机械设计手册 第6版 第5卷

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闻邦椿 著
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出版社: 机械工业出版社
ISBN:9787111583455
版次:6
商品编码:12309421
品牌:机工出版
包装:精装
开本:16开
出版时间:2018-03-01
用纸:胶版纸

具体描述

产品特色


内容简介

本版手册是在前5版手册的基础上吸收并总结了国内外机械工程设计领域中的新标准、新材料、新工艺、新结构、新技术、新产品、新设计理论与方法,并配合我国创新驱动战略的需求撰写而成的。本版手册全面系统地介绍了常规设计、机电一体化设计、机电系统控制、现代设计与创新设计方法及其应用等内容,具有体系新颖、内容现代、凸显创新、系统全面、信息量大、实用可靠及简明便查等特点。

本版手册分为7卷55篇,内容有:机械设计基础资料、机械零部件设计(连接、紧固与传动)、机械零部件设计(轴系、支承与其他)、流体传动与控制、机电一体化与控制技术、现代设计与创新设计等。

本卷为第5卷,主要内容有:机电一体化技术及设计,机电系统控制,机器人与机器人装备,数控技术,微机电系统及设计,机械状态监测与故障诊断技术,激光及其在机械工程中的应用,电动机、电器与常用传感器等。

本版手册可供从事机械设计、制造、维修及相关工程技术人员作为工具书使用,也可供大专院校的相关专业师生使用和参考。


目录

目 录

第24篇 机电一体化技术及设计

第1章 机电一体化概述

1 机电一体化概念 24-3

1.1 机电一体化的基本概念 24-3

1.2 机电一体化技术的发展 24-3

1.3 机电一体化系统的构成 24-4

1.4 机电一体化的意义 24-5

2 机电一体化技术的分类 24-5

2.1 机电一体化技术的分类依据 24-5

2.2 机械制造过程的机电一体化 24-6

2.3 机电产品的机电一体化 24-7

3 机电一体化的相关技术 24-7

4 机电一体化设计方法 24-8

4.1 模块化设计方法 24-8

4.2 柔性化设计方法 24-8

4.3 取代设计方法 24-8

4.4 融合设计方法 24-9

4.5 优化设计方法 24-9

4.5.1 机械技术和电子技术的综合与优化 24-9

4.5.2 硬件和软件的交叉与优化 24-9

4.5.3 机电一体化产品的整体优化 24-10

5 机电一体化系统的设计流程 24-10

第2章 基于工业控制机的控制器及其设计

1 工业控制机的种类与选择 24-12

1.1 工业控制机概述 24-12

1.2 工业控制机的分类 24-12

1.2.1 按工业控制机的总线分类 24-12

1.2.2 按工业控制机结构型式分类 24-13

1.3 工业控制机的选择 24-13

2 工业控制机的总线 24-14

2.1 总线概述 24-14

2.2 STD总线 24-14

2.3 ISA总线 24-15

2.4 PCI总线 24-16

2.5 cPCI总线 24-17

2.6 PCI-E总线 24-18

2.7 现场总线 24-20

3 工业控制机常用的功能模块 24-22

3.1 数据采集卡 24-22

3.2 远程I/O模块 24-23

3.3 通信模板 24-24

3.4 信号调理模板 24-24

3.5 运动控制器 24-25

第3章 可编程序控制器

1 可编程序控制器概述 24-28

1.1 可编程序控制器的发展概况 24-28

1.2 可编程序控制器的特点和应用 24-28

1.2.1 PLC的主要特点 24-28

1.2.2 可编程序控制器与其他工业控制系统的比较 24-29

1.2.3 PLC的应用范围 24-29

1.3 可编程序控制器的发展趋势 24-30

2 可编程序控制器的基本组成和工作原理 24-30

2.1 可编程序控制器的基本组成 24-30

2.1.1 中央处理单元(CPU) 24-31

2.1.2 存储器 24-31

2.1.3 输入/输出模块 24-32

2.1.4 编程器 24-32

2.1.5 人机界面 24-32

2.2 可编程序控制器的工作原理 24-32

2.2.1 循环扫描工作方式 24-32

2.2.2 可编程序控制器的工作过程 24-33

2.3 输入/输出接口模块 24-33

2.3.1 数字量输入、输出模块 24-33

2.3.2 模拟量输入、输出模块 24-34

2.4 智能模块 24-36

2.5 远程I/O 24-37

2.6 可编程序控制器的编程语言 24-39

2.6.1 梯形图语言 24-39

2.6.2 顺序功能图语言 24-39

2.6.3 功能块图 24-42

2.6.4 指令表 24-42

2.6.5 结构化文本 24-42

3 可编程序控制器的生产厂家及产品介绍 24-42

3.1 德国西门子(SIEMENS)公司 24-42

3.2 美国罗克韦尔公司的AB PLC 24-42

3.3 日本立石(OMRON,欧姆龙)公司 24-43

3.4 其他PLC公司 24-43

4 可编程序控制器应用系统设计的内容和步骤 24-43

4.1 PLC应用系统设计的内容和步骤 24-43

4.2 PLC应用系统的硬件设计 24-43

4.2.1 PLC的型号选择 24-43

4.2.2 I/O模块的选择 24-43

4.2.3 电源选择 24-44

4.3 PLC的应用软件设计 24-44

4.4 PLC的应用实例———自动搬运机械手 24-44

第4章 基于单片机的控制器及其设计

1 单片机的硬件结构 24-46

1.1 单片机的基本结构 24-46

1.2 单片机的微处理器 24-46

1.3 MCS-51的存储器 24-47

1.3.1 程序存储器 24-47

1.3.2 数据存储器 24-47

1.4 MCS-51的并行口和串行口 24-48

1.4.1 并行口 24-48

1.4.2 串行口 24-48

1.5 MCS-51的定时器 24-48

1.5.1 方式控制寄存器TMOD 24-48

1.5.2 定时器控制寄存器TCON 24-49

