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出版者:化学工业出版社

作者:栾春远

出品人:

页数:328

译者:

出版时间:2006-3

价格:49.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502579395

丛书系列:

图书标签:

• AutoCAD
• 压力容器
• 设计
• 机械设计
• AutoCAD 2005
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机械设计与制造系列：《高级机械零件设计与分析》 本书旨在为机械工程师、技术研究人员以及相关专业高年级本科生和研究生提供一本内容详实、理论与实践相结合的参考书籍，专注于机械零件的深入设计与分析。 在现代制造业飞速发展的浪潮中，机械零件的设计与制造是整个工业体系的基石。一个高效、可靠、经济的机械产品，无不依赖于其内部各个零件的精妙设计和严谨分析。本书将跳脱出通用零件的介绍，而是聚焦于那些对机械性能、安全性、耐久性以及运行效率有着至关重要影响的“高级”机械零件。我们将深入探讨如何运用先进的设计理念、计算方法以及仿真技术，来优化这些关键零件的性能，并确保其在复杂工况下的可靠运行。 核心内容概览： 第一部分：高级机械零件设计理论基础 1. 现代机械设计方法论： 功能分析与性能指标确定： 详细阐述如何从产品的整体功能出发，分解出具体零件的功能需求，并转化为可量化的性能指标，例如负载能力、传动精度、密封性能、耐磨性、抗疲劳性等。我们将讨论如何针对不同应用场景，设定合理的公差等级、表面粗糙度和材料性能要求。 失效模式分析（FMEA）与风险评估： 深入讲解失效模式与影响分析（FMEA）在机械零件设计初期的重要性。通过系统地识别潜在的失效模式，评估其发生的可能性、严重性以及检测难度，从而在设计阶段主动规避风险，提升产品可靠性。本书将结合大量案例，展示如何运用FMEA工具来指导零件的优化设计。 可靠性工程原理： 介绍机械零件的可靠性概念，包括失效率、平均无故障时间（MTTF）、平均故障间隔时间（MTBF）等关键指标。我们将探讨影响零件可靠性的因素，如材料疲劳、磨损、腐蚀、过载等，并介绍提高零件可靠性的设计策略，例如引入冗余设计、优化应力分布、选择合适的材料和热处理工艺等。 先进材料在机械零件设计中的应用： 探讨各种高性能材料，如高强度合金钢、特种铝合金、钛合金、陶瓷材料、复合材料以及高性能聚合物等，在现代机械零件设计中的选择原则与应用案例。本书将深入分析这些材料的力学性能、热学性能、化学稳定性以及加工性能，并指导读者如何根据具体的服役环境和性能要求，做出最佳的材料选择。 2. 应力分析与强度校核的深化： 弹性力学与塑性力学基础： 回顾和深化应力、应变、弹性模量、泊松比等基本概念，并在此基础上，深入讲解弹性力学和塑性力学在分析复杂应力状态下的应用。我们将通过数学推导和实例分析，帮助读者理解应力集中、断裂力学等关键理论。 疲劳设计理论： 详细介绍材料的疲劳失效机理，包括低周疲劳和高周疲劳。本书将讲解S-N曲线、应力比、应力幅、平均应力等影响疲劳寿命的关键参数，并介绍基于应力-寿命法、应变-寿命法以及断裂力学的方法进行疲劳寿命预测和设计。我们将重点关注如何通过优化零件几何形状、改善表面质量以及选择抗疲劳材料来提高零件的抗疲劳性能。 接触力学与表面工程： 深入分析机械零件表面的接触行为，包括接触压力分布、表面变形和应力状态。本书将介绍接触疲劳、磨损等表面失效机理，并探讨表面工程技术，如渗氮、渗碳、硬质氧化、PVD/CVD涂层等，如何改善零件的表面硬度、耐磨性和抗腐蚀性，从而延长零件的使用寿命。 第二部分：高级机械零件设计实例与仿真分析 1. 精密轴与轴承座设计： 轴的设计要点： 详细讲解轴的强度校核、刚度校核、临界转速分析以及疲劳寿命设计。我们将重点讨论轴的几何形状设计，如何处理轴上的键槽、孔、台肩等结构对强度的影响，以及如何优化应力分布，减少应力集中。 轴承座设计： 介绍轴承座的结构设计原则，包括如何选择合适的轴承安装方式，如何保证轴承的精度和寿命，以及轴承座的刚度和散热设计。本书将结合不同类型的轴承，例如滚动轴承和滑动轴承，讲解其在轴承座中的具体安装和固定要求。 案例分析： 以高精度机床主轴、汽车传动轴等实际工程案例，演示轴及其轴承座的完整设计流程，包括载荷分析、材料选择、强度与刚度校核、疲劳寿命估算以及加工工艺的考虑。 2. 