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出版者:科学出版社

作者:冯俊凯等编

出品人:

页数:693 页

译者:

出版时间:2003年01月

价格:66.0

装帧:精装

isbn号码:9787030103833

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现代机械设计基础与应用 第一章 机械设计概述 本章旨在为读者建立对现代机械设计学科的整体认识，阐述机械设计在工业领域中的核心地位及其演进历程。我们将深入探讨机械设计的内涵，不仅仅局限于图纸的绘制，更涵盖了从概念构思、理论分析、材料选择到制造、装配与运行维护的全过程。 1.1 机械设计在现代工业中的角色 机械设计是连接基础科学理论与工程实践的桥梁。它要求设计者不仅精通力学、材料学等基础学科，还需具备系统工程的思维。本节将详细分析机械设计在航空航天、能源、交通运输、精密仪器等关键行业中的具体应用及其对技术进步的驱动作用。 1.2 机械设计的发展趋势与前沿技术 面对全球化竞争和可持续发展的要求，机械设计正朝着智能化、轻量化和绿色化的方向发展。我们将介绍增材制造（3D打印）如何重塑设计自由度，智能传感与嵌入式系统如何赋予传统机械“生命力”，以及如何应用拓扑优化等先进算法实现材料性能的最大化利用。 1.3 设计流程与方法论 介绍当前主流的机械设计流程，从需求分析、概念设计、详细设计到工程验证。重点阐述如何有效地进行系统分解与接口定义，并比较传统的设计方法与面向对象的设计（OOD）方法在复杂系统构建中的适用性。 --- 第二章 材料科学与选择 材料是构成机械产品的物质基础。本章聚焦于理解材料的微观结构、宏观性能及其在特定工况下的行为。 2.1 工程材料的分类与基本性能 系统介绍金属材料（钢铁、铝合金、钛合金）、高分子材料、陶瓷材料以及复合材料的晶体结构、相变规律及其对应的力学、热学和电学性能。着重分析屈服强度、疲劳极限、蠕变特性和断裂韧性等关键指标。 2.2 材料的失效机理分析 失效是机械设计必须面对的核心问题。本节将深入剖析静载荷下的塑性破坏、循环载荷下的疲劳断裂（包括低周疲劳与高周疲劳）、高温环境下的蠕变损伤以及腐蚀疲劳等复杂失效模式。讲解如何通过金相分析和断口形貌学来判断失效原因。 2.3 现代材料选择理论与数据库应用 介绍如何基于具体的工作条件（载荷、温度、环境介质）和设计目标（成本、寿命、重量）进行多目标优化材料选择。讨论如何利用成熟的工程材料数据库（如ASM Materials Selection Database）进行高效、科学的决策。 --- 第三章 机械系统中的载荷分析 准确的载荷评估是进行强度校核和刚度校核的前提。本章着重于对实际工程中可能遇到的各种载荷类型及其组合进行系统分析。 3.1 静态与动态载荷的识别 区分静载荷、冲击载荷、周期性载荷（振动、交变载荷）和随机载荷。详细阐述如何通过傅里叶分析等数学工具将复杂的周期性载荷分解为简谐分量。 3.2 应力、应变与变形分析 回顾弹性力学和塑性力学的基础，重点讲解二维和三维应力状态下的应力状态分析，包括主应力、最大剪应力概念。介绍莫尔圆在应力分析中的应用。 3.3 计算机辅助应力分析（CAE/FEA） 介绍有限元分析（FEA）的基本原理，包括网格划分、单元选择和边界条件施加。