1.6 MCS-51的中断系统及其控制 24-49

2 常用单片机的厂家及产品介绍 24-50

2.1 4位单片机 24-50

2.2 8位单片机 24-50

2.3 16位单片机 24-52

2.4 32位单片机 24-52

3 单片机的编程语言 24-52

3.1 单片机编程语言的分类 24-52

3.2 MCS-51单片机指令系统 24-53

3.3 PIC单片机指令系统简介 24-54

4 控制器的硬件系统设计 24-56

4.1 单片机存储器的扩展 24-56

4.1.1 扩展程序存储器的设计 24-56

4.1.2 扩展数据存储器的设计 24-57

4.2 单片机常用并行接口电路 24-59

4.3 单片机的人机接口设计 24-61

4.3.1 单片机系统的输入装置 24-61

4.3.2 单片机系统的显示装置 24-63

4.4 D/A转换器及其接口电路 24-64

4.5 A/D转换器及其接口电路 24-65

4.6 MCS-51单片机与外围电路的匹配技术 24-67

4.6.1 集成逻辑门的负载能力 24-68

4.6.2 单片机系统常用集成电路的驱动能力 24-68

4.6.3 单片机控制系统电平匹配举例 24-68

第5章 传感器及其接口设计

1 传感器概述 24-70

1.1 传感器的概念 24-70

1.2 传感器的特性和技术指标 24-70

1.2.1 传感器的静态特性 24-70

1.2.2 传感器的动态特性 24-71

1.2.3 传感器的性能指标 24-71

2 几类传感器的主要性能及优缺点 24-72

3 机电一体化中常用传感器 24-75

3.1 电位器 24-75

3.2 光栅 24-75

3.3 编码器 24-76

3.4 测速发电机 24-76

3.5 压电加速度传感器 24-77

3.6 超声波距离传感器 24-77

4 传感器的选用原则及注意事项 24-78

5 传感器与计算机的接口设计 24-79

第6章 常用的传动部件与执行机构

1 机械传动部件及其功能要求 24-83

1.1 齿轮传动 24-84

1.1.1 齿轮传动分类及选用 24-84

1.1.2 齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择 24-84

1.1.3 齿轮传动间隙的调整方法 24-86

1.1.4 谐波齿轮传动 24-87

1.2 滚珠螺旋传动 24-88

1.2.1 滚珠螺旋的传动原理 24-88

1.2.2 滚动螺旋副支承方式的选择 24-91

1.2.3 滚动螺旋副的密封与润滑 24-91

1.2.4 滚动螺旋副的选择方法 24-92

1.3 挠性传动 24-92

1.3.1 平带传动 24-92

1.3.2 绳传动 24-92

1.3.3 链传动 24-93

1.3.4 同步带传动 24-94

2 导向支承部件的结构型式选择 24-94

2.1 导轨副的组成、种类 24-94

2.2 滑动导轨 24-96

2.3 静压导轨 24-99

2.4 滚动导轨 24-101

3 旋转支承的类型与选择 24-103

3.1 旋转支承的种类及基本要求 24-103

3.2 圆柱支承 24-103

3.3 圆锥支承 24-103

3.4 填入式滚动支承 24-104

4 轴系部件的设计与选择 24-105

4.1 轴系设计的基本要求 24-105

4.2 轴(主轴)系用轴承的类型与选择 24-105

4.3 提高轴系性能的措施 24-107

5 常用执行机构 24-108

5.1 连杆机构 24-108

5.2 凸轮机构 24-108

5.3 间歇机构 24-109

第7章 常用控制用电动机及其驱动

1 对控制用电动机的基本要求 24-112

2 控制用电动机的种类、特点及选用 24-112

3 直流伺服(DC)电动机与驱动 24-113

3.1 直流电动机调速原理及调速特性 24-113

3.2 永磁直流电动机伺服系统 24-113

3.3 直流伺服电动机驱动 24-114

4 交流伺服电动机与驱动 24-116

4.1 交流异步电动机 24-116

4.1.1 工作原理 24-116

4.1.2 异步电动机的运行特性 24-117

4.1.3 性能指标 24-117

4.1.4 交流异步伺服电动机的驱动与控制 24-117

4.2 交流同步电动机 24-119

4.2.1 同步电动机工作原理 24-119

4.2.2 等效电路 24-120

4.2.3 交流同步电动机的运行特性 24-121

4.2.4 同步电动机的控制 24-121

4.3 交流伺服电动机常用电力电子器件 24-123

5 步进电动机与驱动 24-124

5.1 步进电动机分类 24-124

5.2 步进电动机工作原理 24-125

5.3 步进电动机驱动与控制 24-125

5.3.1 脉冲分配器 24-125

5.3.2 功率放大器 24-126

第8章 机电一体化设计实例

1 振幅定值控制电磁振动给料机 24-129

1.1 电磁振动给料机的工作原理 24-129

1.2 溜槽式固体流量计工作原理 24-129

1.3 对控制系统的技术要求 24-130

1.4 电磁振动定量给料控制系统的方案确定 24-130

1.4.1 CPU选择 24-130

1.4.2 输入输出接口的配置 24-130

1.4.3 键盘显示器 24-130

1.4.4 串行通信 24-130

1.4.5 系统电源 24-131

2 电子传送带配料秤 24-131

2.1 传送带配料秤的工作原理 24-131

2.2 传送带配料秤监控仪的技术要求 24-131

2.3 监控仪的硬件结构及其组成电路 24-132

2.4 系统软件设计 24-132

3 立式包装机 24-134

3.1 立式连续制袋三边封口包装机工作原理 24-134

3.2 立式包装机技术要求 24-135

3.3 传动系统及电控原理 24-135

4 电动喷砂机器人 24-137

4.1 机器人机构原理 24-137

4.2 控制系统 24-137

4.3 机器人规格参数 24-138

