機牀設計手冊

《機牀設計手冊》共分五冊。第一冊：通用標準資料；第二冊：零件設計：第三冊：部件、機構及總體設計；第四冊：液壓、氣動系統設計及機牀現代設計方法：第五冊：電力傳動及控制系統設計。第四冊內容包括五篇。第八篇為機牀液壓系統設計；第九篇為氣壓傳動與控制；第十篇為機牀結構有限元分析；第十一篇為機牀動態性能分析；第十二篇為機牀優化設計。

《機牀設計手冊》可供從事機牀設計的工程技術人員使用，也可供其他有關專業人員和大專院校師生參考。 ^[1] 

第 四 冊 目 錄

第八篇 液壓系統設計

第一章 液壓傳動的一些基本概念

一、機牀液壓傳動的特點

二、流體的靜力特性

（一）在重力作用下液體的靜壓力

（二）靜止液體壓力的特性

（三）靜壓力的計量及單位

三、流動液體的一些特性

（一）液體的一些物理性質

（二）流體的連續性方程

（三）伯努利方程式（能量守恆定理）

（四）兩種流態――層流與紊流

（五）薄壁小孔、圓管及各種縫隙的流量

（六）沿程和局部阻力損失

（七）動量定理

（八）液壓系統的效率和發熱量

第二章 工作介質

一、液壓系統對工作介質的要求

二、工作介質的主要性能指標和成分

三、工作介質的分類及其主要性能

（一）工作介質的分類

（二）各種工作介質的主要性能

四、工作介質的選擇和使用管理

（一）工作介質的選擇

（二）液壓油的使用管理

（三）液壓油的更換

五、國內外油的品種對照

六、工作介質與密封材料的相容性

七、高水基流體的發展 特性及合理使用

第三章 液壓元件

一、液壓泵

（一）液壓泵分類及其結構特徵

（二）液壓泵的性能

（三）定量泵和變量泵的比較

（四）變量泵的控制形式

（五）選擇液壓泵應注意的事項

（六）液壓泵安裝使用注意事項

（七）機牀液壓系統常用的液壓泵

二、液壓馬達

（一）液壓馬達分類及結構特徵

（二）液壓馬達的性能

（三）液壓馬達安裝使用注意事項

（四）機牀液壓系統常用的液壓馬達

三、液壓缸

（一）液壓缸的類型

（二）液壓缸的安裝形式

（三）液壓缸的設計計算和選定

（四）液壓缸的材料、製造與試驗

（五）液壓缸的安裝及注意事項

四、液壓閥

（一）液壓閥分類及其結構

（二）液壓閥安裝面連接尺寸

（三）管式液壓閥油口連接螺紋尺寸

（四）機牀液壓系統常用的三類閥

1.壓力控制閥

2.流量控制閥

3.方向控制閥

五、疊加閥

（一）疊加閥的分類和結構

（二）疊加閥的使用及選擇

（三）疊加閥產品

六、電液比例控制閥

（一）電液比例閥的工作原理

（二）電液比例閥產品

第四章 液壓基本回路和閥類的組合

一、液壓基本回路

（一）壓力（力）控制迴路

（二）速度（流量）控制迴路

（三）運動切換回路

（四）多缸動作迴路

二、閥類的組合

（一）液壓操縱箱

1.操縱箱的分類

2.典型磨牀操縱箱簡介

3.典型磨牀操縱箱主要結構性能指標

4.磨牀操縱箱的設計

5.外圓磨牀操縱箱計算舉例

（二）液壓集成塊

第五章 液壓輔件

一、油箱及其附件

（一）油箱的用途

（二）油箱分類

（三）油箱容量的確定

（四）油箱結構的設計

（五）油箱內壁處理

（六）油箱附件

（七）加熱器與冷卻器

二、管件

（一）管道的計算

（二）管道的基本要素

（三）管接頭

三、濾油器

（一）濾油器分類及其特點

（二）濾油器的性能參數