通过实例说明如何利用FEA软件（如ANSYS、ABAQUS）来模拟复杂结构在实际载荷下的应力分布和变形情况，并指导设计优化。 --- 第四章 机械零部件的强度与刚度设计 本章将理论分析与工程规范相结合，指导读者完成对关键零部件的尺寸确定和安全设计。 4.1 联接件的设计与校核 详细讨论螺纹联接（螺栓、螺母）在静力、预紧力和交变载荷下的受力特性。讲解键、销、铆接和滑动配合的设计规范，特别是预紧力对联接疲劳寿命的影响。 4.2 轴类零件的设计与校核 轴是传递扭矩和支撑旋转件的核心部件。本节内容包括：根据不同载荷组合（弯曲、扭转、轴向力）进行疲劳强度校核、疲劳许用寿命的确定、以及如何选择合适的轴的直径和轴的防断槽设计。同时，讨论临界转速和振动问题。 4.3 齿轮传动系统的设计 齿轮传动是机械中应用最广泛的动力传递方式。深入讲解直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算、弯曲疲劳强度（S-N曲线）和接触疲劳强度（点蚀）的校核方法。介绍齿面接触应力的修正系数（如区域系数、载荷分配系数）的应用。 --- 第五章 运动与控制元件设计 本章关注机械运动的实现与精确控制，涉及机构学原理在具体应用中的落地。 5.1 滚动轴承与滑动轴承的设计 轴承是减少摩擦和承受载荷的关键。本节详细介绍滚动轴承的类型选择（球轴承、滚子轴承）、基本额定寿命的计算（L10寿命）、以及轴承的游隙选择与润滑方式的确定。对比滑动轴承在自润滑和强制润滑条件下的承载能力。 5.2 摩擦、磨损与润滑 系统阐述摩擦的物理本质，分析干摩擦、边界润滑和流体润滑的特征。介绍润滑剂的选择标准，以及如何利用Stribeck曲线评估不同工况下的摩擦系数。 5.3 机构运动学与动力学基础 回顾平面机构的运动分析（位置、速度、加速度），并引入瞬心法和速度多边形法。深入探讨机构的平稳性、负载能力以及如何通过机构动力学仿真优化机构的往复运动平稳性。 --- 第六章 制造工艺性与装配集成 优秀的设计必须是可制造和易于装配的。本章强调设计与制造之间的协同。 6.1 设计的公差与配合 详细解读国家标准公差体系（ISO/GB），阐述尺寸公差、形状和位置公差（GD&T）在保证功能和互换性中的作用。讲解如何选择合适的配合（间隙、过渡、过盈）以满足工作要求。 6.2 主要加工工艺对设计的影响 分析铸造、锻造、切削加工（车、铣、磨）和焊接工艺对零件表面质量、残余应力和尺寸精度的影响，并指导设计者根据最终的加工方式来优化截面形状和避免难加工区域。 6.3 可靠性与可维护性设计 引入机械系统的可靠性理论，包括平均故障间隔时间（MTBF）的评估。探讨如何通过冗余设计、易于更换的模块化设计以及设置检查端口来提高设备的长期运行可靠性和现场维护效率。 --- 第七章 机械系统的振动与动态稳定性 振动是机械系统寿命和性能的“隐形杀手”。本章深入探讨振动现象的成因、分析方法和抑制技术。 7.1 机械振动基础理论 分析单自由度系统（自由振动、受迫振动）的特性，引入阻尼对振动的影响。讲解固有频率的概念，以及如何计算多自由度系统的特征值和振型。 7.2 旋转机械的动平衡与对中 重点阐述旋转零部件（如转子、飞轮）的静平衡和动平衡原理。讲解如何通过现场测量和校正来消除不平衡力，避免结构损坏和轴承过热。 7.3 减振降噪技术 介绍隔离型减振器（弹簧、橡胶垫）的选择与布置，以及粘滞型和粘弹性材料在能量耗散中的应用。讨论如何通过结构拓扑优化来改变系统的质量分布和刚度分布，从而有效避开危险工作频率。