4.4 控制算法简介 24-138

5 XH714立式加工中心 24-139

5.1 机床简介 24-139

5.2 数控系统 24-140

5.3 伺服系统 24-141

5.4 I/O控制 24-142

5.5 电源 24-145

6 综合实例:液压挖掘机器人 24-145

6.1 全液压挖掘机器人的功能需求及开发流程 24-145

6.2 电液系统的设计与改造 24-145

6.3 基于xPC Target的控制平台 24-147

6.3.1 实时工具RTW 24-148

6.3.2 xPC Target控制平台 24-148

6.3.3 挖掘机器人挖沟目标的实现 24-149

参考文献 24-151


前言/序言

前言

本版手册为新出版的第6版七卷本《机械设计手册》。由于科学技术的快速发展,需要我们对手册内容进行更新,增加新的科技内容,以满足广大读者的迫切需要。

《机械设计手册》自1991年面世发行以来,历经5次修订,截至2016年已累计发行38万套。作为国家级重点科技图书的《机械设计手册》,深受社会各界的重视和好评,在全国具有很大的影响力,该手册曾获得全国优秀科技图书奖二等奖(1995年)、机械工业部科技进步奖二等奖(1997年)、机械工业科学技术奖一等奖(2011年)、中国出版政府奖提名奖(2013年),并多次获得全国科技畅销书奖等奖项。1994年,《机械设计手册》曾在我国台湾建宏出版社出版发行,并在海内外产生了广泛的影响。《机械设计手册》荣获的一系列国家和部级奖项表明,其具有很高的科学价值、实用价值和文化价值。《机械设计手册》已成为机械设计领域的一部大型品牌工具书,已成为机械工程领域权威的和影响力较大的大型工具书,长期以来,它为我国装备制造业的发展做出了巨大贡献。

第5版《机械设计手册》出版发行至今已有7年时间,这期间我国国民经济有了很大发展,国家制定了《国家创新驱动发展战略纲要》,其中把创新驱动发展作为了国家的优先战略。因此,《机械设计手册》第6版修订工作的指导思想除努力贯彻“科学性、先进性、创新性、实用性、可靠性”外,更加突出了“创新性”,以全力配合我国“创新驱动发展战略”的重大需求,为实现我国建设创新型国家和科技强国梦做出贡献。

在本版手册的修订过程中,广泛调研了厂矿企业、设计院、科研院所和高等院校等多方面的使用情况和意见。对机械设计的基础内容、经典内容和传统内容,从取材、产品及其零部件的设计方法与计算流程、设计实例等多方面进行了深入系统的整合,同时,还全面总结了当前国内外机械设计的新理论、新方法、新材料、新工艺、新结构、新产品和新技术,特别是在现代设计与创新设计理论与方法、机电一体化及机械系统控制技术等方面做了系统和全面的论述和凝炼。相信本版手册会以崭新的面貌展现在广大读者面前,它将对提高我国机械产品的设计水平、推进新产品的研究与开发、老产品的改造,以及产品的引进、消化、吸收和再创新,进而促进我国由制造大国向制造强国跃升,发挥出巨大的作用。

本版手册分为7卷55篇:第1卷 机械设计基础资料;第2卷 机械零部件设计(连接、紧固与传动);第3卷 机械零部件设计(轴系、支承与其他);第4卷 流体传动与控制;第5卷 机电一体化与控制技术;第6卷 现代设计与创新设计(一);第7卷 现代设计与创新设计(二)。

本版手册有以下七大特点:

一、构建新体系

构建了科学、先进、实用、适应现代机械设计创新潮流的《机械设计手册》新结构体系。该体系层次为:机械基础、常规设计、机电一体化设计与控制技术、现代设计与创新设计方法。该体系的特点是:常规设计方法与现代设计方法互相融合,光、机、电设计融为一体,局部的零部件设计与系统化设计互相衔接,并努力将创新设计的理念贯穿于常规设计与现代设计之中。

二、凸显创新性

习近平总书记在2014年6月和2016年5月召开的中国科学院、中国工程院两院院士大会上分别提出了我国科技发展的方向就是“创新、创新、再创新”,以及实现创新型国家和科技强国的三个阶段的目标和五项具体工作。为了配合我国创新驱动发展战略的重大需求,本版手册突出了机械创新设计内容的编写,主要有以下几个方面:

(1)新增第7卷,重点介绍了创新设计及与创新设计有关的内容。

该卷主要内容有:机械创新设计概论,创新设计方法论,顶层设计原理、方法与应用,创新原理、思维、方法与应用,绿色设计与和谐设计,智能设计,仿生机械设计,互联网上的合作设计,工业通信网络,面向机械工程领域的大数据、云计算与物联网技术,3D打印设计与制造技术,系统化设计理论与方法。

(2)在一些篇章编入了创新设计和多种典型机械创新设计的内容。

“第11篇 机构设计”篇新增加了“机构创新设计”一章,该章编入了机构创新设计的原理、方法及飞剪机剪切机构创新设计,大型空间折展机构创新设计等多个创新设计的案例。典型机械的创新设计有大型全断面掘进机(盾构机)仿真分析与数字化设计、机器人挖掘机的机电一体化创新设计、节能抽油机的创新设计、产品包装生产线的机构方案创新设计等。

(3)编入了一大批典型的创新机械产品。

“机械无级变速器”一章中编入了新型金属带式无级变速器,“并联机构的设计与应用”一章中编入了数十个新型的并联机床产品,“振动的利用”一章中新编入了激振器偏移式自同步振动筛、惯性共振式振动筛、振动压路机等十多个典型的创新机械产品。这些产品有的获得了国家或省部级奖励,有的是专利产品。

(4)编入了机械设计理论和设计方法论等方面的创新研究成果。

1)闻邦椿院士团队经过长期研究,在国际上首先创建了振动利用工程学科,提出了该类机械设计理论和方法。本版手册中编入了相关内容和实例。

2)根据多年的研究,提出了以非线性动力学理论为基础的深层次的动态设计理论与方法。本版手册首次编入了该方法并列举了若干应用范例。

3)首先提出了和谐设计的新概念和新内容,阐明了自然环境、社会环境(政治环境、经济环境、人文环境、国际环境、国内环境)、技术环境、资金环境、法律环境下的产品和谐设计的概念和内容的新体系,把既有的绿色设计篇拓展为绿色设计与和谐设计篇。

4)全面系统地阐述了产品系统化设计的理论和方法,提出了产品设计的总体目标、广义目标和技术目标的内涵,提出了应该用IQCTES六项设计要求来代替QCTES五项要求,详细阐明了设计的四个理想步骤,即“3I调研”“7D规划”“1+3+X实施”“5(A+C)检验”,明确提出了产品系统化设计的基本内容是主辅功能、三大性能和特殊性能要求的具体实现。