齿轮传动副设计与分析： 齿轮传动基本原理与分类： 回顾渐开线齿廓和摆线齿廓的基本原理，介绍直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆等常见齿轮类型及其传动特点。 齿轮强度计算与设计： 详细讲解齿轮的弯曲强度计算（齿根弯曲强度）和齿面接触强度计算。本书将结合国际标准（如ISO、AGMA），指导读者如何进行齿轮的载荷系数、齿数、模数、压力角、齿宽等参数的优化设计，以满足承载能力和传动精度要求。 齿轮磨损与疲劳分析： 探讨齿轮在长期运行中可能出现的磨损失效和疲劳失效，分析影响因素，并提出相应的改进设计措施，例如表面硬化处理、润滑设计优化等。 齿轮传动仿真分析： 介绍如何利用有限元分析（FEA）软件，对齿轮进行三维建模，进行应力、应变、接触压力以及动态载荷分析，以更精确地评估齿轮的性能和寿命。 3. 螺纹连接件的可靠性设计： 螺纹连接的受力分析： 详细分析螺栓在轴向力、剪切力、弯矩等载荷作用下的受力状态，包括螺栓的拉伸、剪切、挤压等。 螺纹强度校核与预紧力设计： 讲解螺纹连接的强度计算方法，如何根据不同的连接要求确定合适的螺栓规格和材料，以及如何施加合理的预紧力以保证连接的可靠性。本书将重点介绍螺栓的疲劳分析，尤其是在变载荷条件下的设计。 防松设计与密封技术： 介绍各种防松措施，如使用垫圈、保险片、自锁螺母、粘接剂等，以及它们在不同工况下的适用性。同时，也将探讨螺纹连接中的密封技术，以防止介质泄漏。 案例应用： 分析高压管道法兰连接、发动机缸体连接等实际工程中的螺纹连接设计，强调其在确保密封性和高强度方面的挑战与解决方案。 4. 有限元分析（FEA）在高级零件设计中的应用： FEA基本原理与流程： 介绍有限元法的基本思想，包括离散化、单元选择、插值函数、刚度矩阵组装、载荷施加以及求解方程等。 高级分析类型： 详细讲解如何利用FEA进行静力分析、动力学分析（模态分析、瞬态动力学分析）、热应力分析、疲劳分析以及接触分析。 建模与网格划分技巧： 强调高质量的几何建模和网格划分对FEA分析结果准确性的重要性。本书将介绍如何处理几何缺陷、选择合适的单元类型和网格密度，以及进行网格收敛性研究。 结果解读与优化： 指导读者如何正确解读FEA分析结果，识别关键区域的应力集中、变形趋势和失效风险，并基于分析结果进行设计优化。 常见FEA软件介绍： 简要介绍主流的FEA软件（如ANSYS, ABAQUS, SolidWorks Simulation等）及其在机械零件设计分析中的应用场景。 第三部分：工程实践与前沿技术 1. 产品生命周期管理（PLM）与数字化设计： PLM在机械设计中的作用： 介绍PLM系统如何贯穿产品的整个生命周期，从概念设计、详细设计、制造、使用到报废，实现信息的高效集成与协同。 数字化设计与制造（DDM）： 探讨数字化设计工具，如参数化建模、三维设计、虚拟仿真等，如何提升设计效率和产品质量。 人工智能（AI）与机器学习（ML）在机械设计中的潜在应用： 展望AI和ML技术在零件性能预测、材料选择优化、设计自动化等方面的应用前景。 2. 增材制造（3D打印）对零件设计的影响： 增材制造技术概述： 介绍不同类型的3D打印技术，如FDM, SLA, SLS, SLM等，及其在金属、塑料、陶瓷等材料方面的应用。 为增材制造而设计（DfAM）： 讲解如何打破传统减材制造的工艺限制，设计出更轻量化、更复杂的拓扑结构，以及优化内部通道和冷却系统。 增材制造零件的性能评估： 讨论如何评估3D打印零件的力学性能、表面质量和尺寸精度，以及与传统制造工艺的比较。 本书特色： 理论深入，结合实践： 既有严谨的理论推导和概念阐释，又辅以大量的工程实例和案例分析，帮助读者将理论知识转化为实际应用能力。 强调分析与优化： 重点在于如何对机械零件进行深入的力学分析，并基于分析结果进行优化设计，以达到性能、可靠性和经济性的最佳平衡。 前沿技术展望： 涵盖了FEA仿真分析、PLM、AI以及增材制造等当前机械工程领域的热点技术，为读者提供前瞻性的视野。 图文并茂，易于理解： 大量图表、示意图和公式推导，使复杂的技术概念更易于理解和掌握。 本书适合读者： 机械工程师、结构工程师、研发工程师。 汽车、航空航天、能源、精密仪器等行业的专业技术人员。 机械设计与制造、材料科学、工程力学等相关专业的高年级本科生、研究生。 希望深入掌握机械零件设计与分析技术的自学者。 通过研读本书，读者将能够系统地提升在高级机械零件设计与分析领域的专业技能，为解决复杂工程问题、开发高性能机械产品奠定坚实的基础。

