBM磨损计算法 36-31

3.2.2 磨损率的计算公式 36-31

3.2.3 磨损度计算的理论公式 36-32

3.2.4 磨损量计算的经验公式 36-33

3.3 各种机械零件的典型磨损度(磨损率) 36-34

4 机械零件的磨损预测 36-35

4.1 轴瓦(轴套)的磨损预测 36-35

4.2 滚动轴承的磨损预测 36-36

4.2.1 接触疲劳磨损寿命计算 36-36

4.2.2 黏附磨损寿命计算 36-36

4.2.3 磨粒磨损寿命计算 36-37

4.3 导轨的磨损预测 36-38

4.3.1 滑动导轨 36-38

4.3.2 滚动导轨 36-39

4.4 齿轮传动的磨损控制 36-39

4.4.1 润滑状态 36-39

4.4.2 轮齿胶合(黏附磨损) 36-40

4.4.3 轮齿磨粒磨损 36-40

4.5 传动链的磨损预测 36-41

4.6 气缸套与活塞环的磨损预测 36-41

4.6.1 黏附磨损预测 36-41

4.6.2 磨粒磨损预测 36-41

4.7 机械密封的磨损预测 36-41

4.7.1 磨损类型 36-42

4.7.2 磨损因数和极限pv值 36-42

4.8 刀具的磨损预测 36-43

4.8.1 刀具的磨损部位 36-43

4.8.2 刀具磨损和刀具寿命的数学模型 36-44

4.9 机动车辆轮胎踏面的磨损预测 36-44

4.9.1 踏面橡胶磨损机理 36-44

4.9.2 磨损度计算 36-44

4.10 连接的磨损 36-45

5 磨损零件的修复 36-45

5.1 修复工艺的选择 36-46

5.2 电镀 36-46

5.2.1 镀铬 36-46

5.2.2 镀镍 36-47

5.2.3 刷镀 36-47

5.3 金属喷涂 36-47

5.4 焊接 36-48

5.4.1 铸铁导轨的补焊修复 36-48

5.4.2 钢制零件的补焊修复 36-48

5.5 粘接 36-48

第3章 润滑设计

1 润滑类型与状态 36-49

1.1 流体润滑的润滑状态 36-49

1.2 流体动力润滑 36-49

1.2.1 雷诺方程及其应用 36-49

1.2.2 流体动力润滑的稳态性能参数 36-53

1.2.3 特征数和相似条件 36-53

1.2.4 湍流动力润滑方程 36-53

1.2.5 流体动力润滑径向轴承的稳定性 36-54

1.3 弹性流体动力润滑 36-54

1.3.1 基本参数 36-55

1.3.2 基本公式 36-55

1.3.3 润滑状态区域图及其应用范围 36-56

1.4 流体静力润滑 36-57

1.4.1 工作原理与基本方程 36-57

1.4.2 油腔与油垫 36-58

1.4.3 补偿元件 36-58

1.4.4 功耗 36-59

1.5 边界润滑 36-59

1.5.1 边界润滑膜 36-59

1.5.2 边界润滑模型 36-60

1.5.3 边界润滑的摩擦力 36-60

1.5.4 影响边界膜润滑性能的因素 36-60

1.5.5 提高边界膜强度的方法 36-61

1.6 混合润滑 36-61

1.7 固体润滑 36-61

2 机械零件的流体动力润滑计算 36-61

2.1 滑动轴承流体动力润滑计算 36-61

2.2 滚动轴承弹性流体动力润滑计算 36-61

2.3 齿轮传动弹性流体动力润滑计算 36-62

2.4 凸轮机构的弹性流体动力润滑计算 36-63

3 机械零件的润滑设计 36-64

3.1 滑动轴承的润滑设计 36-64

3.2 滑动导轨(普通导轨)的润滑设计 36-64

3.2.1 润滑剂与润滑方法 36-64

3.2.2 润滑油的选择 36-64

3.2.3 提高导轨运动平稳性的措施 36-64

3.3 滚动轴承的润滑设计 36-65

3.4 齿轮、蜗杆传动的润滑设计 36-65

3.4.1 润滑方法及其选择 36-65

3.4.2 润滑油的选用 36-65

3.5 链传动的润滑设计 36-67

3.5.1 润滑剂的选择 36-67

3.5.2 润滑方法的选择 36-67

3.6 联轴器的润滑设计 36-68

3.7 离合器的润滑设计 36-68

3.7.1 电磁离合器的润滑 36-68

3.7.2 摩擦片式离合器的润滑 36-68

3.7.3 超越离合器的润滑 36-68

3.8 钢丝绳的润滑设计 36-68

3.8.1 制造时的润滑 36-69

3.8.2 使用中的润滑 36-69

3.8.3 加油方法 36-69

第4章 润 滑 剂

1 润滑剂及其特性 36-71

1.1 润滑剂的类型 36-71

1.2 润滑油和脂的流变学特性 36-71

1.2.1 黏度 36-71

1.2.2 黏温关系 36-71

1.2.3 黏压关系 36-73

1.2.4 黏度与压力和温度的综合关系 36-73

1.2.5 非牛顿特性 36-73

1.3 润滑油 36-74

1.3.1 品种 36-74

1.3.2 主要质量指标 36-74

1.3.3 常用润滑油的组成、性质和用途 36-74

1.4 润滑脂 36-74

1.5 添加剂 36-74

1.5.1 添加剂的作用与性能要求 36-74

1.5.2 类型与功能 36-75

1.6 固体润滑剂 36-75

1.6.1 固体润滑剂的类型 36-75

1.6.2 固体润滑剂的性能 36-75

2 润滑剂的选用 36-79

2.1 润滑剂类型的选择 36-79

2.2 润滑油的选用 36-80

2.2.1 选用润滑油的一般原则 36-80

2.2.2 机床用润滑油的选用 36-80

2.2.3 建筑机械用润滑油的选用 36-80

2.2.4 润滑油黏度的掺配 36-80

2.3 润滑脂的选用 36-81

3 润滑油、脂的更换及其周期 36-81

3.1 润滑油污染度及其测定 36-82

3.2 换油周期 36-82

3.2.1 小型润滑系统的换油周期 36-82

3.2.2 大型润滑系统的换油周期 36-82

3.3 换油步骤 36-82

第5章 润滑方法与润滑系统设计

1 润滑方法及其选择 36-84

1.1 润滑油、脂的润滑方法及其选择 36-84

1.1.1 油、脂润滑方法 36-84

1.1.2 油、脂润滑方法的选择 36-85

1.2 固体润滑剂的润滑方法 36-85

1.2.1 润滑方法 36-85

1.2.2 特性与使用 36-85

1.2.3 几种固体润滑剂的使用 36-86

1.3 气体润滑剂的润滑方法 36-87

2 润滑油、脂润滑系统及其设计 36-87

2.1 润滑油、脂用润滑系统及其分类 36-88

2.2 手工加油、脂润滑 36-88

2.3 集中供脂系统 36-88

2.4 滴油润滑及其装置 36-88

2.5 油绳和油垫润滑及其装置 36-88

2.6 油浴和飞溅润滑及其装置 36-89

2.6.1 齿轮传动的油浴与飞溅润滑 36-89

2.6.2 蜗杆传动的油浴润滑 36-89

2.6.3 润滑油池容积 36-89

2.7 油环、油盘润滑及其装置 36-89

2.7.1 油环润滑及其装置 36-89

2.7.2 油盘润滑及其装置 36-90

2.8 喷雾润滑系统 36-90

2.8.1 润滑单位 36-90

2.8.2 喷雾嘴尺寸 36-90

2.8.3 配管尺寸 36-91

2.8.4 空气和润滑油的消耗量 36-91

2.8.5 油雾发生器与油雾润滑装置 36-91

2.8.6 喷雾嘴安装 36-91

2.9 油气润滑系统 36-92

2.10 喷油润滑系统 36-92

