本書結(jié)合典型環(huán)保設備應用場景和設計目標,以環(huán)保設備設計研發(fā)過程中必然會涉及的材料科學與工程、機械工程等學科的相關(guān)基礎知識為切入點,進行知識結(jié)構(gòu)上的遞進式闡述,并努力體現(xiàn)環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的內(nèi)涵需求和新動態(tài)。本書主要包括設備設計中的運動學與動力學分析,設備零部件設計的選材、成形與基本準則,設備常用連接與傳動設計,軸系及其相關(guān)零部件四篇內(nèi)容。
本書既可作為高等院校環(huán)境工程、環(huán)保設備工程、給水排水工程、過程裝備與控制工程及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎課程教材,也可供從事環(huán)保設備設計、運行、維護和管理等環(huán)保產(chǎn)業(yè)相關(guān)工作的技術(shù)人員自學和參考。
本書結(jié)合典型環(huán)保設備應用場景和設計目標,以環(huán)保設備設計研發(fā)過程中必然會涉及的材料科學與工程、機械工程等學科的相關(guān)基礎知識為切入點,進行知識結(jié)構(gòu)上的遞進式闡述,并努力體現(xiàn)環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的內(nèi)涵需求和新動態(tài)。
前言
近十多年來國內(nèi)高校大體上采用三種途徑來嘗試培養(yǎng)環(huán)保設備專業(yè)技術(shù)人才:一是在環(huán)境工程及相關(guān)專業(yè)中開設環(huán)保設備設計基礎類課程,二是從環(huán)境工程及相關(guān)專業(yè)中分流出環(huán)保設備專業(yè)方向,三是開辦環(huán)保設備工程類專業(yè)。無論相關(guān)高校采用哪種途徑,在總學時受限的情況下都需要一本涉及環(huán)保設備相關(guān)機械、材料類基礎知識的綜合性較強的配套課程教材;同時鑒于高校教材自身的內(nèi)涵要求,專業(yè)基礎課程教材和專業(yè)課程教材間應該體現(xiàn)出較好的系統(tǒng)性和連貫性,應該為構(gòu)建特色人才培養(yǎng)模式及其畢業(yè)要求和培養(yǎng)目標的達成添磚加瓦。
北京石油化工學院環(huán)境工程專業(yè)在申辦伊始就確立了滿足常規(guī)環(huán)境工程專業(yè)共性培養(yǎng)要求,突出環(huán)保設備特色的辦學定位,在國內(nèi)高校中較早開始了環(huán)保設備特色類專業(yè)人才培養(yǎng)模式的探索實踐,依托相關(guān)工作取得了北京高等學校精品課程(2007年)、北京市高等教育教學成果一等獎(2008年)等成果,并助力該專業(yè)先后入選北京市高等學校品牌建設專業(yè)(2005年)、北京市級特色專業(yè)建設點(2008年)、第六批國家特色專業(yè)建設點(2010年)、本科教學工程地方高校批本科專業(yè)綜合改革試點(2013年)。在通過國家工程教育專業(yè)認證(2017年)、首批入選北京市屬高校重點建設一流專業(yè)(2017年)的大背景下,進一步深化環(huán)保設備人才培養(yǎng)特色的內(nèi)涵建設,合理填補、夯實設備設計方面的相關(guān)知識顯得尤為迫切和重要。有鑒于此,環(huán)境治理與調(diào)控技術(shù)北京市優(yōu)秀教學團隊在校內(nèi)外相關(guān)專家教授的意見建議和支持鼓勵下,十三五伊始便著手醞釀編寫《環(huán)保設備設計基礎》,以期與《環(huán)保設備原理與設計》等專業(yè)課程教材配套,構(gòu)建突出環(huán)保設備特色的系列教材,共同培養(yǎng)學生解決復雜環(huán)境工程問題的能力。