（三）選擇濾油器應注意的事項

（四）使用濾油器應注意的事項

（五）濾油器產品

四、蓄能器

（一）蓄能器的用途

（二）蓄能器的類型及特點

（三）蓄能器的容積計算

（四）蓄能器充氣壓力的確定

（五）蓄能器的使用注意事項

（六）蓄能器產品技術規格

第六章 機牀液壓系統的設計計算

一、液壓系統設計步驟

（一）明確設計依據

（二）工況分析及繪製負載循環圖

（三）擬定液壓系統草圖

（四）液壓元件的計算與選擇

1.液壓缸和液壓馬達的計算與結構的

選擇

2.液壓泵的計算與選擇

3.控制閥的計算和選擇

4.確定管道尺寸

5.油箱容量

（五）液壓系統的計算或驗算

（六）繪製正式液壓系統圖和液壓系統裝

配圖

二、液壓系統設計舉例

（一）磨牀液壓系統設計

（二）車牀液壓系統設計

（三）L6140A拉牀液壓系統設計

（四）珩磨機牀液壓系統的設計

（五）組合機牀液壓系統設計

（六）牛頭刨牀液壓系統設計

（七）龍門刨牀液壓系統設計

三、液壓系統參考圖例

（一）磨牀

（二）齒輪機牀

（三）珩磨機牀

（四）車牀

（五）組合機牀

（六）牛頭刨牀

（七）龍門刨牀

第七章 機牀液壓系統的維護

一、液壓系統維護管理的必要性

二、液壓系統維護的內容

（一）日常的檢查項目

（二）定期的檢查項目

三、液壓系統外漏的原因及預防辦法

（一）管接頭和油塞的漏油及預防辦法

（二）元件接合面間漏油及預防辦法

（三）殼體漏油及預防辦法

（四）液壓控制閥的漏油及預防辦法

（五）液壓缸漏油及預防辦法

（六）油封漏油的現象、特徵、原因及預

防措施

四、過濾器的維護及管理

五、液壓裝置多見的故障及對策

（一）液壓系統壓力提不高或建立不起壓力

（二）噪聲和振動

（三）爬行

（四）油温過高

（五）液壓衝擊

（六）執行機構的工作速度在負載下有顯著

降低

（七）運動部件速度達不到或不運動

六、工作介質的污染及其控制

（一）工作介質污染後的危害

（二）工作介質污染的原因

（三）如何判斷工作介質的使用界限

（四）工作介質的污染控制

第九篇 氣壓 傳動 與控制

第一章 概述

一、氣壓傳動系統的特點和分類

（一）氣壓傳動系統的組成

（二）氣壓傳動的特點

（三）氣壓傳動系統的分類

（四）氣動元件的基本參數

二、空氣的性質及基本計算

（一）空氣的性質

（二）氣壓傳動的基本計算

1.濕空氣

2.流通能力的計算

3.理想氣體狀態方程

三、充氣放氣温度與時間的計算

（一）充氣温度與時間的計算

（二）放氣温度與時間的計算

第二章 氣源裝置及處理元件

一、氣源裝置

（一）空氣壓縮機的分類及原理

1.空氣壓縮機的分類

2.空氣壓縮機的工作原理

（二）空氣壓縮機的選用原則及容量計算

（三）空氣壓縮機站的設計原則及管道佈置

1.空氣壓縮機站的設計原則

2.管道佈置

（四）空氣壓縮機的使用維修

二.氣源處理元件

（一）氣源系統的組成

（二）對氣源系統的要求

（三）壓縮空氣的淨化處理

1.壓縮空氣淨化的機理

2.過濾材料的分類及用途

3.空氣乾燥的方法和乾燥器的使用

4.過濾器的結構原理與計算

5.自動排水機構分類、工作原理及設

計計算

（四）油霧裝置

（五）氣源處理元件的選用

第三章 控制元件

一.概述

（一）控制元件的作用

（二）控制元件的分類

二、壓力控制閥