第6章 摩擦副材料及其选用

1 摩擦材料 36-93

1.1 对摩擦材料性能的要求 36-93

1.2 摩擦材料的类型与应用 36-93

1.2.1 非金属摩擦材料 36-94

1.2.2 金属摩擦材料 36-94

2 减摩材料 36-96

2.1 金属减摩材料 36-96

2.2 粉末冶金减摩材料 36-98

2.3 聚合物减摩材料 36-98

2.4 金属塑料减摩材料 36-99

2.5 木基减摩材料 36-99

2.6 炭-石墨 36-100

3 耐磨材料 36-100

3.1 对耐磨材料的性能要求 36-100

3.2 耐磨材料及其特性 36-101

3.2.1 钢 36-101

3.2.2 难熔金属及特种合金 36-102

3.2.3 铜基合金 36-102

3.2.4 铸铁 36-102

3.2.5 聚合物 36-103

3.2.6 碳化物和陶瓷 36-103

3.2.7 炭-石墨耐磨材料 36-104

4 摩擦副材料的选择 36-104

4.1 运转条件的分析 36-105

4.1.1 载荷与环境条件 36-105

4.1.2 设计要求 36-105

4.2 摩擦副性能估计 36-105

4.3 摩擦副材料的选定 36-105

4.4 摩擦副材料的选择框图 36-105

5 表面处理和覆盖层 36-106

5.1 表面处理 36-106

5.1.1 表面处理的类型 36-106

5.1.2 表面处理的应用 36-106

5.1.3 表面处理的效果 36-107

5.2 表面覆盖层 36-107

5.2.1 覆盖层材料 36-107

5.2.2 涂覆方法 36-107

5.3 表面处理与覆盖层的应用 36-110

参考文献 36-111

第37篇 机械可靠性设计

第1章 可靠性设计的基础知识

1 概述 37-3

1.1 可靠性的概念 37-3

1.2 可靠性设计程序和手段 37-3

1.3 可靠性设计的目标值 37-3

1.4 可靠性设计方法 37-4

1.5 可靠性设计的其他方面 37-4

2 可靠性中常用的概率分布 37-5

3 可靠性特征量 37-17

3.1 可靠度 37-17

3.2 累积失效概率 37-18

3.3 平均寿命、可靠寿命和中位寿命 37-18

3.4 失效率和失效率曲线 37-18

3.5 可靠性特征量间的关系 37-19

3.6 维修性特征量 37-20

3.6.1 维修度 37-20

3.6.2 修复率 37-20

3.6.3 平均修复时间 37-20

3.6.4 维修性和可靠性特征量的对应关系 37-20

3.7 有效性特征量 37-20

3.7.1 有效度的意义 37-20

3.7.2 有效度的种类 37-21

3.7.3 单元有效度 37-21

第2章 可靠性试验数据的统计处理方法

1 可靠性试验分类 37-22

1.1 按试验场所的分类 37-22

1.2 按试验截止情况的分类 37-22

2 分布类型的假设检验 37-22

2.1 χ 2 检验法 37-22

2.2 K-S检验法 37-23

3 指数分布的分析法 37-24

3.1 指数分布的拟合性检验 37-24

3.2 指数分布的参数估计和可靠度估计 37-25

4 正态及对数正态分布的分析法 37-26

4.1 正态及对数正态分布的拟合性检验 37-26

4.2 正态及对数正态分布完全样本的参数估计 37-28

4.3 正态及对数正态分布截尾寿命试验的参数估计 37-28

4.4 正态及对数正态分布可靠寿命和可靠度的估计 37-34

5 威布尔分布的分析法 37-37

5.1 威布尔分布的拟合性检验 37-37

5.2 威布尔分布的参数估计 37-38

5.3 威布尔分布的可靠度和可靠寿命估计 37-47

6 可靠性虚拟试验方法 37-50

6.1 蒙特卡洛模拟法 37-50

6.1.1 概述 37-50

6.1.2 随机数的产生方法 37-51

6.1.3 随机数检验 37-51

6.1.4 常用分布随机数的产生 37-52

6.2 蒙特卡洛模拟法计算随机变量函数的分布 37-53

第3章 机械零件的可靠性设计

1 应力-强度干涉模型与可靠度计算方法 37-54

1.1 应力-强度干涉模型 37-54

1.2 可靠度计算的一般公式 37-54

1.3 可靠度计算的数值积分法 37-55

1.4 可靠度计算的极限状态法 37-55

2 可靠度的近似计算法 37-57

2.1 可靠安全系数 37-57

2.2 随机变量函数的均值和标准差的近似计算 37-58

3 机械零件可靠性设计所需的部分数据和资料 37-59

3.1 几何尺寸 37-59

3.2 材料的强度特性 37-60

4 零件静强度的可靠性设计 37-68

4.1 正态分布的设计法 37-68

4.2 非正态分布的设计法 37-68

4.3 零件静强度的可靠性设计应用举例 37-70

5 疲劳强度的可靠性设计 37-71

5.1 变应力和变载荷的类型 37-71

5.2 部分材料的p-S-N曲线 37-72

5.3 零件的疲劳极限 37-80

5.4 用疲劳曲线线图计算零件的疲劳强度可靠度 37-82

5.5 用疲劳极限线图计算零件的疲劳强度可靠度 37-84

5.6 用等效应力计算零件的疲劳强度可靠度 37-85

5.7 受复合应力时零件的疲劳强度可靠度计算 37-85

5.8 零件疲劳强度可靠度计算的应用举例 37-86

5.9 零件疲劳寿命的可靠性预计 37-91

6 其他失效形式时可靠性设计 37-93

6.1 断裂韧性的可靠性设计 37-93

6.2 刚度的可靠性设计 37-94

6.3 磨损和腐蚀的可靠性设计 37-96

6.3.1 磨损的可靠性设计 37-96

6.3.2 腐蚀的可靠性设计 37-97

6.4 摩擦传动的可靠性设计 37-98

第4章 机械系统的可靠性分析

1 不可修复系统的可靠性分析 37-100

1.1 系统可靠性模型 37-100

1.2 常用系统的可靠度和平均寿命 37-101

2 可修复系统的可靠性 37-102

3 可靠性预计 37-103

3.1 可靠性预计的目的 37-103

3.2 可靠性预计的方法 37-103

4 可靠性分配 37-104

4.1 可靠性分配的原则 37-104

4.2 可靠性分配的方法 37-104

5 失效模式、效应及危害度分析 37-106

5.1 基本概念 37-106

5.2 分析的过程和方法 37-106

6 故障树分析 37-107

6.1 基本概念 37-107

6.2 故障树的建立 37-108

6.3 故障树的定性分析 37-110

6.4 故障树的定量分析 37-111

第5章 机构运动可靠性分析

1 概述 37-112

1.1 机构可靠性的分类 37-112

1.2 机构可靠度的计算方法 37-112

2 机构运动可靠性基本模型及计算方法 37-112

2.1 机构运动可靠性的定义及影响因素 37-112

2.2 机构可靠性指标 37-113

2.2.1 可靠度R 37-113

2.2.2 可靠性储备系数K 37-113

2.3 机构可靠性通用数学模型 37-113

2.3.1 机构运动学数学模型 37-113

2.3.2 机构运动精度概率模型 37-114

2.3.3 计算可靠度R 37-115

3 曲柄滑块机构运动可靠性分析 37-115

3.1 理想状态下机构运动关系式 37-115

3.1.1 对心曲柄滑块机构运动关系式 37-115

3.1.2 偏心曲柄滑块机构运动关系式 37-116