5)本版手册引入了闻邦椿院士经过长期实践总结出的独特的、科学的创新设计方法论体系和规则,用来指导产品设计,并提出了创新设计方法论的运用可向智能化方向发展,即采用专家系统来完成。

三、坚持科学性

手册的科学水平是评价手册编写质量的重要方面,因此,本版手册特别强调突出内容的科学性。

(1)本版手册努力贯彻科学发展观及科学方法论的指导思想和方法,并将其落实到手册内容的编写中,特别是在产品设计理论方法的和谐设计、深层次设计及系统化设计的编写中。

(2)本版手册中的许多内容是编著者多年研究成果的科学总结。这些内容中有不少是国家863、973计划项目,国家科研重大专项,国家自然科学基金重大、重点和面上项目资助项目的研究成果,有不少成果曾获得国际、国家、部委、省市科技奖励及技术专利,充分体现了本版手册内容的重大科学价值与创新性。

下面简要介绍本版手册编入的几方面的重要研究成果:

1)振动利用工程新学科是闻邦椿院士团队经过长期研究在国际上首先创建的。本版手册中编入了振动利用机械的设计理论、方法和范例。

2)产品系统化设计理论与方法的体系和内容是闻邦椿院士团队提出并加以完善的,编写者依据多年的研究成果和系列专著,经综合整理后首次编入本版手册。

3)仿生机械设计是一门新兴的综合性交叉学科,近年来得到了快速发展,它为机械设计的创新提供了新思路、新理论和新方法。吉林大学任露泉院士领导的工程仿生教育部重点实验室开展了大量的深入研究工作,取得了一系列创新成果且出版了专著,据此并结合国内外大量较新的文献资料,为本版手册构建了仿生机械设计的新体系,编写了“仿生机械设计”篇(第50篇)。

4)激光及其在机械工程中的应用篇是中国科学院长春光学精密机械与物理研究所王立军院士依据多年的研究成果,并参考国内外大量较新的文献资料编写而成的。

5)绿色制造工程是国家确立的五项重大工程之一,绿色设计是绿色制造工程的最重要环节,是一个新的学科。合肥工业大学刘志峰教授依据在绿色设计方面获多项国家和省部级奖励的研究成果,参考国内外大量较新的文献资料为本版手册首次构建了绿色设计新体系,编写了“绿色设计与和谐设计”篇(第48篇)。

6)微机电系统及设计是前沿的新技术。东南大学黄庆安教授领导的微电子机械系统教育部重点实验室多年来开展了大量研究工作,取得了一系列创新研究成果,本版手册的“微机电系统及设计”篇(第28篇)就是依据这些成果和国内外大量较新的文献资料编写而成的。

四、重视先进性

(1)本版手册对机械基础设计和常规设计的内容做了大规模全面修订,编入了大量新标准、新材料、新结构、新工艺、新产品、新技术、新设计理论和计算方法等。

1)编入和更新了产品设计中需要的大量国家标准,仅机械工程材料篇就更新了标准126个,如GB/T 699—2015《优质碳素结构钢》和GB/T 3077—2015《合金结构钢》等。

2)在新材料方面,充实并完善了铝及铝合金、钛及钛合金、镁及镁合金等内容。这些材料由于具有优良的力学性能、物理性能以及回收率高等优点,目前广泛应用于航空、航天、高铁、计算机、通信元件、电子产品、纺织和印刷等行业。增加了国内外粉末冶金材料的新品种,如美国、德国和日本等国家的各种粉末冶金材料。充实了国内外工程塑料及复合材料的新品种。

3)新编的“机械零部件结构设计”篇(第4篇),依据11个结构设计方面的基本要求,编写了相应的内容,并编入了结构设计的评估体系和减速器结构设计、滚动轴承部件结构设计的示例。

4)按照GB/T 3480.1~3—2013(报批稿)、GB/T 10062.1~3—2003及ISO 6336—2006等新标准,重新构建了更加完善的渐开线圆柱齿轮传动和锥齿轮传动的设计计算新体系;按照初步确定尺寸的简化计算、简化疲劳强度校核计算、一般疲劳强度校核计算,编排了三种设计计算方法,以满足不同场合、不同要求的齿轮设计。

5)在“第4卷 流体传动与控制”卷中,编入了一大批国内外知名品牌的新标准、新结构、新产品、新技术和新设计计算方法。在“液力传动”篇(第23篇)中新增加了液黏传动,它是一种新型的液力传动。

(2)“第5卷 机电一体化与控制技术”卷充实了智能控制及专家系统的内容,大篇幅增加了机器人与机器人装备的内容。

机器人是机电一体化特征最为显著的现代机械系统,机器人技术是智能制造的关键技术。由于智能制造的迅速发展,近年来机器人产业呈现出高速发展的态势。为此,本版手册大篇幅增加了“机器人与机器人装备”篇(第26篇)的内容。该篇从实用性的角度,编写了串联机器人、并联机器人、轮式机器人、机器人工装夹具及变位机;编入了机器人的驱动、控制、传感、视角和人工智能等共性技术;结合喷涂、搬运、电焊、冲压及压铸等工艺,介绍了机器人的典型应用实例;介绍了服务机器人技术的新进展。

(3)为了配合我国创新驱动战略的重大需求,本版手册扩大了创新设计的篇数,将原第6卷扩编为两卷,即新的“现代设计与创新设计(一)”(第6卷)和“现代设计与创新设计(二)”(第7卷)。前者保留了原第6卷的主要内容,后者编入了创新设计和与创新设计有关的内容及一些前沿的技术内容。

本版手册“现代设计与创新设计(一)”卷(第6卷)的重点内容和新增内容主要有:

1)在“现代设计理论与方法综述”篇(第32篇)中,简要介绍了机械制造技术发展总趋势、在国际上有影响的主要设计理论与方法、产品研究与开发的一般过程和关键技术、现代设计理论的发展和根据不同的设计目标对设计理论与方法的选用。闻邦椿院士在国内外首次按照系统工程原理,对产品的现代设计方法做了科学分类,克服了目前产品设计方法的论述缺乏系统性的不足。