（一）壓力控制閥的分類

（二）壓力控制閥的主要品種規格

（三）減壓閥

（四）壓力順序閥

（五）安全閥（溢流閥）

三、流量控制閥

（一）節流閥的節流原理

（二）節流閥的主要品種與規格

（三）節流閥的結構形式

（四）節流閥的設計計算

四、方向控制閥

（一）方向控制閥的分類

（二）方向控制閥的主要品種規格

（三）換向型方向控制閥（簡稱換向閥）

1.換向閥的密封結構形式

2.換向閥產品典型結構介紹

3.滑柱式換向閥的設計計算

4.截止式換向閥的設計計算

（四）單向型方向控制閥

（五）方向閥的使用及常見故障與排除方法

五、氣動邏輯元件

（一）概述

（二）邏輯元件基本原理及結構組成

1.截止式邏輯元件基本原理

2.膜片式邏輯元件基本原理

3.滑柱式邏輯元件基本原理

（三）高壓截止式邏輯元件（QLJ型）

六、電氣比例閥

（一）概述

（二）電氣比例閥結構工作原理

（三）電氣比例閥主要技術參數

第四章 執行元件

一、概述

二、氣缸

（一）氣缸的種類和特點

（二）幾種常用氣缸的工作原理和用途

1.單作用氣缸

2.雙作用氣缸

3.組合氣缸

4.特種氣缸

（三）氣缸的設計與計算

1.氣缸的設計步驟及基本參數

2.活塞桿上輸出力和氣缸直徑的計算

3.活塞桿的計算

4.缸筒壁厚的計算

5.緩衝計算

6.耗氣量的計算

7.衝擊氣缸設計計算

（四）氣缸主要零部件結構、材料及技術

要求

（五）氣缸的選擇與應用

（六）氣缸的性能和試驗

（七）氣缸的動特性

（八）氣缸的故障及其處理

（九）氣缸產品

三、氣馬達

（一）概述

（二）氣馬達的分類及性能

（三）氣馬達的工作原理與特點

1.氣馬達的工作原理

2.氣馬達的特點

（四）氣馬達的選擇、應用及潤滑

（五）氣馬達的製造精度

（六）氣馬達的示功圖

（七）壓縮空氣能量的利用率

（八）氣馬達典型產品

第五章 氣動密封裝置

一、概述

（一）氣動密封的分類

（二）氣動密封的特點

二、氣動閥的密封設計

（一）氣動閥通路間密封結構設計

（二）氣動閥標準密封圈結構設計

1.O形橡膠密封圈密封結構設計

2.Y形密封圈密封結構設計

三、氣缸的密封形式及設計

（一）氣缸的密封形式

（二）氣缸的密封設計

四.氣動密封件

（一）氣動密封件常用材料

（二）氣動閥用密封件

（三）氣缸用密封件

第六章 氣動附件

一、消聲器工作原理、分類、結構及選用

（一）吸收（阻力）型消聲器

（二）膨脹干涉型消聲器

（三）膨脹干涉吸收型消聲器

（四）消聲器主要技術規格

二、氣電轉換器、壓力繼電器的結構原理與

選用

（一）高壓氣電轉換器

（二）低壓氣電轉換器

（三）氣電轉換器的選用

（四）氣電轉換器、壓力繼電器的主要技術

規格

三、緩衝器

（一）緩衝器的分類

（二）油阻尼緩衝器的工作原理

（三）油壓緩衝器的各種結構形式與特點

（四）主要技術參數及選用

（五）介紹兩種典型油壓緩衝器

（六）油壓緩衝器的應用

四、氣動顯示器

（一）高壓微型顯示器

（二）低壓回轉式顯示器

五、氣動管接頭分類、結構及選用

（一）有色金屬管接頭

（二）棉線編織膠管接頭

（三）塑料管、尼龍管用接頭

（四）快速管接頭

（五）組合式管接頭

（六）調速管接頭

第七章 氣動迴路

一、概述

二、氣壓傳動的基本回路和常用迴路