本書的第10章和第11章由博士后石熠編寫,姬宜朋副教授負責其他章節(jié)的編寫和初稿的整理,陳家慶教授負責全部內(nèi)容的組織策劃、典型案例遴選、審校修改和細節(jié)完善等工作。陳家慶教授作為環(huán)保設備原理與設計北京高等學校精品課程主講教授(2007年)以及北京高校優(yōu)質(zhì)本科課程重點項目負責人(2021年)、北京市高等學校教學名師(2008年)、享受國務院政府特殊津貼專家(2018年),不僅在2010年前系統(tǒng)深入地開展過軸承、密封等應用摩擦學領域的相關(guān)研究,而且在從教早期就講授過五輪次以上機械設計基礎系列課程。親力親為的內(nèi)因是希望不斷踐行知行并重的育人理念。
本著普及機械工程學科大類基礎概念,突出環(huán)保設備特色并兼顧工程實際的原則,本書內(nèi)容不僅涉及常規(guī)機械設備設計過程關(guān)聯(lián)的共性基礎知識,而且特意以例題和大作業(yè)等方式將其與具體的環(huán)保設備設計過程交叉融合。在編寫過程中力求文字通俗易懂、表達準確到位、圖文并茂,在兼顧內(nèi)容實用性的同時盡可能體現(xiàn)高校教材所應有的高階性、創(chuàng)新性和挑戰(zhàn)度。與此同時,希望通過關(guān)注教材的內(nèi)涵質(zhì)量、強調(diào)與時俱進、樹立工程觀念、突出設計思維等細微舉措,努力朝著精品教材的目標邁進。
本書的編寫和出版工作得到了北京市高層次創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才支持計劃教學名師項目、北京市屬高校重點建設一流專業(yè)、北京市高水平創(chuàng)新團隊建設計劃項目等的支持。編著者所在北京石油化工學院的各級領導以多種方式和途徑給予了關(guān)心和支持,機械工程學院機械基礎教研室、環(huán)境工程系暨環(huán)境工程北京市級實驗教學示范中心等基層學術(shù)組織的新老同事也對編寫工作提出了許多寶貴意見和建議,機械工業(yè)出版社對本書的編寫多次給予鼓勵和鞭策,在此表示誠摯的感謝。在資料收集、整理分析、內(nèi)容完善過程中,作者參考引用了一些國內(nèi)外環(huán)保設備和機械零部件生產(chǎn)廠商的網(wǎng)站資料,以及一些教學科研、工程設計等領域?qū)<覍W者所撰寫的教材、論文、論著和《機械設計手冊》等,雖已在參考文獻中予以著錄,但難免掛一漏萬,在此對相關(guān)作者均深表謝意。
本書的學習以工程制圖、工程力學等課程的部分知識作為基礎和鋪墊,各高?筛鶕(jù)相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)目標和培養(yǎng)方案的實際情況選擇性講授。除作為高等院校環(huán)境工程及相關(guān)工科專業(yè)的專業(yè)基礎教材之外,作者更希望本書能夠為從事環(huán)保設備相關(guān)工作的人員提供有益參考。本著共同提升該類課程教育教學質(zhì)量、推動新工科建設步伐的目的,本書在例題中盡量詳細闡述工程背景,同時在藍墨云課堂內(nèi)每年更新配套PPT課件,讀者可以申請加入相應的云班課。
限于編著者的教學、科研、學術(shù)水平,書中難免有疏漏之處,敬請讀者和專家批評指正。具體事宜可發(fā)電子郵件至jiyipeng@bipt.edu.cn。
編著者
目 錄
前言
第1章 緒論1
1.1 環(huán)保產(chǎn)業(yè)與環(huán)保設備概述1
1.2 設備與機械、機器與機構(gòu)2
1.3 環(huán)保設備的設計原則及本書內(nèi)容4
【習題】7
第1篇 設備設計中的運動學與動力學分析
