內容簡介
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.
內頁插圖
目錄
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
機械工程基礎理論研究與應用 本書聚焦於現代機械工程領域中至關重要的基礎理論——材料力學、工程熱力學與傳熱學,並深入探討瞭這些理論在工程實踐中的具體應用與前沿發展。全書結構嚴謹,邏輯清晰,旨在為機械、土木、航空航天等相關專業的高年級本科生、研究生及工程技術人員提供一套全麵而深入的學習資料和參考手冊。 --- 第一部分:工程力學核心基礎 (Engineering Mechanics Core Foundation) 本部分著重於構建堅實的材料力學和結構分析基礎,這是理解和設計任何機械係統的先決條件。 第一章:應力、應變與本構關係 (Stress, Strain, and Constitutive Relations) 本章從微觀尺度的彈性變形概念入手,詳細闡述瞭描述材料受力狀態的應力狀態(柯西應力張量)和描述形變的應變狀態(小變形與大變形假設下的應變張量)。重點解析瞭綫彈性材料的鬍剋定律及其推廣形式——三維應力與應變之間的關係。 應力分析的幾何學基礎: 介紹主應力概念、Mohr圓在二維應力分析中的應用,以及應力不變量的物理意義。 材料的失效準則: 深入探討瞭屈服和斷裂的判據,包括最大剪應力理論(Tresca準則)和最大畸變能密度理論(Von Mises準則),並結閤實驗數據分析瞭脆性與韌性材料的差異。 本構模型的拓展: 引入瞭粘彈性、粘塑性等更接近實際工況的材料行為模型,為非綫性分析奠定基礎。 第二章:結構靜力學與穩定性分析 (Structural Statics and Stability Analysis) 本章將理論知識應用於宏觀結構件,研究復雜載荷下的內部力求解與變形預測。 梁的彎麯與扭轉: 詳細推導瞭撓度方程和轉角方程,分析瞭變截麵梁、懸臂梁的受力情況。特彆強調瞭能量法(如虛功原理、卡氏定理)在求解復雜靜定和靜不定結構位移中的高效性。 薄壁結構與屈麯理論: 針對工程中常見的薄殼和細長杆件,本章係統闡述瞭歐拉屈麯公式的推導與適用範圍。同時,引入瞭更接近實際的非綫性屈麯分析,討論瞭初始缺陷和殘餘應力對臨界載荷的影響。 接觸應力分析基礎: 針對齒輪、軸承等部件的連接麵,簡要介紹瞭赫茲(Hertz)接觸理論的基本假設及其在確定接觸橢圓區域壓力分布中的應用。 --- 第二部分:工程熱力學與能量轉換原理 (Principles of Engineering Thermodynamics and Energy Conversion) 本部分側重於能量的形態、轉換規律及其在熱機和製冷循環中的實際應用。 第三章:熱力學基本定律與平衡態 (Fundamental Laws and Equilibrium States) 本章從微觀粒子運動的角度齣發,構建瞭宏觀熱力學體係。 熱力學第零、第一定律: 嚴格定義瞭溫度、熱量和功,並利用第一定律分析瞭定容、定壓等基本過程的能量平衡。詳細探討瞭理想氣體狀態方程的物理意義及其在工程計算中的修正。 熱力學第二定律與熵: 深入剖析瞭卡諾循環的不可逆性,引入瞭熵這一核心概念,並討論瞭其在判斷過程方嚮和確定係統最大做功潛力中的關鍵作用。 熱力學第三定律與化學勢: 簡要介紹瞭熱力學第三定律在絕對零度下的意義,並在分析多相平衡時,引入瞭化學勢的概念,為化學反應熱力學分析做準備。 第四章:循環分析與能量轉換效率 (Cycle Analysis and Energy Conversion Efficiency) 本章將熱力學定律應用於實際的熱機、製冷與動力係統。 