内容简介
Based on the author's rich teaching experience, this textbook is an accumulated effort to systematically and comprehensively introduce the fundamentals of hydrodynamics and hydraulic transmission. This textbook is roughly divided into hydrodynamics (20%) and hydraulic transmission (80%).
This is an English-language textbook for international students and undergraduates in Mechanical Engi- neering, with the 38 recommended teaching hours. The accompanying CD-ROM is a multimedia CAI courseware carefully made to assist teaching.
内页插图
目录
Chapter 1 Hydraulic Oil and Fundamental Hydraulic Fluid Mecbanics
1.1 Hydraulic Oil
1.1.1 Basic physicalcharacteristics
1.1.2 Requirements and selection of hydraulic oil
1.2 Hydrostatics
1.2.1 Characteristics of static pressure
1.2.2 Generation and transmission of static pressure
1.3 Hydrodynamics
1.3.1 Basic concept
1.3.2 Equation of continuity-conservation of mass
1.3.3 Bernoulli equation-conservation of energy
1.3.4 Equation of momentum-conservation of momentum
1.4 Characteristics of Fluid Flow in Pipeline
1.4.1 States of fluid flow and Reynolds number
1.4.2 Hydraulic pressure drop in pipe calculation
1.5 Flow Rate Calculation through Orifice and Clearance
1.5.1 Flow rate calculation through orifice
1.5.2 Flow rate calculation through clearance
Chapter 2 Introduction of Hydraulic Transmission
2.1 Basic Concept of Hydraulic Transmission
2.2 0perating Principle and Characteristics of Hydraulic Transmission
2.2.1 0perating principle of hydraulic transmission
2.2.2 0perating characteristics of hydraulic transmission
2.3 Examples of Hydraulic Transmission System
2.4 Construction of Hydraulic Transmission System
2.5 Simplified Graphics Symbols of Hydraulic Transmission System
2.6 Advantages and Disadvantages of Hydraulic Transmission System
2.6.1 Advantages
2.6.2 Disadvantages
2.7 History and Application of Hydraulic Transmission System
Chapter 3 Hydraulic Pumps and Hydraulic Motors
3.1 0verview of Hydraulic Pumps and Hydraulic Motors
3.1.1 0perating principle
3.1.2 Main performance parameters
3.2 Typical Hydraulic Pumps and Hydraulic Motors
3.2.2 Vane pumps and vane motors
3.2.3 Piston pumps and piston motors
3.3 Selection of Hydraulic Pumps and Hydraulic Motors
Problems
Chapter4 Hydraulic Cyiinders
4.1 Classification and Speed-thrust Performance
4.1.1 Pistoncylinders
4.1.2 Plunger cylinders
4.1.3 Swingcylinders
4.1.4 Combined cylinders
4.2 Typical Construction and Makeups
4.2.1 Typicalconstruction
Chapter 5 Hydraulic Control Valves
5.2 DirectionalControlValves
5.2.1 Non-returnvalves
5.3 Pressure ControlValves
5.3.3 Sequence valves
5.4 Flow Rate ControlValves
……
Chapter 6 Auxiliary Components
Chapter 7 Basic Hydraulic Circuits
Cbapter 8 Typical Hydraulic Transmission Systems
Chapter 9 Design and Calculation of Hydraulic Transmission System
Reference
前言/序言