2)新编了“数字化设计”篇(第40篇)。数字化设计是智能制造的重要手段,并呈现应用日益广泛、发展更加深刻的趋势。本篇编入了数字化技术及其相关技术、计算机图形学基础、产品的数字化建模、数字化仿真与分析、逆向工程与快速原型制造、协同设计、虚拟设计等内容,并编入了大型全断面掘进机(盾构机)的数字化仿真分析和数字化设计、摩托车逆向工程设计等多个实例。

3)新编了“试验优化设计”篇(第41篇)。试验是保证产品性能与质量的重要手段。本篇以新的视觉优化设计构建了试验设计的新体系、全新内容,主要包括正交试验、试验干扰控制、正交试验的结果分析、稳健试验设计、广义试验设计、回归设计、混料回归设计、试验优化分析及试验优化设计常用软件等。

4)将手册第5版的“造型设计与人机工程”篇改编为“工业设计与人机工程”篇(第42篇),引入了工业设计的相关理论及新的理念,主要有品牌设计与产品识别系统(PIS)设计、通用设计、交互设计、系统设计、服务设计等,并编入了机器人的产品系统设计分析及自行车的人机系统设计等典型案例。

(4)“现代设计与创新设计(二)”卷(第7卷)主要编入了创新设计和与创新设计有关的内容及一些前沿技术内容,其重点内容和新编内容有:

1)新编了“机械创新设计概论”篇(第44篇)。该篇主要编入了创新是我国科技和经济发展的重要战略、创新设计的发展与现状、创新设计的指导思想与目标、创新设计的内容与方法、创新设计的未来发展战略、创新设计方法论的体系和规则等。

2)新编了“创新设计方法论”篇(第45篇)。该篇为创新设计提供了正确的指导思想和方法,主要编入了创新设计方法论的体系、规则,创新设计的目的、要求、内容、步骤、程序及科学方法,创新设计工作者或团队的四项潜能,创新设计客观因素的影响及动态因素的作用,用科学哲学思想来统领创新设计工作,创新设计方法论的应用,创新设计方法论应用的智能化及专家系统,创新设计的关键因素及制约的因素分析等内容。

3)创新设计是提高机械产品竞争力的重要手段和方法,大力发展创新设计对我国国民经济发展具有重要的战略意义。为此,编写了“创新原理、思维、方法与应用”篇(第47篇)。除编入了创新思维、原理和方法,创新设计的基本理论和创新的系统化设计方法外,还编入了29种创新思维方法、30种创新技术、40种发明创造原理,列举了大量的应用范例,为引领机械创新设计做出了示范。

4)绿色设计是实现低资源消耗、低环境污染、低碳经济的保护环境和资源合理利用的重要技术政策。本版手册中编入了“绿色设计与和谐设计”篇(第48篇)。该篇系统地论述了绿色设计的概念、理论、方法及其关键技术。编者结合多年的研究实践,并参考了大量的国内外文献及较新的研究成果,首次构建了系统实用的绿色设计的完整体系,包括绿色材料选择、拆卸回收产品设计、包装设计、节能设计、绿色设计体系与评估方法,并给出了系列典型范例,这些对推动工程绿色设计的普遍实施具有重要的指引和示范作用。

5)仿生机械设计是一门新兴的综合性交叉学科,本版手册新编入了“仿生机械设计”篇(第50篇),包括仿生机械设计的原理、方法、步骤,仿生机械设计的生物模本,仿生机械形态与结构设计,仿生机械运动学设计,仿生机构设计,并结合仿生行走、飞行、游走、运动及生机电仿生手臂,编入了多个仿生机械设计范例。

6)第55篇为“系统化设计理论与方法”篇。装备制造机械产品的大型化、复杂化、信息化程度越来越高,对设计方法的科学性、全面性、深刻性、系统性提出的要求也越来越高,为了满足我国制造强国的重大需要,亟待创建一种能统领产品设计全局的先进设计方法。该方法已经在我国许多重要机械产品(如动车、大型离心压缩机等)中成功应用,并获得重大的社会效益和经济效益。本版手册对该系统化设计方法做了系统论述并给出了大型综合应用实例,相信该系统化设计方法对我国大型、复杂、现代化机械产品的设计具有重要的指导和示范作用。

7)本版手册第7卷还编入了与创新设计有关的其他多篇现代化设计方法及前沿新技术,包括顶层设计原理、方法与应用,智能设计,互联网上的合作设计,工业通信网络,面向机械工程领域的大数据、云计算与物联网技术,3D打印设计与制造技术等。

五、突出实用性

为了方便产品设计者使用和参考,本版手册对每种机械零部件和产品均给出了具体应用,并给出了选用方法或设计方法、设计步骤及应用范例,有的给出了零部件的生产企业,以加强实际设计的指导和应用。本版手册的编排尽量采用表格化、框图化等形式来表达产品设计所需要的内容和资料,使其更加简明、便查;对各种标准采用摘编、数据合并、改排和格式统一等方法进行改编,使其更为规范和便于读者使用。

六、保证可靠性

编入本版手册的资料尽可能取自原始资料,重要的资料均注明来源,以保证其可靠性。所有数据、公式、图表力求准确可靠,方法、工艺、技术力求成熟。所有材料、零部件、产品和工艺标准均采用新公布的标准资料,并且在编入时做到认真核对以避免差错。所有计算公式、计算参数和计算方法都经过长期检验,各种算例、设计实例均来自工程实际,并经过认真的计算,以确保可靠。本版手册编入的各种通用的及标准化的产品均说明其特点及适用情况,并注明生产厂家,供设计人员全面了解情况后选用。

七、保证高质量和权威性

本版手册主编单位东北大学是国家211、985重点大学、“重大机械关键设计制造共性技术”985创新平台建设单位、2011国家钢铁共性技术协同创新中心建设单位,建有“机械设计及理论国家重点学科”和“机械工程一级学科”。由东北大学机械及相关学科的老教授、老专家和中青年学术精英组成了实力强大的大型工具书编写团队骨干,以及一批来自国家重点高校、研究院所、大型企业等30多个单位、近200位专家、学者组成了高水平编审团队。编审团队成员的大多数都是所在领域的著名资深专家,他们具有深广的理论基础、丰富的机械设计工作经历、丰富的工具书编篡经验和执着的敬业精神,从而确保了本版手册的高质量和权威性。