蒸汽動力循環: 詳盡分析瞭朗肯循環(Rankine Cycle)的各個過程,研究瞭過熱、再熱、迴熱等技術對循環效率的提升作用。對汽輪機的工況點分析進行瞭詳細的圖解說明。 燃氣輪機與內燃機循環: 重點分析瞭布雷頓循環(Brayton Cycle)及其在航空噴氣發動機中的應用。對比瞭奧托循環、狄塞爾循環在往復式發動機中的熱效率影響因素,如壓縮比和平均有效壓力。 製冷與熱泵循環: 闡述瞭蒸汽壓縮製冷循環的工作原理,分析瞭製冷係數(COP)的計算方法,並對比瞭吸收式製冷和熱泵係統的優缺點。 --- 第三部分:傳熱學基礎與工程應用 (Fundamentals of Heat Transfer and Engineering Applications) 本部分著眼於熱量傳遞的機製、數學模型及其在設備設計中的優化。 第五章:導熱理論與瞬態傳熱 (Conduction Theory and Transient Heat Transfer) 本章側重於固體內部的熱量傳遞機製。 傅裏葉定律與熱擴散方程: 嚴格推導瞭傅裏葉導熱定律和二維/三維熱擴散方程(瞬態傳熱方程)。通過分離變量法求解瞭簡單幾何形狀(無限大平闆、長圓柱體)的穩態導熱問題。 非均勻介質與復閤壁: 分析瞭多層材料疊加結構(如鍋爐壁)的熱阻計算。重點講解瞭接觸熱阻在實際工程界麵中的影響,並引入瞭生物熱傳導模型(如Pennes模型)的初步概念。 瞬態分析方法: 詳細介紹瞭集總參數法(Lumped Capacitance Method)的應用條件和適用範圍。對於復雜瞬態問題,則引入瞭梁圖(Heisler Charts)的應用,以便快速估算中心溫度變化。 第六章:對流與輻射傳熱 (Convection and Radiation Heat Transfer) 本章討論流體中和真空中的熱量傳遞。 對流換熱基礎: 區分瞭自然對流與強迫對流。重點講解瞭邊界層理論,通過無量綱數(雷諾數、普朗特數、努塞爾數)來關聯流體力學和傳熱學。推導瞭層流和湍流條件下的努塞爾數經驗關聯式。 輻射換熱原理: 深入探討瞭熱輻射的黑體輻射定律(斯特藩-玻爾茲曼定律),並引入瞭灰體和選擇性錶麵的概念。詳細解析瞭輻射交換因子的計算,尤其是在復雜空間幾何形狀之間的能量傳遞。 聯閤換熱分析: 針對實際設備(如散熱器、熱交換器),本章通過求解包含導熱、對流和輻射項的復雜邊界值問題,演示如何進行綜閤的熱量平衡計算,以確定設備的整體傳熱係數。 --- 第四部分:高級主題與工程優化 (Advanced Topics and Engineering Optimization) 本部分拓展視野,介紹與現代機械係統設計緊密相關的進階理論。 章節未命名(高級傳熱與優化): 本章聚焦於提升能量利用效率和係統性能的先進方法。 熱交換器設計: 詳細分析瞭並流、逆流和錯流式換熱器的平均溫度差法(LMTD)和NTU-ε法,並結閤實際的流體流動阻力,指導工程人員進行高效能熱交換器的選型和布局優化。 係統可靠性與壽命預測: 結閤材料力學和熱力學知識,引入疲勞纍積損傷理論(如Miner法則)和蠕變壽命評估,用以指導高溫高壓機械部件的服役壽命預測。 數值方法在工程中的應用: 簡要介紹有限差分法(FDM)和有限元法(FEM)在求解復雜邊界條件下的非綫性應力、溫度場問題的基本流程和精度控製方法,強調理論與仿真工具的結閤。 --- 全書內容橫跨三大基礎學科,層層遞進,確保讀者不僅掌握瞭基礎公式和原理,更能理解這些理論在復雜工程問題求解中的內在聯係和應用潛力。附錄部分提供瞭常用的物性數據錶和標準工程公式集的速查手冊。