第2章 機構(gòu)及其運動特性分析10
2.1 機構(gòu)的組成與自由度計算10
2.2 機構(gòu)的表達13
2.3 平面連桿機構(gòu)的特點及應用20
2.4 平面四桿機構(gòu)的基本特性26
2.5 其他常用平面機構(gòu)的特點及應用29
2.6 平面機構(gòu)的運動學分析33
2.7 平面四桿機構(gòu)的設計40
【習題】43
第3章 機械系統(tǒng)的動力學分析基礎48
3.1 作用在機械上的力48
3.2 運動副的摩擦力50
3.3 運動副的自鎖與機械效率52
3.4 機械運轉(zhuǎn)周期性速度波動的調(diào)節(jié)56
3.5 機械系統(tǒng)的平衡61
【習題】71
第2篇 設備零部件設計的選材、成形與基本準則
第4章 常用工程材料及其改性處理與加工成形74
4.1 工程材料的分類與性能74
4.2 金屬材料及其性能強化79
4.3 金屬材料的腐蝕與防護96
4.4 非金屬材料與復合材料100
4.5 材料加工成形工藝概述109
【習題】112
第5章 設備零部件設計的基本準則與方法113
5.1 零部件標準化與公差配合準則113
5.2 零件的設計計算準則與強度判斷條件124
5.3 容器類設備關(guān)鍵零件的設計計算準則與強度判斷條件132
5.4 機械零件的耐磨性142
【習題】144
第3篇 設備常用連接與傳動設計
第6章 螺旋副與常用零件間的連接148
6.1 螺旋副與常用螺紋的主要參數(shù)148
6.2 螺紋連接的基本類型及螺紋連接件154
6.3 螺紋連接的預緊和防松157
6.4 連接螺栓的強度計算159
6.5 螺紋傳動166
6.6 鍵連接和花鍵連接174
6.7 銷連接、焊接以及其他連接179
【習題】184
第7章 摩擦傳動與帶式輸送機構(gòu)186
7.1 帶傳動的類型和計算分析186
7.2 帶傳動的彈性滑動、打滑和帶的張緊191
7.3 V帶傳動的設計193
7.4 輸送帶設計簡介207
7.5 摩擦輪傳動217
【習題】224
第8章 鏈傳動與鏈式輸送機構(gòu)225
8.1 鏈條和鏈輪225
8.2 傳動鏈的工作情況分析229
8.3 鏈傳動的潤滑、布置、張緊與防護232
8.4 滾子鏈傳動的設計計算234
8.5 鏈條輸送機與輸送鏈簡介241
【習題】251
第9章 齒輪及蝸桿傳動設計253
9.1 齒輪傳動的類型及結(jié)構(gòu)參數(shù)描述253
9.2 齒輪的齒廓、嚙合特性和加工原理255
9.3 齒輪輪齒的失效形式和材料選擇260
9.4 直齒圓柱齒輪傳動機構(gòu)的設計263
9.5 斜齒圓柱齒輪傳動機構(gòu)設計269
9.6 錐齒輪傳動機構(gòu)的設計275
9.7 交錯軸斜齒輪傳動簡介278
9.8 蝸桿傳動279
9.9 齒輪的結(jié)構(gòu)設計、潤滑及安裝定位289
【習題】296
第10章 齒輪傳動的應用輪系及減速器298
10.1 輪系分類298
10.2 輪系的傳動比計算300
10.3 輪系的應用305
10.4 標準減速器306
【習題】316
第4篇 軸系及其相關(guān)零部件
第11章 軸與聯(lián)軸器320
11.1 軸的分類與材料320
11.2 軸的結(jié)構(gòu)設計322
11.3 常用聯(lián)軸器325
11.4 軸的強度計算334
11.5 軸的剛度計算與臨界轉(zhuǎn)速338
【習題】345
第12章 軸承及其潤滑與密封347
12.1 滑動軸承的結(jié)構(gòu)、潤滑形式與材料347
12.2 非液體摩擦滑動軸承的設計計算354
12.3 滾動軸承的結(jié)構(gòu)和分類356
12.4 滾動軸承的選型設計計算361
12.5 滾動軸承的潤滑及其組合設計368
12.6 密封371
【習題】379
參考文獻381