3.2 考虑原始误差的可靠性计算模型 37-116

3.2.1 考虑尺寸误差的计算模型 37-116

3.2.2 考虑运动副间隙误差的计算模型 37-117

3.3.1 对运动铰链中轴套的磨损分析 37-119

3.3.2 建立磨损与间隙之间的关系 37-120

3.3.3 建立磨损与输出运动参数的关系 37-121

4 并联机构运动可靠性分析实例 37-121

4.1 并联机构的特点及应用 37-121

4.2 Delta型并联机构的运动学分析 37-121

4.3 Delta型并联机构的位置误差分析 37-122

4.4 Delta型并联机构的运动可靠性分析 37-123

4.5 并联机构的运动可靠性仿真研究 37-124

4.5.1 参数化建模 37-124

4.5.2 位置正反解的获得 37-124

4.5.3 模拟各个原始误差随机性 37-125

4.5.4 Monte Carlo仿真 37-125

4.5.5 可靠度计算 37-125

第6章 可靠性灵敏度设计

1 目的及意义 37-127

2 可靠性灵敏度设计方法 37-127

2.1 基于摄动法的可靠性灵敏度分析 37-127

2.2 不完全概率信息机械可靠性设计 37-128

2.3 可靠性灵敏度设计 37-128

2.4 基于响应面方法的可靠性灵敏度分析 37-130

3 可靠性灵敏度设计实例 37-131

3.1 汽车前轴 37-131

3.2 螺旋弹簧 37-132

3.3 法兰 37-133

3.4 附件机匣 37-134

参考文献 37-137

第38篇 机械结构的有限元设计

第1章 弹性力学基本理论与有限元法基本原理

1 弹性力学基本概念 38-3

1.1 理想弹性体基本假设 38-3

1.2 弹性力学的基本概念 38-3

1.3 应力平衡微分方程 38-4

1.4 几何方程 38-4

1.5 物理方程 38-4

2 有限元法的基本原理 38-5

2.1 有限元法的基本步骤 38-5

2.2 广义坐标下的有限元格式 38-6

第2章 平面问题和空间问题的有限元

1 两类平面问题的力学表达 38-7

1.1 平面应力问题 38-7

1.2 平面应变问题 38-7

2 平面问题的三角形单元 38-7

2.1 建立过程 38-7

2.2 分析公式 38-9

3 轴对称问题的三角形单元 38-11

4 空间问题的四面体单元 38-13

第3章 等参元的基本原理

1 平面八节点四边形等参元 38-16

2 一维等参元 38-17

3 平面矩形等参元 38-18

4 平面三角形等参元 38-20

5 三维等参元 38-21

6 等参元用于机械结构分析的一般格式 38-23

第4章 单元形函数的性质

1 形函数的构造原理 38-25

1.1 常用单元的形函数 38-25

1.2 形函数的构造规律———帕斯卡三角形 38-27

2 形函数的性质 38-28

3 用面积坐标表达的形函数 38-29

4 有限元的收敛准则 38-30

5 等效节点载荷列阵 38-30

5.1 单元载荷的移置 38-30

5.2 结构整体载荷列阵的形成 38-31

第5章 杆梁问题的有限元

1 杆单元 38-32

1.1 轴力杆单元 38-32

1.2 扭转杆单元 38-32

2 平面梁单元 38-32

3 空间梁单元 38-33

3.1 空间梁单元的自由度定义 38-33

3.2 空间梁单元的坐标变换 38-34

3.3 空间梁单元的单元刚度矩阵 38-35

第6章 薄板弯曲问题的有限元

1 线弹性薄板理论 38-36

1.1 薄板弯曲的几何方程 38-36

1.2 薄板弯曲的物理方程 38-36

1.3 薄板弯曲的内力矩平衡方程 38-37

2 三角形薄板单元 38-37

3 用面积坐标表示的三角形板单元 38-38

4 四边形薄板单元 38-39

5 用局部坐标表示的四边形薄板单元 38-40

6 考虑剪切的明德林(Mindlin)板单元 38-41

第7章 壳体问题的有限元

1 基于薄壳理论的轴对称壳体单元 38-43

1.1 轴对称薄壳理论的基本公式 38-43

1.2 薄壳截锥单元 38-44

2 位移和转动各自独立插值的轴对称壳体单元 38-45

2.1 基本公式 38-45

2.2 截锥单元 38-45

2.3 曲边单元 38-46

3 轴对称超参数壳体单元 38-46

3.1 几何形状的规定 38-46

3.2 位移函数 38-46

3.3 应力和应变的确定 38-47

3.4 刚度矩阵的计算 38-47

4 不同类型单元的连接 38-47

4.1 多点约束方程 38-47

4.2 过渡单元 38-48

5 一般壳体问题的平板壳体单元 38-48

5.1 局部坐标系下的单元刚度矩阵 38-48

5.2 单元刚度矩阵的坐标转换 38-49

6 一般壳体问题的超参数壳体单元 38-49

6.1 几何形状的规定 38-49

6.2 位移函数的表示 38-49

6.3 应力和应变的确定 38-50

6.4 单元刚度矩阵的计算 38-50

第8章 热传导问题的有限元

1 热传导微分方程 38-51

2 线性热传导方程的有限元方法 38-51

3 热传导单元分析 38-52

3.1 一维单元 38-52

3.2 二维单元 38-52

3.2.1 三角形单元 38-52

3.2.2 四节点等参数 38-53

3.3 八节点块体等参元 38-54

4 稳态热传导的有限元分析 38-55

5 非稳态热传导的有限元分析 38-55

6 非线性热传导的有限元方法 38-55

7 场问题的有限元分析 38-56

第9章 动力学问题的有限元

1 单元的动力学方程 38-57

2 单元质量矩阵和阻尼矩阵 38-58

3 机械结构的动力学有限元方程 38-58

4 机械结构固有特性的有限元分析 38-58

4.1 机械结构固有特性的基本方程 38-58

4.2 机械结构固有特性的求解方法 38-59

5 求解动力响应问题 38-61

5.1 振动响应的振型叠加法 38-61

5.2 振动响应的时域积分法 38-61

5.2.1 中心差分法 38-62

5.2.2 纽马克方法 38-62

6 减缩动力系统自由度的方法 38-63

第10章 非线性问题的有限元

1 非线性方程组的数值解法 38-65

1.1 直接迭代法 38-65

1.2 牛顿-拉富生(Newton-Raphson)方法 38-65

1.3 修正的N-R方法 38-65

1.4 增量法 38-66

1.5 加速收敛方法 38-66

2 材料非线性问题的有限元分析 38-67

2.1 塑性力学基本法则 38-67

2.2 弹塑性应力应变关系 38-68

2.3 弹塑性增量有限元分析 38-68

2.4 与时间相关的材料非线性问题分析 38-68

3 几何非线性问题的有限元分析 38-69

3.1 几何非线性问题的应变与应力度量 38-69

3.2 几何非线性问题的有限元表达 38-71

4 结构屈曲的稳定性分析 38-72

5 接触问题的有限元分析 38-73

6 黏弹性材料结构的有限元分析 38-74

第11章 有限元分析实例

1 平面应力问题算例 38-77

2 等参元应用算例 38-78

3 杆梁问题的算例 38-80

4 板壳问题的算例 38-81

5 热传导问题的算例 38-82

6 动力学问题的算例 38-83

7 橡胶减振器的刚度分析 38-84

8 黏弹性阻尼-薄壁圆柱壳的有限元建模方法 38-86

9 水泵泵体的有限元分析 38-88