机械工程基础理论研究与应用 本书聚焦于现代机械工程领域中至关重要的基础理论——材料力学、工程热力学与传热学,并深入探讨了这些理论在工程实践中的具体应用与前沿发展。全书结构严谨,逻辑清晰,旨在为机械、土木、航空航天等相关专业的高年级本科生、研究生及工程技术人员提供一套全面而深入的学习资料和参考手册。 --- 第一部分:工程力学核心基础 (Engineering Mechanics Core Foundation) 本部分着重于构建坚实的材料力学和结构分析基础,这是理解和设计任何机械系统的先决条件。 第一章:应力、应变与本构关系 (Stress, Strain, and Constitutive Relations) 本章从微观尺度的弹性变形概念入手,详细阐述了描述材料受力状态的应力状态(柯西应力张量)和描述形变的应变状态(小变形与大变形假设下的应变张量)。重点解析了线弹性材料的胡克定律及其推广形式——三维应力与应变之间的关系。 应力分析的几何学基础: 介绍主应力概念、Mohr圆在二维应力分析中的应用,以及应力不变量的物理意义。 材料的失效准则: 深入探讨了屈服和断裂的判据,包括最大剪应力理论(Tresca准则)和最大畸变能密度理论(Von Mises准则),并结合实验数据分析了脆性与韧性材料的差异。 本构模型的拓展: 引入了粘弹性、粘塑性等更接近实际工况的材料行为模型,为非线性分析奠定基础。 第二章:结构静力学与稳定性分析 (Structural Statics and Stability Analysis) 本章将理论知识应用于宏观结构件,研究复杂载荷下的内部力求解与变形预测。 梁的弯曲与扭转: 详细推导了挠度方程和转角方程,分析了变截面梁、悬臂梁的受力情况。特别强调了能量法(如虚功原理、卡氏定理)在求解复杂静定和静不定结构位移中的高效性。 薄壁结构与屈曲理论: 针对工程中常见的薄壳和细长杆件,本章系统阐述了欧拉屈曲公式的推导与适用范围。同时,引入了更接近实际的非线性屈曲分析,讨论了初始缺陷和残余应力对临界载荷的影响。 接触应力分析基础: 针对齿轮、轴承等部件的连接面,简要介绍了赫兹(Hertz)接触理论的基本假设及其在确定接触椭圆区域压力分布中的应用。 --- 第二部分:工程热力学与能量转换原理 (Principles of Engineering Thermodynamics and Energy Conversion) 本部分侧重于能量的形态、转换规律及其在热机和制冷循环中的实际应用。 第三章:热力学基本定律与平衡态 (Fundamental Laws and Equilibrium States) 本章从微观粒子运动的角度出发,构建了宏观热力学体系。 热力学第零、第一定律: 严格定义了温度、热量和功,并利用第一定律分析了定容、定压等基本过程的能量平衡。详细探讨了理想气体状态方程的物理意义及其在工程计算中的修正。 热力学第二定律与熵: 深入剖析了卡诺循环的不可逆性,引入了熵这一核心概念,并讨论了其在判断过程方向和确定系统最大做功潜力中的关键作用。 热力学第三定律与化学势: 简要介绍了热力学第三定律在绝对零度下的意义,并在分析多相平衡时,引入了化学势的概念,为化学反应热力学分析做准备。 第四章:循环分析与能量转换效率 (Cycle Analysis and Energy Conversion Efficiency) 本章将热力学定律应用于实际的热机、制冷与动力系统。 蒸汽动力循环: 详尽分析了朗肯循环(Rankine Cycle)的各个过程,研究了过热、再热、回热等技术对循环效率的提升作用。对汽轮机的工况点分析进行了详细的图解说明。 燃气轮机与内燃机循环: 重点分析了布雷顿循环(Brayton Cycle)及其在航空喷气发动机中的应用。对比了奥托循环、狄塞尔循环在往复式发动机中的热效率影响因素,如压缩比和平均有效压力。 制冷与热泵循环: 阐述了蒸汽压缩制冷循环的工作原理,分析了制冷系数(COP)的计算方法,并对比了吸收式制冷和热泵系统的优缺点。 --- 第三部分:传热学基础与工程应用 (Fundamentals of Heat Transfer and Engineering Applications) 本部分着眼于热量传递的机制、数学模型及其在设备设计中的优化。 第五章:导热理论与瞬态传热 (Conduction Theory and Transient Heat Transfer) 本章侧重于固体内部的热量传递机制。 傅里叶定律与热扩散方程: 严格推导了傅里叶导热定律和二维/三维热扩散方程(瞬态传热方程)。通过分离变量法求解了简单几何形状(无限大平板、长圆柱体)的稳态导热问题。 非均匀介质与复合壁: 分析了多层材料叠加结构(如锅炉壁)的热阻计算。重点讲解了接触热阻在实际工程界面中的影响,并引入了生物热传导模型(如Pennes模型)的初步概念。 瞬态分析方法: 详细介绍了集总参数法(Lumped Capacitance Method)的应用条件和适用范围。对于复杂瞬态问题,则引入了梁图(Heisler Charts)的应用,以便快速估算中心温度变化。 第六章:对流与辐射传热 (Convection and Radiation Heat Transfer) 本章讨论流体中和真空中的热量传递。 对流换热基础: 区分了自然对流与强迫对流。重点讲解了边界层理论,通过无量纲数(雷诺数、普朗特数、努塞尔数)来关联流体力学和传热学。推导了层流和湍流条件下的努塞尔数经验关联式。 辐射换热原理: 深入探讨了热辐射的黑体辐射定律(斯特藩-玻尔兹曼定律),并引入了灰体和选择性表面的概念。详细解析了辐射交换因子的计算,尤其是在复杂空间几何形状之间的能量传递。 联合换热分析: 针对实际设备(如散热器、热交换器),本章通过求解包含导热、对流和辐射项的复杂边界值问题,演示如何进行综合的热量平衡计算,以确定设备的整体传热系数。 --- 第四部分:高级主题与工程优化 (Advanced Topics and Engineering Optimization) 本部分拓展视野,介绍与现代机械系统设计紧密相关的进阶理论。 章节未命名(高级传热与优化): 本章聚焦于提升能量利用效率和系统性能的先进方法。 热交换器设计: 详细分析了并流、逆流和错流式换热器的平均温度差法(LMTD)和NTU-ε法,并结合实际的流体流动阻力,指导工程人员进行高效能热交换器的选型和布局优化。 系统可靠性与寿命预测: 结合材料力学和热力学知识,引入疲劳累积损伤理论(如Miner法则)和蠕变寿命评估,用以指导高温高压机械部件的服役寿命预测。 数值方法在工程中的应用: 简要介绍有限差分法(FDM)和有限元法(FEM)在求解复杂边界条件下的非线性应力、温度场问题的基本流程和精度控制方法,强调理论与仿真工具的结合。 --- 全书内容横跨三大基础学科,层层递进,确保读者不仅掌握了基础公式和原理,更能理解这些理论在复杂工程问题求解中的内在联系和应用潜力。附录部分提供了常用的物性数据表和标准工程公式集的速查手册。