在本版手册编写中,为便于协调,提高质量,加快编写进度,编审人员以东北大学的教师为主,并组织邀请了清华大学、上海交通大学、西安交通大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、吉林大学、天津大学、华中科技大学、北京科技大学、大连理工大学、东南大学、同济大学、重庆大学、北京化工大学、南京航空航天大学、上海师范大学、合肥工业大学、大连交通大学、长安大学、西安建筑科技大学、沈阳工业大学、沈阳航空航天大学、沈阳建筑大学、沈阳理工大学、沈阳化工大学、重庆理工大学、中国科学院长春精密机械及物理研究所、中国科学院沈阳自动化研究所等单位的专家、学者参加。

在本版手册出版之际,特向著名机械专家、本手册创始人、第1版及第2版的主编徐灏教授致以崇高的敬意,向历次版本副主编邱宣怀教授、蔡春源教授、严隽琪教授、林忠钦教授、余俊教授、汪恺总工程师、周士昌教授致以崇高的敬意,向参加本手册历次版本的编写单位和人员表示衷心感谢,向在本手册历次版本的编写、出版过程中给予大力支持的单位和社会各界朋友们表示衷心感谢,特别感谢机械科学研究总院、郑州机械研究所、徐州工程机械集团公司、北方重工集团沈阳重型机械集团有限责任公司和沈阳矿山机械集团有限责任公司、沈阳机床集团有限责任公司、沈阳鼓风机集团有限责任公司及辽宁省标准研究院等单位的大力支持。

由于编者水平有限,手册中难免有一些不尽如人意之处,殷切希望广大读者批评指正。

主编 闻邦椿



《机械设计手册 第6版 第5卷》是一部深入探讨机械工程领域核心知识的权威参考著作。本书并非涵盖所有机械设计相关的技术细节,而是聚焦于特定且关键的章节,为机械工程师、技术人员以及相关专业学生提供一份详尽且实用的指南。 本卷着重于机械设计中不可或缺的几个重要组成部分,特别是传动装置和动力传递系统的理论、设计、应用及失效分析。它系统地梳理了各种常见的机械传动形式,包括但不限于: 齿轮传动: 深入阐述了圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等不同类型齿轮的几何参数、啮合原理、强度计算(包括齿根弯曲强度和齿面接触强度)、疲劳寿命预测以及润滑与冷却等关键设计要素。手册详细列举了不同材料、精度等级下的设计规范和校核方法,并结合实际工程案例,指导读者如何根据载荷、速度、工作环境等选择最优的齿轮参数和结构形式。 带传动: 全面介绍了三角带、平带、同步带等传动方式的特性、选用原则、张紧计算、功率系数以及寿命估算。手册提供了详细的计算图表和公式,帮助读者精确计算带的长度、中心距、张紧力,并指导如何进行带轮的设计和安装。 链传动: 详细讲解了滚子链、齿形链等链传动的结构、传动比、许用载荷、链节强度计算以及润滑要求。手册强调了链传动在重载、低速、长距离传递动力时的优势,并提供了链轮的设计要点和链条的选型指南。 联轴器: 涵盖了各种类型的联轴器,如刚性联轴器、弹性联轴器、万向联轴器、齿轮联轴器等。手册详细分析了不同联轴器的结构特点、性能参数、适用范围、安装与维护要点,以及如何根据轴的对中精度、传递的转矩大小和工作条件进行合理选择。 其他动力传递装置: 本卷也可能涉及一些其他重要的动力传递形式,如摩擦轮传动、液力传动元件(如液力偶合器)等,并对其基本原理、设计计算和应用场景进行介绍。 除了以上传动装置的详尽介绍,本卷还可能深入探讨以下与动力传递系统密切相关的内容: 轴的设计与校核: 针对不同受力情况(如承受弯矩、扭矩、轴向力等)的轴,手册提供了详细的强度计算、刚度计算(包括临界转速的估算)、疲劳设计以及材料选择的指导。同时,也包括了轴的结构设计,如键槽、油孔、支撑结构等。 轴承的选择与应用: 详细介绍了滚动轴承(如深沟球轴承、调心球轴承、圆柱滚子轴承、调心滚子轴承、锥度滚子轴承、角接触球轴承等)和滑动轴承(如径向滑动轴承、推力滑动轴承)的结构、性能、工作原理、基本额定寿命计算、选择原则和安装维护。手册提供了大量选型表格和计算公式,以帮助工程师快速准确地选择满足工作要求的轴承。 润滑与密封技术: 阐述了各种润滑方式(如油润滑、脂润滑、固体润滑)的原理、选择以及润滑剂的性能要求。同时,也详细介绍了各种密封结构(如唇形密封、O形圈密封、迷宫密封、油封等)的设计原则、材料选择、失效模式和选型依据,以确保机械设备在运转过程中得到有效的润滑和防止介质的泄漏。 动力传递系统的可靠性与故障分析: 本卷强调了机械设备在实际运行中可能遇到的各种失效形式,如疲劳失效、磨损失效、腐蚀失效、塑性变形失效等。手册通过大量的案例分析,指导读者如何识别、诊断和预防机械故障,并提供了相关的维修和改进建议,以提高机械设备的整体可靠性和使用寿命。 《机械设计手册 第6版 第5卷》以其严谨的科学理论、丰富的工程数据、详实的计算方法和丰富的图表,成为机械工程师在实际工作中不可或缺的工具书。本书能够帮助读者深入理解机械传动和动力传递系统的设计原理,掌握相关的计算和选型技术,并有效解决实际工程中遇到的技术难题,最终设计出高效、可靠、经济的机械产品。