10 一级减速器有限元计算分析 38-89

参考文献 38-100

第39篇 优化设计

第1章 优化设计算法原理

1 优化设计概述 39-3

1.1 优化设计的基本概念 39-3

1.2 优化设计的数学模型 39-3

1.3 优化设计的迭代算法及终止准则 39-4

1.4 优化设计的算法分类 39-5

2 一维无约束优化方法 39-5

2.1 确定搜索区间的进退算法 39-5

2.2 切线法 39-6

2.3 黄金分割法(0.618法) 39-6

2.4 二次插值法(抛物线插值法) 39-7

3 多维无约束优化算法 39-8

3.1 坐标轮换法 39-8

3.2 共轭方向法(Powell法) 39-8

3.3 梯度法 39-8

3.4 共轭梯度法 39-9

3.5 牛顿法 39-10

3.6 变尺度法 39-10

4 多维约束优化算法 39-11

4.1 简约梯度法 39-11

4.2 广义简约梯度法 39-12

4.3 罚函数法 39-14

4.3.1 内点法 39-14

4.3.2 外点法 39-15

4.3.3 混合法 39-16

4.4 序列线性规划法 39-17

4.5 序列二次规划法 39-17

第2章 结构优化设计方法

1 结构优化设计概述 39-19

2 结构优化的准则法 39-19

2.1 满应力法 39-20

2.1.1 杆结构满应力准则 39-20

2.1.2 板结构满应力准则 39-20

2.2 单位移约束准则法 39-20

2.3 多位移约束准则法 39-21

3 结构优化的齿行法 39-21

3.1 结构优化齿行法简介 39-21

3.2 杆结构优化齿行法 39-21

3.3 梁结构优化齿行法 39-22

4 结构优化设计实例 39-22

4.1 机床主轴的结构优化设计 39-22

4.2 悬臂梁的结构优化设计 39-23

第3章 形状优化设计方法

1 形状优化设计概述 39-24

2 形状优化的敏度分析 39-25

2.1 位移敏度计算 39-25

2.2 应力敏度计算 39-26

2.3 形状敏度分析实现 39-26

3 形状优化的自适应分析技术 39-27

3.1 误差估计 39-27

3.2 h自适应法 39-27

3.3 p自适应法 39-28

4 自适应分析形状优化设计 39-30

5 形状优化设计应用实例 39-31

5.1 内燃机连杆的形状优化设计 39-31

5.2 起重吊钩的自适应形状优化设计 39-31

第4章 多目标问题的优化设计方法

1 多目标问题的优化基本概念 39-33

2 协调曲线法 39-33

2.1 协调曲线法基本原理 39-33

2.2 应用示例———径向动压滑动轴承的优化设计 39-34

3 统一目标函数法 39-35

3.1 目标规划法 39-35

3.2 乘除法 39-35

3.3 线性加权组合法 39-35

3.3.1 线性加权组合法的目标函数 39-35

3.3.2 应用示例———蟹爪式装载机扒取机构的优化设计 39-36

4 功效系数法 39-36

4.1 功效系数法的基本原理 39-36

4.2 应用示例———门座式起重机变幅四杆机构的优化设计 39-37

第5章 随机变量优化设计方法

1 随机变量优化设计的数学模型 39-39

1.1 随机参数和随机设计变量 39-39

1.2 随机变量优化设计数学模型 39-39

2 一次二阶矩方法 39-39

2.1 一次二阶矩方法基本原理 39-39

2.2 一次二阶矩方法算法 39-40

3 随机模拟搜索方法 39-40

3.1 随机模拟搜索方法基本原理 39-40

3.2 随机模拟搜索方法算法 39-41

4 应用示例———压力容器的随机变量优化设计 39-41

第6章 离散变量优化设计方法

1 离散变量优化设计的数学模型 39-44

2 离散变量自适应随机搜索法 39-44

2.1 设计点样本产生的基本方程 39-44

2.2 随机移步查点技术 39-45

2.3 自适应随机搜索法算法 39-45

3 离散变量的组合形法 39-46

3.1 初始离散组合形的产生 39-46

3.2 离散一维搜索 39-46

3.3 离散变量组合形算法的步骤 39-46

4 离散性惩罚函数法 39-47

4.1 离散性惩罚函数法基本原理 39-47

4.2 离散惩罚函数的算法 39-47

5 应用示例———箱形盖板 39-47

第7章 模糊优化设计方法

1 模糊优化设计概述 39-49

1.1 机械设计中的模糊性影响因素 39-49

1.2 隶属函数 39-49

1.3 数学模型 39-52

1.3.1 目标函数 39-52

1.3.2 约束条件 39-52

1.3.3 设计变量 39-52

1.4 模糊优化求解的基本思想 39-52

2 对称型模糊优化设计 39-52

2.1 对称模糊优化模型的直接解法 39-52

2.2 对称模糊优化模型的迭代解法 39-52

2.3 模糊约束下非模糊目标优化模型的求解 39-53

3 非对称型模糊优化设计 39-53

3.1 模糊约束下函数的条件极值 39-53

3.2 非对称型模糊优化的数学模型 39-53

3.3 非对称型模糊优化的水平截集解法 39-54

3.3.1 普通模糊约束的优化设计 39-54

3.3.2 广义模糊约束的优化设计 39-54

4 模糊优化方法应用实例 39-55

4.1 三级斜齿圆柱齿轮减速器的优化设计 39-55

4.2 简支梁的模糊优化设计 39-57

第8章 智能优化设计方法

1 智能优化方法概述 39-60

1.1 智能优化方法的基本概念 39-60

1.2 常用的智能优化方法 39-60

1.3 智能优化方法的特点 39-61

2 遗传算法 39-61

2.1 遗传算法的基本概念 39-61

2.2 遗传算法的基本特点及应用 39-61

2.3 遗传算法的计算流程 39-61

2.4 应用案例———加工中心组成问题 39-62

3 蚁群优化算法 39-65

3.1 蚁群优化算法的基本思想及特点 39-65

3.2 基本蚁群优化算法模型 39-66

3.3 蚁群优化算法的步骤 39-66

3.4 应用案例———混流装配线调度问题 39-66

4 粒子群优化算法 39-68

4.1 粒子群优化算法的基本概念、模型 39-68

4.2 标准粒子群优化算法的算法流程 39-69

4.3 应用案例———加工中心组成问题 39-70

5 蜂群算法 39-72

5.1 基于蜜蜂繁殖机理的蜂群算法(MBO) 39-72

5.1.1 蜂群算法(MBO)的建模 39-72

5.1.2 蜂群算法(MBO)的算法流程 39-72

5.2 基于蜜蜂采蜜机理的蜂群算法(ABC) 39-72

5.2.1 蜂群算法(ABC)的建模 39-72

5.2.2 蜂群算法(ABC)的算法流程 39-73

5.3 蜂群算法的特点 39-73

5.4 蜂群算法的应用———加工中心组成问题 39-74

6 萤火虫算法 39-76

6.1 基本萤火虫算法(GSO)模型 39-76

6.2 基本萤火虫算法(GSO)的算法流程 39-77

6.3 GSO算法应用案例———流水车间调度(置换flow-shop)问题 39-77

7 布谷鸟搜索算法 39-78

7.1 标准布谷鸟搜索算法(CS)模型 39-78

7.2 标准布谷鸟搜索算法流程 39-78

7.3 应用案例———混流装配线调度问题 39-79

第9章 优化设计应用实例

1 机构优化设计 39-81

1.1 机构优化设计概述 39-81

1.2 连杆机构优化设计 39-81