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当我第一次看到《锅炉原理及计算》这本书名时，我的脑海中立刻浮现出那些复杂的图纸和大量的实验数据。作为一名在锅炉研发领域工作多年的技术人员，我知道一本优秀的书籍，不仅要提供理论指导，更要能够帮助我们解决实际研发过程中遇到的瓶颈。《锅炉原理及计算》这本书，在我看来，将是我们在创新道路上的重要伙伴。我非常期待书中能够对不同类型锅炉的结构设计进行深入的分析，例如，现代超临界、亚临界锅炉的炉膛布置、受热面设计，以及锅炉辅助设备如省煤器、过热器、再热器等的优化设计。更重要的是，我希望书中能够提供一套严谨的计算流程，用于评估不同设计方案下的热效率、压力损失和受力情况。例如，在进行新型锅炉管材选择和布置时，我们需要进行精确的应力分析和热膨应计算，以确保设备的长期稳定运行和安全性。书中关于这些复杂计算的详细方法和数据支持，将是无价的。此外，我也希望书中能够涵盖一些最新的研究成果和前沿技术，例如关于燃烧效率提升、污染物超低排放、以及与智能制造相结合的锅炉技术等。这本书，对我来说，将是激发我创新灵感，推动技术突破的重要载体。

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初拿到这本《锅炉原理及计算》，我的脑海中立刻浮现出大学时期那些埋头苦读的夜晚，还有面对复杂公式时那种既敬畏又兴奋的心情。虽然我目前的工作重心已经不在直接的锅炉设计和操作，但作为一名对能源工程领域怀有深厚兴趣的行业从业者，我总是渴望能有这样一本权威且实用的工具书，能够系统地梳理我的知识体系，让我随时能够温故知新，并且了解行业最新的发展动态。这本书的书名本身就奠定了一种严谨而扎实的基调，它不仅仅是理论的堆砌，更强调了“计算”这一实践环节，这对于任何一个想要深入理解锅炉运行机制的人来说，都是至关重要的。我想，这本书应该会像一位经验丰富的导师，能够引导我回顾那些基础理论，比如热力学定律在锅炉系统中的具体应用，不同类型锅炉的工作原理，以及它们各自的优缺点分析。更重要的是，它应该能提供一套清晰的计算方法和步骤，让我能够理解如何根据实际需求，对锅炉的关键参数进行精确的计算和优化，比如蒸汽产量、燃料消耗、热效率的估算，乃至锅炉受压元件的强度校核等等。这些看似枯燥的数字背后，隐藏着无数工程智慧和安全保障，而这本书的价值，恰恰在于将这些复杂的计算过程以一种易于理解和掌握的方式呈现出来。我期待着它能成为我案头的常客，随时为我解答那些可能在实践中遇到的疑问，让我能够以更深刻的视角去理解和分析当前的能源挑战，并思考如何通过更高效、更环保的锅炉技术来应对。

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我是一名拥有多年设备管理经验的工厂管理者。对于我们这种需要依靠稳定可靠能源供应的制造型企业来说，锅炉的平稳运行直接关系到我们的生产连续性和经济效益。《锅炉原理及计算》这本书的书名，立刻就引起了我的注意，因为“原理”能够帮助我理解设备为何会发生故障，“计算”则能指导我如何进行日常的维护和优化。我期待书中能够提供关于锅炉常见故障的诊断方法和处理建议。例如，锅炉水垢的形成机理、腐蚀的类型以及如何通过水质分析和化学处理来预防这些问题，这些都是我们日常工作中经常会遇到的挑战。书中关于这些方面提供的计算模型或评估方法，将会非常有价值，能够帮助我们量化故障风险，并制定相应的预防措施。此外，我也非常关心锅炉的热效率和燃料消耗的优化问题。我希望书中能够提供一套实用的方法，帮助我们通过对锅炉运行参数的监测和调整，例如调整空气与燃料的比例、优化燃烧温度等，来最大限度地提高热效率，降低燃料成本。这本书，在我看来，是提升我们设备管理水平，实现降本增效的宝贵参考。

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我是一名对基础科学理论在工程应用中如何落地充满好奇的学习者。虽然我的专业背景可能并非直接与锅炉工程相关，但我坚信，任何一项复杂的技术，都离不开扎实的科学原理作为支撑。《锅炉原理及计算》这本书，正是这样一本能够满足我求知欲的书籍。我非常期待它能够清晰地阐述热力学、流体力学、传热学等基础学科在锅炉系统中的具体体现。例如，在热力学方面，我希望能理解到卡诺循环、朗肯循环等热力学基本循环是如何在锅炉和汽轮机联合系统中实现的，以及这些理想循环与实际运行之间的差距。在流体力学方面，我希望能了解锅炉内部流体的运动规律，比如蒸汽和水的流动、烟气的形成和输送，以及如何通过优化管道设计和流道结构来减小流动阻力。而传热学，无疑是锅炉的核心，我期待书中能够细致地讲解各种传热方式的计算公式，例如牛顿冷却定律、傅里叶导热定律，以及如何将这些公式应用于锅炉受热面的设计和热负荷的计算。这本书，对我来说，更像是一本“科学启蒙读物”，它能够帮助我理解那些隐藏在工程奇迹背后的深邃科学原理。