用户评价

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这本书的出现,真如同及时雨般滋润了我这片干涸已久的工程设计土壤。我是一名机械制造行业的资深工程师,从业近二十载,从学校毕业时手捧的泛黄的《机械设计手册》第一版,到如今这本崭新锃亮的第六版第五卷,每一次更新都伴随着我技术视野的拓展和工程经验的积累。这次拿到第五卷,我更是迫不及待地翻阅。虽然书名是“机械设计手册”,但第五卷的内容,它跳出了单纯的零件设计、材料选择的范畴,而是深入到了一些更宏观、更具系统性的工程问题。 比如,我尤其对其中关于“可靠性工程”和“故障诊断与维修策略”的章节印象深刻。在实际工作中,我们常常会遇到设备在运行一段时间后出现各种各样的问题,这时候,不仅仅是依靠经验去猜测,而是需要一套科学的方法来分析故障根源,并制定出有效的预防和解决措施。这一卷中,作者不仅详细介绍了可靠性设计的基本原理、统计方法,还提供了大量实际案例,分析了不同类型机械设备在不同工况下的失效模式。这对于我们年轻一辈的工程师来说,简直是宝藏。它教会我们如何从设计之初就考虑可靠性,如何通过数据分析来预测潜在故障,如何构建有效的维修保养体系,从而最大程度地减少非计划停机,提高生产效率。我记得我之前参与过一个大型自动化生产线的项目,其中一个关键设备的频繁故障,让整个项目进度都受到了严重影响。当时,我们团队也尝试了各种方法,但总是治标不治本。如果当时我们能有这本书的指导,或许就能更早地找到问题的症结,避免不必要的损失。

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这本书的版式设计,给我的第一印象就是“干净”。不是说它内容空洞,而是那种清晰、有条理的布局,让人一眼就能抓住重点。作为一名工程师,我每天都要处理大量的信息,时间宝贵,所以一本能够快速检索、方便阅读的书籍至关重要。第六版第五卷在这方面做得非常出色。字体的大小、行间距的设置,都恰到好处,不会显得拥挤,也不会过于疏散。更让我惊喜的是,它在一些关键的概念和公式旁,都配以简洁明了的图示和表格,将抽象的理论具象化,极大地降低了理解的门槛。 我最欣赏的一点是,它在介绍某些先进的设计理念和技术时,并没有止步于理论的堆砌,而是紧密结合了当下的工业发展趋势。例如,关于“智能制造中的机械系统设计”的章节,里面探讨了如何将物联网、大数据、人工智能等技术融入到机械设计中,实现设备的智能化、自主化。这对于我们这些一直以来以传统机械设计为主的工程师来说,是一个全新的视野。我们正在经历一个产业升级的时代,如何拥抱新技术,如何将这些新技术转化为实际的设计方案,是摆在我们面前的重要课题。这本书就像一位经验丰富的向导,为我们指明了方向,提供了方法论。我甚至已经开始思考,如何在下一代产品的设计中,引入一些更具智能化的功能,从而提升产品的附加值和竞争力。

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当我拿到这本书的时候,我首先被它厚重的质感所吸引。这不仅仅是一本书,更像是一本沉甸甸的知识宝库。作为一名在精密仪器领域工作多年的工程师,我深知每一个细节都至关重要。尤其是在第六版第五卷中,我惊喜地发现,它在一些非常细分和前沿的领域,都有深入的探讨。 我特别关注了其中关于“微纳机械系统设计”的部分。近年来,随着科学技术的飞速发展,微纳机械系统在生物医学、信息技术、能源等领域的应用越来越广泛,对相关设计理论和技术的要求也越来越高。这本书对微纳机械系统的基本原理、制造工艺、以及在不同应用场景下的设计考量,都进行了详尽的阐述。它不仅仅是停留在理论层面,而是提供了很多实用的设计指南和案例分析。例如,书中对微驱动器、微传感器等关键部件的设计方法,以及如何进行微观尺度下的力学分析和热学分析,都进行了详细的介绍。这对我开发新的微型化医疗器械提供了宝贵的参考。我曾经为了设计一款微流控芯片,走了很多弯路,花费了大量的精力去查阅各种零散的资料。如果当时有这本书,我肯定能事半功倍。

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在我翻阅这本书的过程中,我发现它并非只是简单地罗列各种公式和定理,而是更侧重于“应用”和“实践”。这一点对于我这样一名常年在一线工作的工程师来说,尤为重要。我需要的是能够指导我解决实际工程问题的知识,而不是脱离实际的理论推演。 我尤其喜欢其中关于“工业物联网下的设备状态监测与预测性维护”的章节。在当今工业4.0的浪潮下,如何利用先进的技术来提高设备的可靠性和可用性,是我们每个制造企业都面临的挑战。这本书为我们提供了一套完整的解决方案。它详细介绍了如何通过各种传感器采集设备运行数据,如何利用大数据分析技术对设备进行状态评估,以及如何构建智能化的预测性维护模型。这套理论体系的建立,不仅有助于我们及时发现潜在的故障,避免意外停机,更能帮助我们优化维护计划,降低维护成本。我记得我们车间里的几台老旧设备,经常出现突发故障,导致生产线被迫停产,损失惨重。我们也在积极探索新的维护方法,这本书的出现,无疑为我们提供了重要的理论指导和技术支持。它让我看到了一个更智能、更高效的设备管理新方向。

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这本书的价值,绝不仅仅体现在它提供了多少具体的计算公式,更多的是它所蕴含的“设计思维”和“工程哲学”。作为一名在航空航天领域从事了十多年的工程师,我深知细节决定成败,也明白创新与可靠性之间的微妙平衡。 第六版第五卷中,我特别被其中关于“高可靠性机械系统设计中的风险评估与容错控制”的章节所吸引。在航空航天领域,任何一个微小的设计缺陷都可能导致灾难性的后果。因此,我们必须在设计之初就充分考虑各种潜在的风险,并采取有效的措施来规避或减轻这些风险。这本书系统地介绍了风险评估的方法,例如FMEA(失效模式与影响分析)、HAZOP(危险与可操作性分析)等,并详细阐述了如何将这些方法应用到机械系统的设计中。更重要的是,它还探讨了容错控制技术,也就是当系统中某个部件发生故障时,系统仍然能够继续安全运行的策略。这对于我们设计载人航天器、战斗机等关键装备来说,至关重要。它不仅仅是提供了技术手段,更是传递了一种严谨、审慎的设计理念。