1.3 凸轮机构优化设计 39-83

1.4 支撑掩护式液压支架机构的多目标优化设计 39-84

2 机械零件优化设计 39-87

2.1 机械零件优化设计概述 39-87

2.2 齿轮传动优化设计 39-89

2.3 弹簧优化设计 39-91

2.4 液体动压滑动轴承优化设计 39-92

3 可靠性优化设计 39-93

3.1 可靠性优化设计概述 39-93

3.2 机构可靠性优化设计 39-94

3.3 结构可靠性优化设计 39-96

3.3.1 结构可靠性优化的概念及模型 39-96

3.3.2 三杆结构可靠性优化设计 39-97

4 复杂系统优化设计 39-98

4.1 复杂系统优化设计概述 39-98

4.2 多级优化设计技术 39-98

4.3 飞机设计的多级优化实例 39-100

参考文献 39-103

第40篇 数字化设计

第1章 概 述

1 数字化设计技术 40-3

1.1 产品设计特点与数字化设计技术 40-3

1.2 数字化设计技术的内涵和学科体系 40-3

1.3 数字化设计流程 40-4

2 数字化设计技术的相关技术 40-6

2.1 计算机辅助设计 40-6

2.2 计算机辅助制造 40-6

2.3 计算机辅助工艺过程设计 40-6

2.4 计算机辅助工程 40-7

2.5 产品数据管理 40-7

3 数字化设计技术的发展趋势 40-7

第2章 计算机图形学基础 1 概述 40-9

1.1 计算机图形学的研究内容 40-9

1.2 计算机图形学的应用 40-9

1.3 计算机图形学的发展趋势 40-10

2 图形变换 40-11

2.1 二维图形的基本变换 40-11

2.2 二维图形的组合变换 40-14

2.3 窗口和视区的匹配交换 40-15

2.4 三维图形的几何变换 40-15

2.5 正投影变换 40-17

2.6 复合变换 40-17

2.7 透视投影变换 40-17

3 图形的裁剪与消隐 40-18

3.1 图形的裁剪 40-18

3.2 图形的消隐 40-19

第3章 产品的数字化建模

1 形体的计算机内部表示 40-20

1.1 几何信息和拓扑信息 40-20

1.2 形体的定义及表示形式 40-20

2 线框造型系统 40-21

2.1 线框建模技术 40-21

2.2 自由曲线建模 40-21

3 曲面造型系统 40-22

3.1 曲面造型的定义和特点 40-22

3.2 曲面造型方法 40-22

4 实体造型系统 40-23

4.1 边界表示法 40-23

4.2 构造立体几何法 40-23

5 基于特征的实体建模技术 40-24

5.1 特征的定义 40-24

5.2 特征的表示方法 40-24

5.3 机械零件的特征建模 40-24

5.4 参数化设计 40-24

6 装配建模技术 40-25

6.1 数字化装配的概念 40-25

6.2 装配造型的功能 40-26

6.3 装配模型的使用 40-26

7 数字样机设计技术 40-26

7.1 数字样机设计技术概述 40-26

7.2 数字样机设计技术的体系结构 40-27

7.3 数字样机设计技术应用 40-27

8 数字化设计应用实例 40-28

第4章 数字仿真与分析技术

1 数字仿真与分析技术概述 40-30

2 数字仿真技术 40-30

2.1 数字仿真的内涵及作用 40-30

2.2 数字仿真的发展历史及现状 40-31

2.3 数字仿真的一般过程 40-32

2.4 数字仿真与分析相关软件 40-34

3 数字化分析技术 40-36

3.1 数字化分析技术内涵及其软件 40-36

3.2 几何仿真分析技术 40-36

3.3 物理仿真分析技术 40-36

4 数字仿真与分析应用实例(盾构机刀具和刀盘系统仿真分析) 40-39

4.1 刀具和刀盘系统的运动学和动力学仿真分析 40-39

4.2 盾构机的刀具模态仿真分析 40-41

4.3 盾构机的滚刀破岩仿真分析 40-45

5 数字仿真与分析应用实例(车铣加工中心仿真分析) 40-49

5.1 车铣加工中心建模 40-49

5.2 车铣加工中心运动仿真分析 40-50

第5章 逆向工程与快速原型制造

1 逆向工程设计概述 40-53

1.1 逆向工程的研究对象 40-53

1.2 逆向工程的主要方法 40-53

1.3 逆向工程的主要研究内容 40-54

1.4 逆向工程的工作流程 40-55

2 逆向工程设计的关键技术 40-55

2.1 数据采集技术 40-55

2.2 数据处理技术 40-56

2.3 曲面重构技术 40-59

3 逆向工程设计的实物反求方法 40-71

4 快速原型制造 40-72

4.1 概述 40-73

4.2 快速原型制造技术 40-73

4.3 快速原型制造工艺 40-77

4.4 快速原型制造的进展 40-78

5 快速原型制造的应用实例 40-79

5.1 微型热管成型 40-79

5.2 金属器件成型 40-80

5.3 铸造蜡模成型 40-81

第6章 协同设计 1 概述 40-83

1.1 协同设计产生背景 40-83

1.2 协同设计定义及特点 40-83

1.3 协同设计技术现状 40-84

2 协同设计的关键技术 40-85

2.1 协同设计数据交换与共享技术 40-85

2.2 协同设计中的任务协同 40-87

2.3 协同设计冲突协调机制 40-88

2.4 协同设计交互技术 40-90

2.5 协同设计集成技术 40-90

2.6 协同设计安全技术 40-92

3 协同设计体系结构及主要功能 40-93

3.1 协同设计体系结构 40-93

3.2 协同设计关系建立 40-94

3.3 协同设计管理 40-95

3.4 协同设计产品配置工具 40-95

3.5 协同设计三维视频协同会议 40-96

3.6 协同设计数据集成管理 40-96

4 数字化协同设计应用实例 40-97

第7章 虚拟设计

1 虚拟设计概述 40-102

1.1 虚拟设计的一般概念 40-102

1.1.1 虚拟设计的定义 40-102

1.1.2 虚拟设计的技术特点 40-102

1.2 虚拟设计的意义 40-102

1.3 虚拟设计的体系结构 40-103

1.4 虚拟设计同其他概念之间的关系 40-105

2 虚拟现实技术 40-105

2.1 虚拟现实技术的定义及特点 40-105

2.2 虚拟现实系统的组成及分类 40-106

2.2.1 虚拟现实系统的组成 40-106

2.2.2 虚拟现实系统的分类 40-108

2.3 虚拟现实的软件子系统 40-109

2.3.1 虚拟现实软件系统的组成 40-109

2.3.2 可获得的虚拟现实软件系统 40-110

2.4 虚拟现实系统的开发工具 40-110

2.4.1 虚拟现实建模语言(VRML) 40-110

2.4.2 实时场景开发工具———OpenGL Performer 40-111

3 基于虚拟现实技术的新一代CAD技术 40-113

3.1 基于虚拟现实的CAD的特点 40-113

3.2 VR-CAD的几何建模技术 40-114

3.2.1 模型表示方法 40-114

3.2.2 建模方法 40-114

3.3 VR-CAD中的多通道技术 40-116

3.3.1 三维鼠标 40-116

3.3.2 三维物体选取机制 40-116

3.3.3 三维菜单设计 40-116

3.3.4 语音系统 40-117

3.3.5 触觉和力觉反馈系统 40-118

3.4 VR-CAD中的可视化技术 40-118

