Universal Joints and Driveshafts pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:H.C. Seherr-Thoss

出品人:

页数:351

译者:

出版时间:2006-03-21

价格:USD 169.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9783540301691

丛书系列:

图书标签:

• Universal Joints
• Driveshafts
• Automotive Engineering
• Mechanical Engineering
• Transmission Systems
• Vehicle Dynamics
• Power Transmission
• Automotive Technology
• Shaft Design
• Joint Design

机械传动与结构设计前沿探索：精密齿轮、轴承与润滑技术 本书聚焦于现代机械工程领域中至关重要的动力传输系统、结构优化及其关键部件的性能提升与可靠性设计。不同于传统的机械原理教材侧重于基础理论的罗列，本著作深入剖析了复杂工况下精密机械系统面临的挑战，并提供了前沿的、可操作性的工程解决方案。全书结构严谨，内容涵盖了从材料选择到系统动态分析的全链条知识体系，旨在为高级工程师、研究人员及研究生提供一本深入且实用的参考手册。 --- 第一部分：先进传动机构的理论建模与动态分析 本部分首先对现代机械传动系统的复杂性进行了系统梳理，强调了在高速、高载荷以及极端温度环境下，对传动部件进行精确建模和动态仿真分析的必要性。 第一章：精密齿轮系统的非线性动力学 本章详细探讨了高精度齿轮传动在实际工作中的非线性现象。我们不再局限于经典的欧拉-伯努利梁理论，而是引入了更精细的有限元方法（FEM）来模拟齿轮在交变载荷下的应力分布和变形。重点分析了以下几个方面： 齿面接触理论的修正： 引入赫兹接触理论的扩展模型，考虑了齿面微观几何误差（如齿形偏差、螺旋线修正量不足）对接触应力的动态影响。建立了基于实际加工精度的接触刚度矩阵。 啮合误差与振动传递： 详细分析了制造和装配误差如何转化为啮合误差，并使用模态分析技术（Modal Analysis）预测系统在不同工作频率下的固有振动频率，识别出潜在的共振点。我们运用了基于状态空间的状态方程模型来描述齿轮副在随机激励下的动态响应，着重于如何通过主动减振技术抑制高频噪声。 齿轮疲劳寿命的概率评估： 基于累积损伤理论（如Miner法则的修正版），结合 Monte Carlo 模拟，对齿轮在随机载荷谱下的剩余寿命进行概率性预测。特别关注了齿根弯曲疲劳和齿面接触疲劳（点蚀）的扩展模型，包括对润滑膜破裂导致的早期失效的预防措施。 第二章：复杂轴系与支撑结构的时变分析 轴系是机械系统中主要的受力部件，其可靠性直接决定了整个设备的工作寿命。本章聚焦于高速旋转机械中的轴系稳定性问题。 转子动力学的深入研究： 采用连续体模型对长轴系统进行建模，详细讨论了陀螺效应、不对称刚度（如盘式连接带来的刚度差异）和不平衡激励对系统稳定性的影响。我们应用了齐次解法和数值积分法来确定临界转速范围，并探讨了如何通过优化轴的几何截面来提升其抗弯刚度和抗扭刚度比。 滑动轴承与柔性支承的耦合效应： 重点分析了油膜的非线性特性对轴承支撑刚度和阻尼的影响。建立了一个考虑油膜力（包括油楔效应和剪切力）与转子运动耦合的非线性动力学模型，用于预测转子在启动和停车阶段的油动力失稳现象（如油膜油键）。 涡动与颤振控制： 对高速轴系中常见的涡动（Whirl）和颤振（Flutter）现象，提出了基于主动磁悬浮技术（Active Magnetic Bearings, AMB）的实时控制策略。通过建立AMB的闭环控制系统模型，计算所需的力矩和力反馈，以将转子振动控制在亚临界区域。 --- 第二部分：关键支撑元件的材料科学与摩擦学 本部分将视角从宏观的运动学转移到微观的接触界面，深入探讨轴承、密封件等关键支撑元件的材料选择、表面工程技术及其在极端条件下的性能表现。 第三章：高性能滚动轴承的设计与失效分析 滚动轴承作为最常用的支撑元件，其性能受材料、制造和润滑的共同制约。 先进轴承钢材的冶金学： 比较了高碳铬轴承钢（如AISI 52100）、渗碳轴承钢（如VIM-VAR/ESR工艺制备的钢材）在抗点蚀能力、尺寸稳定性和抗杂质敏感性方面的差异。特别分析了通过旋转锻造和特殊热处理工艺对晶粒细化和残余应力分布的积极作用。 轴承内部的接触应力分布优化： 引入三维接触力学模型，分析滚子形状（如修形系数）对接触斑点压力集中程度的影响。提出了优化滚子与内外圈接触轨迹的算法，旨在均匀化接触应力，延长疲劳寿命。 微小滑移与磨损机理： 探讨了在低速或变载荷工况下，滚动接触中不可避免的微小滑移对表面完整性的破坏。建立了基于粘着-磨粒混合磨损模型的预测工具，指导工程师选择合适的表面涂层（如DLC涂层或陶瓷涂层）以抵抗微动磨损。 第四章：复杂工况下的润滑技术与流体动力学 润滑是机械可靠性的生命线。本章专注于在非典型工况（如极高真空、高温或高载荷）下润滑剂的选择、膜层形成及摩擦学行为。 边界润滑与极端压力（EP）添加剂的作用： 详细分析了在油膜破裂临界点，极压添加剂（如硫磷体系）如何在金属表面发生化学反应，形成保护性犁沟层的机理。通过原子力显微镜（AFM）和X射线光电子能谱（XPS）的实验数据，验证了不同添加剂的反应活性和膜层厚度。 固体润滑材料的选择与应用： 针对高温或真空环境，深入研究了二硫化钼（MoS2）、石墨烯以及氮化硼（hBN）等固体润滑剂的性能。讨论了如何通过浸渍、烧结或等离子喷涂技术将这些固体润滑材料有效集成到轴承或滑动配合件的表面结构中，以确保在完全缺乏液体润滑的情况下仍能维持低摩擦系数。 油液污染与过滤效率的动态评估： 探讨了颗粒物污染对润滑油膜稳定性的负面影响。建立了描述颗粒物在剪切作用下对油膜剪切性能影响的模型，并提出了基于在线颗粒计数和油液老化分析的预测性维护策略。 --- 第三部分：系统集成与可靠性工程 最后一部分将理论和部件设计提升到系统集成的层面，关注如何通过现代工程方法确保整个传动链的长期稳定运行。 第五章：结构件的轻量化与拓扑优化 在航空航天和高性能装备领域，减轻重量同时保持或增强刚度是核心目标。 基于应力分布的拓扑优化： 运用梯度下降算法和密体积法（SIMP模型），对复杂的支撑结构（如齿轮箱壳体、联轴器座）进行拓扑优化设计。着重讨论了如何将优化结果与增材制造（3D打印）工艺相结合，实现复杂内部晶格结构的制造。 疲劳载荷谱下的应力集中控制： 关注连接点的设计，如键槽、孔洞边缘等应力集中区域。利用断裂力学原理，计算了在预定寿命内的裂纹扩展速率，并指导工程师通过倒圆角、喷丸强化等后处理工艺来有效钝化应力集中点。 第六章：数字化孪生与预测性维护 本章展望了工业4.0背景下机械系统监控与维护的未来方向。 多物理场耦合的数字化建模： 介绍如何将热分析、流体动力学（CFD）和结构力学（FEA）模型进行实时耦合，构建传动系统的数字孪生模型。该模型能够在接收到传感器数据（温度、振动、声学信号）后，即时预测内部部件的实时状态（如轴承游隙变化、润滑剂劣化程度）。 基于机器学习的故障诊断： 探讨使用卷积神经网络（CNN）或长短期记忆网络（LSTM）对高频振动信号和声发射信号进行模式识别。重点在于如何对带有标签的正常运行数据和模拟故障数据进行训练，实现对早期、微小故障的提前预警，从而将维护策略从定期维护转变为基于状态的预测性维护。 本书的特点在于其高度的工程实践性，它不仅提供了理论基础，更重要的是指导读者如何将这些前沿知识转化为可靠、高效的工程设计决策。

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