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我对这本书的整体感受是,它非常“接地气”,也很“有深度”。作为一名在汽车制造行业摸爬滚打多年的工程师,我深知理论知识和实际生产之间的鸿沟。很多时候,学校里学到的知识,在面对复杂的实际问题时,显得力不从心。 第五卷中,我特别关注了关于“汽车动力总成集成设计与优化”的章节。汽车行业的发展日新月异,尤其是在新能源汽车领域,对动力总成的设计提出了更高的要求。这本书不仅深入探讨了传统内燃机动力总成的设计要点,还详细介绍了电动汽车和混合动力汽车动力系统的集成与优化。它从传动效率、能量回收、 NVH(噪声、振动与声振粗糙度)控制等多个维度,提供了详尽的设计思路和计算方法。我之前参与过一款混合动力车型的电驱动桥设计,在传动效率和NVH性能方面,遇到了不少挑战。这本书中关于齿轮传动、电机集成、以及轴承选型等方面的详细分析,为我提供了宝贵的借鉴。它让我意识到,在动力总成的设计中,需要考虑的因素远比想象的要复杂,而这本书恰恰提供了一个全面而系统的解决方案。

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当我拿到这本书时,我首先被它厚实的分量所吸引,这预示着它里面蕴含了丰富而扎实的知识。作为一名在能源工程领域工作多年的工程师,我深知设备在恶劣工况下的可靠性和耐久性至关重要,而这往往是设计中最具挑战性的部分。 第六版第五卷中,我尤为着迷于关于“极端工况下的机械设备设计与寿命预测”的章节。在石油、化工、矿山等行业,机械设备常常需要在高温、高压、腐蚀性环境等极端条件下工作,这对其设计和材料选择提出了极高的要求。这本书不仅详细介绍了这些极端工况对材料性能的影响,还提供了多种先进的材料选择指南和防护措施。例如,书中对耐高温合金、耐腐蚀材料的选择原则,以及表面处理技术在提高设备寿命方面的应用,都进行了深入的探讨。 更令我惊喜的是,它还引入了基于仿真技术的寿命预测方法。通过对设备在不同载荷和环境下的应力、应变进行分析,并结合材料的疲劳性能数据,可以较为准确地预测设备的剩余寿命。这对于我们制定设备的检修计划、避免突发故障,具有极其重要的意义。我记得我们公司的一台关键的反应釜,在高温高压环境下工作多年,我们就一直担心其潜在的寿命问题,但又缺乏有效的评估手段。这本书中的内容,无疑为我们提供了一个解决这一难题的思路和方法。

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这本书给我的感觉是,它像一个经验丰富的老工匠,用最实在的语言,最清晰的逻辑,把深奥的机械设计道理讲透了。作为一名在农业机械领域工作的工程师,我更关注的是机械设备的实用性、可靠性和经济性。 第五卷中,我尤其对关于“复杂农业机械的模块化设计与协同作业”的章节产生了浓厚的兴趣。随着现代农业的发展,对农业机械的要求越来越高,不仅需要高性能,还需要具备良好的适应性和协同作业能力。这本书详细介绍了模块化设计理念在农业机械中的应用,如何通过标准化、通用化的模块,快速组合出满足不同作业需求的机械设备。例如,书中对拖拉机、联合收割机、播种机等关键部件的模块化设计方案,以及如何通过信息技术实现多台农机之间的协同作业,都进行了深入的分析。 这对我来说,非常有启发。我们现在面临的一个挑战是,如何让不同厂家、不同型号的农机能够更有效地协同工作,提高农业生产的整体效率。这本书提供的设计思路和技术框架,无疑为我们解决这一问题提供了重要的指导。它让我看到了未来农业机械发展的方向,那就是更加智能化、集成化和协同化。

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当我翻阅这本书时,我被其中对“细节的极致追求”所深深折服。作为一名在制药机械行业工作的工程师,我深知在洁净度、精确性以及生物相容性等方面,机械设计所面临的独特挑战。 第六版第五卷中,我特别关注了关于“生物医药设备中的流体输送与控制系统设计”的章节。在生物制药过程中,流体(如血液、培养基、药物溶液等)的精确输送和控制是至关重要的,任何微小的偏差都可能影响产品的质量和安全性。这本书对蠕动泵、隔膜泵、注射泵等微流体输送装置的设计原理、性能指标以及选型依据,都进行了详尽的阐述。它还深入探讨了阀门、流量计、传感器等关键控制元件在构建高精度流体控制系统中的作用。 更令我印象深刻的是,书中还涉及到了生物相容性材料的选择以及设备表面的处理技术,以确保在与生物制剂接触时不会引入污染或发生不良反应。这对于我们设计生物反应器、细胞培养系统、以及药物灌装设备至关重要。我记得我们曾经为了解决一个精细流体分配的难题,花费了大量的时间和精力去尝试各种方案。这本书的出现,无疑为我们提供了一个更系统、更专业的解决方案,让我对如何设计出更可靠、更安全的生物医药机械有了更深刻的理解。

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这本书就像一位博学的导师,它不仅仅是传授知识,更是启发思考。作为一名在风力发电领域工作的工程师,我时刻关注着如何提高风力发电机组的效率、可靠性和环境适应性。 第五卷中,我尤其被关于“大型风力发电机组的结构动力学分析与疲劳寿命评估”的章节所吸引。风力发电机组是典型的动力学耦合系统,其结构在风载、旋转载荷以及海洋环境(对于海上风电)等多种因素的影响下,会产生复杂的振动和应力。这本书系统地介绍了如何运用现代动力学理论,对风力发电机组的叶片、塔架、传动系统等关键部件进行精密的动力学建模和分析。 它详细阐述了如何考虑空气动力学、结构动力学以及控制系统的相互作用,从而准确预测设备在不同工况下的响应。更重要的是,书中还提供了详细的疲劳寿命评估方法,包括载荷谱的建立、损伤累积的计算,以及基于概率的寿命预测。这对于我们制定设备的维护策略、提高设备的可持续运行时间,具有极其重要的价值。我曾经就面临过一个问题,就是如何更准确地评估风机叶片在长期服役过程中可能出现的疲劳裂纹,以防止发生灾难性的失效。这本书中的方法论,为我提供了一个非常有效的解决途径。

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书质量不错,值得推荐。

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厚厚的一大箱

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东西很好,正版没商量!果断用起来!

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很不错,给总工买的

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好评!!!!

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