3.4.1 VR-CAD真实感图形实时绘制技术 40-118

3.4.2 VR-CAD中多细节程度模型生成技术 40-119

3.4.3 VR-CAD系统中的复杂场景实时漫游技术 40-121

4 应用于虚拟设计的科学计算可视化技术 40-122

4.1 科学计算可视化技术概述 40-122

4.2 数据模型准备 40-122

4.2.1 CAD数据的精简 40-123

4.2.2 CAD数据的转换 40-124

4.3 科学计算可视化的基础技术 40-125

4.3.1 可视化数据的组织形式及物理分类 40-125

4.3.2 矢量场数据可视化流程 40-126

4.3.3 矢量场特征可视化 40-126

4.4 矢量场数据的沉浸可视化关键技术 40-126

5 虚拟概念设计 40-127

5.1 虚拟概念设计概述 40-127

5.1.1 概念设计在产品设计阶段的重要性 40-127

5.1.2 虚拟概念设计的定义 40-127

5.1.3 虚拟概念设计的目标与技术特点 40-128

5.2 虚拟概念设计系统 40-128

5.2.1 基于虚拟现实的概念设计系统 40-128

5.2.2 基于CAX软件平台的概念设计系统 40-130

5.3 虚拟概念设计实现方法 40-130

5.3.1 虚拟概念设计基本流程 40-130

5.3.2 关键步骤实现方法 40-131

6 虚拟装配技术 40-133

6.1 虚拟装配的概述及其国内外研究简介 40-133

6.1.1 概述 40-133

6.1.2 国内外研究简介 40-134

6.2 虚拟装配关键技术 40-135

6.2.1 虚拟装配模型 40-135

6.2.2 虚拟装配过程 40-137

6.2.3 碰撞检测 40-138

6.2.4 虚拟装配路径规划和仿真 40-139

6.3 典型虚拟装配系统功能介绍 40-139

7 面向产品开发的工程应用 40-140

7.1 应用背景介绍 40-140

7.2 虚拟客车车身开发系统的集成平台 40-140

7.2.1 数据仓库规划 40-140

7.2.2 流程管理 40-141

7.3 车身外形设计与性能分析 40-143

7.3.1 客车车身曲面设计 40-143

7.3.2 客车车身外形性能分析 40-144

7.4 结构设计与性能分析 40-145

7.4.1 基于三维模型的车身结构设计及装配 40-145

7.4.2 基于三维模型的车身结构静强度分析 40-146

7.4.3 基于三维模型的车身结构模态分析 40-147

7.4.4 大客车整车碰撞安全性的数值模拟 40-147

7.5 内饰设计与性能分析 40-148

7.5.1 司机座椅分析模型的建立 40-148

7.5.2 座椅的动态舒适性分析 40-148

7.6 虚拟客车样机和人机工程分析 40-149

7.6.1 虚拟客车样机的建立 40-149

7.6.2 人机工程分析 40-150

参考文献 40-151

第41篇 试验优化设计

第1章 试验设计的基本概念

1 什么是试验 41-3

2 试验设计的地位及其应用 41-3

2.1 试验设计的概念 41-3

2.2 试验设计的地位 41-3

2.3 试验设计的应用 41-3

3 试验设计的起源与发展 41-3

4 试验设计常用术语 41-4

4.1 试验指标 41-4

4.2 试验因素 41-4

4.3 因素水平 41-4

4.4 处理组合 41-4

4.5 全面试验 41-4

4.6 部分实施 41-4

4.7 因素试验 41-5

第2章 正交试验设计

1 正交表 41-6

1.1 正交表概念 41-6

1.2 常用正交表的分类及特点 41-6

1.3 正交表的基本性质 41-7

2 正交试验设计基本步骤 41-7

3 正交试验设计的基本方法 41-8

4 有交互作用的正交试验设计 41-9

5 水平不等的试验设计 41-10

5.1 直接选用混合正交表 41-10

5.2 并列法 41-11

5.3 赋闲列法 41-12

5.4 部分追加法 41-12

5.5 拟水平法 41-13

5.6 直积法 41-13

5.7 组合法 41-14

5.8 拟因素法 41-14

6 多指标试验设计 41-14

6.1 综合平衡法 41-14

6.2 综合评分法 41-15

第3章 试验干扰控制

1 试验干扰 41-16

2 试验干扰控制的基本原则 41-16

2.1 设置区组 41-16

2.2 重复试验 41-16

2.3 随机化 41-16

3 单向干扰控制区组设计 41-16

3.1 完全区组设计 41-16

3.2 不完全区组设计 41-17

4 两向干扰控制区组设计 41-17

第4章 正交试验设计的结果分析

1 极差分析 41-19

2 方差分析 41-19

2.1 正交试验设计方差分析 41-19

2.1.1 计算偏差平方和及其自由度 41-19

2.1.2 显著性检验 41-19

2.2 重复试验的方差分析 41-20

2.3 不等水平试验设计方差分析 41-21

2.3.1 混合型正交表上的方差分析 41-21

2.3.2 并列法 41-21

2.3.3 赋闲列法 41-22

2.3.4 追加法 41-22

2.3.5 拟水平法 41-22

2.3.6 组合因素法 41-22

2.4 非饱和正交设计方差分析 41-23

2.5 误差分析与试验水平 41-23

3 试验指标的估计及最优组合的置信区间 41-23

3.1 试验指标的估计 41-23

3.2 最优组合的置信区间 41-24

第5章 稳健试验设计

1 稳健设计的基本概念 41-25

1.1 特性值 41-25

1.2 质量损失函数 41-25

1.3 内表因素和外表因素 41-25

2 SN比试验设计 41-25

2.1 SN比 41-25

2.2 望目特性的SN比 41-26

2.3 望小特性的SN比 41-26

2.4 望大特性的SN比 41-26

2.5 SN比试验设计步骤 41-26

3 内外表因素参数设计 41-26

3.1 直积内外表 41-27

3.2 综合误差因素参数设计 41-27

4 灵敏度设计 41-28

5 动态特性参数设计 41-29

5.1 动态特性SN比 41-29

5.2 动态特性设计 41-29

6 稳健性技术开发设计 41-29

第6章 广义试验设计

1 广义试验设计概述 41-30

2 市场分析 41-30

3 生产计划试验设计 41-30

4 数学试验 41-31

第7章 回归设计

1 回归设计的基本概念 41-33

2 一次回归设计 41-33

2.1 单元线性回归正交设计 41-33

2.2 多元线性回归正交设计 41-34

2.3 单纯形回归设计 41-36

3 二次回归设计 41-37

3.1 二次回归正交组合设计 41-37

3.2 二次回归连贯设计 41-39

3.3 二次旋转设计 41-40

4 正交多项式回归设计 41-41

4.1 单元正交多项式回归设计 41-41

4.2 多元正交多项式回归设计 41-42

4.3 部分正交多项式回归设计 41-43

5 D最优回归设计 41-44

5.1 D优良性 41-44

5.2 饱和D最优设计 41-45

5.2.1 一次饱和D最优设计 41-45

5.2.2 二次饱和D最优设计 41-45

第8章 混料回归设计

1 混料试验 41-47

1.1 混料 41-47

1.2 混料试验概念 41-47

1.3 混料回归设计 41-47