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我是一名热爱学习并且对细节充满好奇心的普通读者。虽然我没有专业的工程背景，但每次接触到像“锅炉”这样宏大而又至关重要的工业设备时，都会引发我强烈的探究欲。《锅炉原理及计算》这本书，正是这样一本能满足我的好奇心的书。我非常期待它能够用一种通俗易懂的方式，将锅炉的“原理”讲清楚。比如，锅炉是如何把水变成蒸汽的？在这个过程中，燃料是如何燃烧产生热量的？热量又是如何传递到水中的？这些基本的问题，我希望这本书能够以清晰的语言和生动的插图来解答。同时，书中的“计算”部分，虽然对我来说可能有些挑战，但我相信它能够帮助我理解锅炉的运行是如何被量化和控制的。例如，我想了解，工程师们是如何计算出需要多少燃料才能产生指定量的蒸汽？如何计算出锅炉的热效率？这些计算过程中涉及到的一些基本公式和概念，我希望能够从中学习到。这本书，对我来说，更像是一次“工程科普之旅”，它能够帮助我打开眼界，了解我们日常生活中看似普通，实则背后蕴含着复杂科学原理和精妙工程设计的设备。我期待它能够让我对“锅炉”这个词，有一个更深刻、更全面的认识。

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我是一名对工业历史和技术发展演变颇感兴趣的科技爱好者。虽然我并非直接从事锅炉制造或运行的专业人士，但每次参观一些老工业基地，看到那些庞大而复杂的锅炉设备，都会让我产生一种莫名的敬畏和好奇。《锅炉原理及计算》这本书的出现，仿佛为我打开了一扇通往锅炉世界的大门。我非常期待它能够从历史的视角，来讲述锅炉技术是如何从早期简单的蒸汽机发展到如今高效、环保的现代化设备。这本书的书名虽然聚焦于“原理”和“计算”，但我相信，一个好的技术书籍，必然会包含其技术发展的脉络和背景。我希望书中能够详细介绍不同时期出现的代表性锅炉类型，例如蒸汽机时代的早期锅炉，工业革命时期的火管锅炉和水管锅炉，以及现代的燃气锅炉、余热锅炉等等，并分析它们各自在设计理念和技术上的突破。此外，“计算”这一部分，虽然对于我来说可能更具挑战性，但我相信通过这本书的讲解，我能够对锅炉设计中的一些核心工程原理有更直观的认识。比如，了解工程师们是如何通过计算来确定锅炉的尺寸、材料强度、热效率，以及如何通过优化燃烧过程来减少污染物的排放。这本书，对我来说，更像是一次深入的“技术考古”，让我能够理解这些庞大机器背后所蕴含的科学逻辑和工程智慧。

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我对《锅炉原理及计算》这本书的期待，更多地源于它所代表的“工程解决之道”。我是一名从事工业自动化控制的工程师，虽然我的主要工作是为各种工业设备提供智能化的控制方案，但对底层的物理原理和计算方法有着强烈的求知欲。只有深入理解了锅炉的运行机制，我才能设计出更精准、更高效的控制策略。我希望这本书能够详细介绍锅炉在运行过程中，各个参数是如何相互关联、相互影响的。例如，蒸汽压力、温度、液位、负荷变化等，这些参数的实时监测和反馈控制，是实现锅炉安全稳定运行的关键。书中关于这些参数的测量原理、传感器选择，以及控制回路的设计方法，我想会非常实用。另外，我也很期待了解书中关于锅炉负荷调节的计算方法。如何根据实际的蒸汽需求变化，快速准确地调整燃料供应量、给水量和风量，以维持设定的运行工况，这背后需要精密的计算和控制算法。这本书，不仅能帮助我理解锅炉的“心脏”是如何跳动的，更能让我掌握如何为这颗“心脏”注入智能的“大脑”。我希望通过这本书，能够更好地将自动化技术与锅炉工程深度融合，为提升工业生产的效率和智能化水平贡献力量。