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坦白说，我最开始购买这本书是有些犹豫的，毕竟2005年的软件版本在今天看来已经有些古老了，我担心内容会过于陈旧。但事实证明，压力容器设计的核心原理和几何关系是具有稳定性的，这本书恰恰抓住了这一点，用一个相对稳定的软件平台（AutoCAD 2005）来讲解那些基础且关键的设计思维。这本书在处理“材料明细表（BOM）自动化生成”方面做得尤为出色，它没有依赖于复杂的定制LISP程序，而是巧妙地利用了2005版中对象属性管理器和属性块（Attribute Blocks）的功能，教导读者如何预先定义好各种标准件（如标准规格的螺栓、垫片、封头）的参数，并在模型中嵌入这些信息。当我尝试按照书中的步骤，为一套复杂的换热器设计生成初始的材料清单时，我发现原本需要手工核对数小时的工作，现在通过几次命令调用就能初步筛选出来。这种对效率提升的关注，显示出作者对一线设计工作流程的深刻理解，他们深知在项目周期压力下，准确且快速地提取工程数据的巨大价值。

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这本《AutoCAD 2005压力容器设计》的出版简直是为我这种老牌工程师雪中送炭！我记得那是刚接触2005版本的时候，很多新功能和界面调整着实让人摸不着头脑，尤其是在处理复杂的压力容器建模和应力分析所需的几何构建上，跟以前的版本简直是天壤之别。我手里这本教材，它没有直接深入到那些晦涩难懂的规范推导，反而花了大量的篇幅，手把手地教你如何在那个特定版本的CAD环境中，精确地绘制出符合ASME或者GB标准的封头、筒体、管口以及各种支撑结构。我特别欣赏其中关于“曲面建模”那一章，它并没有泛泛而谈，而是针对压力容器特有的椭圆封头和蝶形封头的复杂曲面边界，提供了非常实用的、基于样条曲线和拉伸扫描的定制化操作流程。更别提它对图层管理和三维视图转换的细致讲解，让我在将设计意图转化为可供制造的施工图纸时，效率提升了不止一个档次。这本书的价值就在于，它完美地弥合了“设计规范理解”与“软件实际操作”之间的鸿沟，让CAD软件不再仅仅是一个绘图工具，而真正成为了辅助工程师进行精确工程实践的利器。对于那些需要快速适应2005版环境进行项目交付的同行来说，这本书的实践指导价值无可替代。