2 单形混料设计 41-47

3 单形重心混料设计 41-48

4 有下界约束的混料设计 41-49

5 极端顶点混料设计 41-49

第9章 试验优化分析

1 试验设计优化分析 41-51

1.1 最优试验设计 41-51

1.2 试验设计优良性分析 41-52

1.3 试验设计D效率分析 41-52

1.4 试验设计适用性分析 41-52

1.5 超饱和试验设计 41-52

2 回归设计优化分析 41-53

2.1 最优回归方程 41-53

2.2 预测和控制 41-53

2.2.1 预测 41-53

2.2.2 控制 41-54

3 数据处理优化分析 41-54

3.1 试验数据处理的最优化 41-54

3.2 极差修正优化分析 41-54

3.3 缺失数据弥补优化分析 41-55

第10章 试验优化设计常用软件

1 SPSS软件 41-56

2 DPS软件 41-56

3 SAS软件 41-56

4 Statistica软件 41-57

5 Origin软件 41-57

6 Excel软件 41-57

7 PPR软件 41-57

8 Mintab软件 41-57

9 试验优化专业软件 41-58

参考文献 41-59

第42篇 工业设计与人机工程

第1章 概 述

1 工业设计概述 42-3

1.1 工业设计的定义及其时代演变 42-3

1.2 工业设计与工程设计的范畴比对 42-3

1.3 工业设计的产品造型要素 42-3

1.4 产品造型设计的特征与原则 42-4

1.5 工业设计的程序与步骤 42-4

1.6 工业设计在新形势下的相关理论及应用 42-6

1.6.1 品牌设计与产品识别系统(PIS)设计 42-6

1.6.2 通用设计 42-8

1.6.3 交互设计的内容与方法 42-9

1.6.4 系统设计 42-10

1.6.5 服务设计 42-11

2 人机工程概述 42-12

2.1 术语与定义 42-12

2.2 人机工程学的研究内容与方法 42-12

2.3 人的感觉与反应能力 42-12

2.3.1 术语 42-12

2.3.2 人的感觉通道性质与选择 42-13

3 工业设计中的人机关系 42-13

3.1 人机系统与人机界面 42-13

3.2 人机能力比较与分配原则 42-13

3.3 人机关系设计的指导原则 42-14

3.3.1 术语 42-14

3.3.2 人机关系设计的一般指导原则 42-14

3.4 人机工程学与工业设计的关系 42-16

第2章 工业设计的造型表现

1 机械产品造型设计的定义与研究目的 42-17

2 机械产品造型设计的艺术表现法则 42-17

2.1 机械产品造型的形态比例 42-17

2.1.1 机械产品造型常用比例及特征 42-17

2.1.2 常用比例的相互转换 42-19

2.1.3 比例设计方法 42-23

2.2 机器形态的均衡与稳定 42-23

2.2.1 定义 42-23

2.2.2 获得均衡稳定的方法 42-25

2.3 机器形态的统一与变化 42-26

2.3.1 定义 42-26

2.3.2 造型整体统一的方法 42-26

2.3.3 造型统一中求变化的方法 42-28

3 机械产品造型的构成手法 42-29

3.1 定义 42-29

3.2 造型的形态要素及其形式心理 42-29

3.3 常用几何曲线的构成与演变 42-32

3.4 常用几何面的构成与演变 42-38

3.5 常用几何体的构成与演变 42-40

3.6 造型形态构成的基本法则 42-42

3.7 机械产品造型设计的错视与矫正 42-44

4 色彩与材质设计 42-47

4.1 色彩性质与混合特性 42-47

4.2 色彩体系与表示方法 42-48

4.3 常用色彩术语 42-51

4.4 色彩设计的指导性原则 42-51

4.5 色彩配置的方法与效果 42-52

4.5.1 色相调和法 42-52

4.5.2 明度调和法 42-52

4.5.3 纯度调和法 42-55

4.6 色彩功能与应用 42-55

4.7 色彩的好恶 42-57

4.8 主体色的数量与配置方式 42-57

4.9 色彩与材质的情感联想及应用方法 42-59

5 机械产品的装饰手段与表现方法 42-60

5.1 机械产品的线条装饰与方法 42-60

5.2 面板设计与工艺选择 42-61

5.3 工业设计的造型表现方法 42-64

5.3.1 快速构思速写图 42-64

5.3.2 产品预想效果图 42-65

5.3.3 产品实体模型 42-66

5.3.4 计算机辅助三维立体造型 42-66

5.3.5 快速自动成形(3D打印) 42-68

第3章 人机工程

1 人—机—环境研究的具体内容 42-71

2 人体尺寸数据 42-71

2.1 人体尺寸概念 42-71

2.1.1 人体尺寸数据的使用目的 42-71

2.1.2 人体尺寸数据来源 42-71

2.2 成年男女人体的主要尺寸数据 42-71

2.3 采用人体数据百分位的建议与尺寸数值计算 42-78

2.3.1 术语 42-78

2.3.2 采用百分比的建议与尺寸数值计算 42-78

3 人的肢体正常活动范围与空间选择 42-79

4 人体模板与操作姿势及空间设计 42-81

4.1 人体模板 42-81

4.2 装配、维修的操作空间尺寸 42-83

4.3 工作位置的平面高度与调节范围 42-84

4.4 操作姿态下的有利工作区域与方向 42-85

4.5 以身高为基准的设备与用具空间尺寸的推算图表 42-88

5 人的视野 42-90

6 人的肢体用力限度 42-91

6.1 成人站姿操作的用力状态与范围 42-91

6.2 成人坐姿操作的用力状态与范围 42-92

7 显示与操控装置的设计及选择 42-92

7.1 术语 42-92

7.2 显示装置与操控装置的组合方式 42-93

7.3 显示装置与操控的协调性设计 42-93

7.4 硬件人机界面与软件人机界面 42-93

7.5 显示与操控设计的分类与编码 42-93

7.6 用户界面的设计内容与准则 42-94

7.6.1 用户界面(UI)设计内容与流程 42-94

7.6.2 用户界面(UI)设计经验与准则 42-94

7.6.3 图形用户界面(GUI)设计经验与准则 42-95

7.7 显示装置的形式与排列方式选择 42-95

7.8 图形符号的设计 42-99

7.9 操控、调节装置形式、参数与安置空间的选择 42-99

8 环境要素设计 42-103

8.1 工作环境的照明设计 42-103

8.1.1 术语 42-103

8.1.2 工作环境照明的一般要求与参数选择 42-104

8.1.3 光源的色温与显色性的选择 42-108

8.2 工作环境的噪声控制设计 42-110

8.2.1 噪声环境特征 42-110

8.2.2 噪声安全标准 42-110

8.3 工作环境的振动控制设计 42-111

8.3.1 振动环境特征 42-111

8.3.2 全身承受振动的评价标准 42-111

8.4 工作环境的小气候要求 42-111

8.5 工作环境的安全防护设计 42-111

8.5.1 术语 42-111

8.5.2 常用的安全防护设计 42-112

第4章 典型案例分析

1 以支援人类机器人为例的产品系统设计分析 42-115

1.1 设计概念 42-115

1.2 特征 42-115

1.3 功能 42-115

1.4 技术 42-115

1.5 机器人的主要规格 42-116