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作为一个曾经在工业现场摸爬滚打过多年的工程师，我对“原理”和“计算”这两个词有着特别的感情。《锅炉原理及计算》这样的书名，总能让我眼前一亮，因为它精准地击中了我们这些一线人员的痛点。在实际工作中，我们不仅需要知道锅炉是如何工作的，更需要理解为什么这样工作，以及如何通过精确的计算来优化运行参数，提高效率，降低成本，甚至预测和解决潜在的故障。这本书的出现，无疑是为我们提供了一个坚实的理论后盾。我非常好奇它会对锅炉的燃烧过程进行怎样的深入剖析，从燃料的预处理到火焰的稳定，再到烟气成分的分析，每一个环节都牵涉到复杂的物理化学反应，而这些反应的直接结果，往往需要通过数学模型和计算才能量化。我期待书中能够详细阐述如何根据不同的燃料种类，如煤、油、气，甚至是生物质燃料，来设计最优的燃烧系统，并提供相应的计算公式和方法。同时，对于传热过程的讲解，我也充满了期待，毕竟，锅炉的核心就是热量的传递和利用。书中关于对流换热、辐射换热以及热传导的原理阐述，应该会非常详尽，并且会给出实际工程中常用的传热系数估算方法和设备表面积计算公式，这些都是保证锅炉效率的关键。另外，我对书中关于锅炉水处理和汽水分离部分的论述也很感兴趣，因为这些环节直接关系到锅炉的长期稳定运行和设备寿命。

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说实话，当我看到《锅炉原理及计算》这本书的名字时，我第一时间想到的就是它的实用性和指导性。我是一名在校的工程类学生，正在攻读与能源动力相关的专业，对于锅炉这样基础却又至关重要的设备，我一直都希望能够有一个全面而深入的了解。学校的课程固然会涉及相关知识，但往往过于理论化，而我更渴望能够通过一本真正贴近实际工程的书籍，来连接理论与实践的鸿沟。这本书的“计算”部分，对我来说尤为重要。我希望能从中学习到如何运用所学的数学和物理知识，去解决锅炉设计和运行中的实际问题。例如，如何根据负荷需求，精确计算出蒸汽流量、给水流量，以及确定炉膛容积、受热面积等关键参数。我期待书中能够提供详细的计算流程和实例分析，让我能够一步步地跟随，掌握这些核心技能。另外，书中对于锅炉安全性的论述，我想也是不可或缺的。锅炉作为高压容器，其安全性直接关系到生命财产安全，因此，书中关于压力容器的设计准则、材料选择、以及应力分析的计算方法，对我而言将是宝贵的财富。我希望这本书能够成为我学习道路上的得力助手，为我未来的职业生涯打下坚实的基础，让我能够自信地面对工作中遇到的各种技术挑战。

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我是一位对环保技术和可持续能源发展高度关注的社会观察者。在当下全球气候变化日益严峻的背景下，锅炉作为主要的能源消耗和排放源之一，其技术革新对于实现碳达峰、碳中和目标至关重要。《锅炉原理及计算》这本书，在我看来，不仅是一本技术手册，更是一份关于如何优化能源利用、减少环境影响的行动指南。我非常希望这本书能够深入阐述现代锅炉在环保方面的设计理念和技术进展。例如，如何通过优化燃烧方式来减少氮氧化物（NOx）和颗粒物的排放，书中是否会介绍分级燃烧、低 NOx 燃烧器等技术？此外，对于烟气余热回收和利用的计算方法，我也充满好奇。如何通过对烟气中的显热和潜热进行有效回收，提高锅炉的热效率，并减少能源浪费，这在节能减排方面具有非常重要的意义。我期待书中能够提供关于换热器设计、传热系数计算等方面的详细内容，帮助我理解如何将这些“废弃”的热能转化为有用的能源。更进一步，我也希望书中能够探讨一些未来锅炉技术的发展方向，比如在生物质锅炉、垃圾焚烧锅炉，或者与新能源技术结合的锅炉系统方面的原理和计算。这本书，对我而言，是一扇了解锅炉在绿色能源转型中扮演的关键角色的窗口。

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