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当我翻开这本厚厚的《AutoCAD 2005压力容器设计》时，我原本的期待是它能像一本工具手册一样，罗列出所有命令的快捷键和参数设置。然而，它的内容深度远超我的预期，它更像是一本结构力学与计算机辅助工程的结合体。我印象最深的是关于“结构细节强化”的部分，它没有止步于画出容器的轮廓，而是聚焦于那些最容易引发设计争议和制造错误的节点，比如鞍座与筒体的连接、法兰的详细剖面以及加强圈的计算尺寸如何在2D/3D模型中进行精确表达。书里详细阐述了如何利用2005版的“外部参照（XRef）”功能来管理大型容器的不同模块，确保不同专业人员（如机械、管道、仪表）之间的设计协调性，这在大型化工厂项目的协同设计中至关重要。它提供的不是生硬的“点击A点，输入B值”，而是深入到“为什么要在A点设置加强圈，以及如何通过CAD的标注和注释功能，清晰地传达这一设计意图，使其符合规范要求”。这种对工程逻辑的强调，使得这本书超越了一般的软件教程，更像是一本指导如何进行规范化、可制造性设计的参考书。

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这本书的排版和插图风格非常具有那个年代的特点，但正是这种直观性，让我觉得非常亲切和易于上手。《AutoCAD 2005压力容器设计》在讲解如何进行“公差配合与表面粗糙度标注”时，采用了大量的局部放大图和对比案例。我记得在画压力容器的连接面时，常常因为标注不清晰而被质检部门打回。这本书没有直接给出规范条文，而是直接展示了在CAD界面中，如何利用标注工具集，结合不同层级的文字样式和引线箭头，来准确区分出“机械加工要求”和“表面粗糙度要求”，并通过不同的线型和颜色进行区分。它特别强调了2005版中相对于早期版本增强的标注精度和对象关联性，指导我们如何设置标注样式，使得一旦模型几何发生微小变动，相关标注能够自动（或半自动）进行更新，极大地降低了返工的风险。对于我们这些习惯于传统制图习惯的设计师来说，这本书提供了一个平稳的过渡期，让我们熟悉如何将传统规范语言，通过现代CAD工具进行数字化、精确化的表达。

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最让我感到惊喜的是书中对“三维可视化与冲突检测”的初步探索。虽然2005年的计算能力和碰撞检测算法远不如今天的软件先进，但这本书已经开始引导工程师去思考如何在三维空间中进行初步的干涉检查。它通过详细的步骤指导读者如何将压力容器的筒体、管道支架以及相关的仪表安装平台，搭建在一个统一的三维模型中。它侧重于如何利用“实体操作”功能（如布尔运算）来模拟焊接接头的干涉区域，并利用截面分析工具来检查内部结构件（如喷嘴内衬或搅拌器轴承）的安装空间是否足够。这不仅仅是教你怎么画三维，更是培养一种“整体视图”的设计习惯。在早期设计阶段就能通过这种方式发现潜在的安装或维护空间不足的问题，是极其宝贵的经验。这本书让我想起当年在设计院摸索的日子，如果当时有这样一本结合了实践操作细节和设计理念的书籍作为指引，很多初期的弯路或许就能避免了。它提供的是一套系统的、基于2005平台的设计工作流，而非零散的技巧集合。

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