2 以自行车为例的人机系统设计案例分析 42-116

2.1 人-自行车系统组成 42-116

2.2 影响自行车性能的人体因素 42-117

2.3 自行车设计结构要素分析 42-118

2.4 人-车动态特性分析 42-119

参考文献 42-120

第43篇 机械产品设计中的常用软件

第1章 概 述

1 机械产品设计需要软件的支持 43-3

2 机械产品设计对软件的要求 43-3

3 常用软件 43-3

第2章 CAD/CAM软件 1 UG软件 43-5

1.1 UG概述 43-5

1.2 UG功能介绍 43-5

1.2.1 产品设计 43-5

1.2.2 产品制造 43-7

1.2.3 产品分析 43-9

1.2.4 钣金件 43-9

1.2.5 用户化 43-10

1.2.6 Web产品 43-10

1.2.7 管路应用 43-11

1.2.8 质量工程应用 43-11

1.2.9 数据交换 43-11

1.2.10 特殊应用 43-11

2 Pro/ENGINEER软件 43-12

2.1 Pro/ENGINEER概述 43-12

2.2 Pro/ENGINEER主要功能 43-13

2.3 Pro/ENGINEER辅助功能 43-14

3 I-DEAS软件 43-15

3.1 I-DEAS概述 43-15

3.2 I-DEAS功能 43-16

4 CATIA软件 43-18

4.1 CATIA概述 43-18

4.2 CATIA功能 43-18

4.2.1 机械工程 43-18

4.2.2 包装消费品 43-19

4.2.3 基于模型的定义 43-20

4.2.4 复合材料工程 43-20

4.2.5 钣金设计工程 43-21

4.2.6 扣件设计工程 43-21

4.2.7 塑料零件和模具设计工程 43-21

4.2.8 电气系统 43-21

4.2.9 流体系统 43-22

4.2.10 AEC工程 43-23

4.2.11 机械和设备设计工程 43-23

4.2.12 交通运输和移动工程 43-23

4.2.13 高科技工程设计 43-24

4.2.14 知识工程 43-24

4.2.15 船舶与海洋工程 43-25

5 Auto CAD软件 43-25

5.1 Auto CAD概要 43-25

5.2 Auto CAD功能特点 43-25

6 MDT软件 43-26

6.1 MDT概述 43-26

6.2 MDT功能 43-26

6.2.1 零件造型 43-26

6.2.2 曲面造型 43-26

6.2.3 装配造型 43-26

6.2.4 设计文档 43-26

6.2.5 图形转换 43-26

6.2.6 相关设计工具 43-27

7 Solid Edge软件 43-27

7.1 Solid Edge概要 43-27

7.2 Solid Edge功能模块 43-28

7.2.1 零件设计 43-28

7.2.2 制图 43-29

7.2.3 焊接设计 43-30

7.2.4 钣金设计 43-31

7.2.5 网络发布 43-31

7.2.6 数据集成 43-32

7.2.7 产品仿真 43-32

7.2.8 计算机辅助虚拟加工系统 43-33

8 MasterCAM软件 43-33

9 EdgeCAM软件 43-34

9.1 EdgeCAM特点 43-34

9.2 EdgeCAM功能 43-35

9.3 EdgeCAM实用工具 43-36

10 CAXA系列CAD/CAM/CAE软件 43-36

10.1 CAXA概要 43-36

10.2 CAXA功能 43-36

11 Cimatron软件 43-38

11.1 Cimatron概要 43-38

11.2 Cimatron特点 43-38

第3章 CAPP 软 件

1 SIPM/CAPP软件 43-40

1.1 SIPM/CAPP功能 43-40

1.2 SIPM/CAPP特点 43-42

2 Inte/CAPP软件 43-42

3 开目CAPP软件 43-43

4 高华CAPP软件 43-45

5 XTCAPP软件 43-45

第4章 PDM 软 件

1 SIPM/PDM软件 43-47

1.1 SIPM/PDM功能 43-47

1.2 SIPM/PDM特点 43-47

2 iMAN软件 43-50

2.1 iMAN概述 43-50

2.2 iMAN功能 43-50

3 CATIA/PDM软件 43-53

4 Inte PDM系统 43-54

4.1 Inte PDM功能 43-54

4.2 Inte PDM特点 43-55

第5章 CAE 软 件

1 AltairHyperWorks软件 43-57

1.1 HyperWorks概述 43-57

1.2 HyperWorks主要功能 43-57

1.2.1 前后处理器 43-57

1.2.2 结构与多学科优化设计 43-58

1.2.3 仿真计算 43-59

1.2.4 流程管理与产品性能数据管理 43-59

1.2.5 工艺流程 43-61

1.2.6 软件许可 43-61

1.3 案例 43-61

1.3.1 飞机减重优化 43-61

1.3.2 CAE流程优化 43-61

1.3.3 汽车零部件研发加速 43-62

2 NASTRAN软件 43-62

2.1 NASTRAN概述 43-62

2.2 PATRAN概述 43-63

3 ADAMS软件 43-63

3.1 ADAMS特点 43-63

3.2 ADAMS功能 43-64

3.2.1 建模功能 43-64

3.2.2 用户化功能 43-64

3.2.3 分析功能 43-64

3.2.4 参数化分析功能 43-64

3.2.5 新的功能 43-64

4 MSC.DYTRAN软件 43-65

4.1 MSC.DYTRAN概述 43-65

4.2 MSC.DYTRAN算法特点 43-65

4.2.1 拉格朗日方法和欧拉方法 43-65

4.2.2 显式时间积分方法 43-65

4.2.3 有限体积方法 43-65

4.3 MSC.DYTRAN功能及特点 43-65

4.4 MSC.DYTRAN应用范围 43-67

5 JIFEX软件 43-68

5.1 前置处理模块Auto FEM 43-68

5.2 图形后置处理和视算一体化模块GRAFE 43-68

5.3 有限元分析子系统 43-69

5.4 结构优化与设计模块OPTSYST 43-69

5.5 网格生成算法与科学计算可视化 43-70

5.6 高性能有限元计算方法 43-70

5.7 先进实用的结构优化方法 43-70

6 DADS软件 43-71

6.1 DADS概述 43-71

6.2 DADS功能模块 43-72

6.2.1 基本组合DADS/Basic 43-72

6.2.2 标准组合DADS/Standard 43-72

6.2.3 高级组合DADS/Advanced 43-73

6.2.4 专业模块及其他功能模块 43-73

7 Inte CAST软件 43-74

7.1 Inte CAST功能 43-74

7.1.1 前置处理功能 43-74

7.1.2 计算处理功能 43-74

7.1.3 后置处理功能 43-74

7.2 HSC注射模流动保压冷却模拟分析 43-75

8 ANSYS软件 43-75

8.1 ANSYS特点 43-75

8.2 ANSYS功能 43-76

参考文献 43-77



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