（一）壓力控制迴路

（二）換向迴路

（三）速度控制迴路

（四）力控制迴路

（五）力矩控制迴路

（六）功率放大回路

（七）同步迴路

（八）安全保護迴路

（九）選擇迴路

（十）往復動作迴路

（十一）位置控制迴路

（十二）雙缸程序動作迴路

三、邏輯迴路

（一）基本邏輯迴路及真值表

（二）記憶與時間控制迴路

四、程序控制迴路的設計

（一）多缸單往復系統迴路設計

（二）多缸多往復系統迴路設計

五、比例控制迴路及應用

（一）比例控制迴路

（二）比例及伺服迴路的應用

第八章 氣動系統設計及應用

一、氣動系統設計程序

（一）結構綜合分析、明確設計依據

（二）氣動控制方案的確定及迴路設計

（三）執行元件的選擇和設計

（四）控制元件的選擇

（五）氣動輔件的選擇

（六）氣動系統動力及管道計算

（七）裝配圖設計

（八）結構設計

二、氣動系統設計舉例

三、氣動機構的應用

（一）直線運動機構

（二）擺動運動機構

（三）真空傳送機構

（四）複合運動

第九章 氣動元件主要技術指標及試驗

方法

一、概述

二、氣動元件主要技術指標及試驗方法

（一）氣動元件主要技術指標

1.氣動閥主要技術指標

2.氣缸主要技術指標

3.氣動三大件主要技術指標

（二）氣動元件試驗方法

1.氣動閥試驗方法

2.氣缸試驗方法

3.氣動三大件試驗方法

4.氣動元件試驗壓力

第十篇 機牀結構有限元分析

第一章 慨述

一、有限元法的基本思想

二、結構有限元分析過程

三、機牀設計中有限元法的應用

第二章 結構靜力分析

一、基本原理及方法

（一）單元列式及節點位移方程

（二）座標變換

（三）位移約束處理及方程組求解

（四）單元應力計算

（五）收斂性

二、杆件結構

（一）直梁

（二）平面剛架

（三）空間剛架及桁架

三、平面問題

（一）常應力三角單元

（二）4節點矩形單元

（三）平面等參單元

四、三維問題

（一）簡單四面體單元

（二）8節點等參元

（三）20節點三維等參單元

（四）其它的三維等參單元

五、軸對稱問題

（一）軸對稱簡單三角形單元

（二）軸對稱結構的半解析法

第三章 板亮及複雜結構

一、平板結構

（一）薄板的彎曲變形

（二）4節點矩形薄板單元

（三）3節點三角形薄板單元

（四）相容的板單元

（五）其它板單元

二、殼體結構

（一）殼體分析的平板單元

（二）曲殼單元

（三）8節點殼體參數單元

（四）軸對稱殼體

三、複雜結構分析的幾個問題

（一）不同單元的組合

（二）複雜的位移約束

（三）子結構分析

第四章 結構動力分析

一、結構的動力方程

二、單元質量矩陣

（一）一致質量矩陣和集中質量矩陣

（二）幾種單元的質量矩陣

三、動力方程的簡化

第五章 温度場及熱應力有限元分析

一、平面穩定温度場及熱應力

（一）平面穩定温度場

（二）平面熱應力

二、平面不穩定温度場及熱應力

三、軸對稱温度場及熱應力

四、空間温度場及熱應力

第六章 軸承油膜壓力

一、基本方程

二、油膜壓力的有限元分析

三、應用例舉

第十一篇 機牀動態性能分析

第一章 緒論

第二章 機牀動態性能分析的基本理論

和方法

一 機牀的振動

二、機牀顫振的基本原理及穩定性判據

（一）顫振的理論基礎

（二）機牀切削穩定性判據

三、機牀動態分析的理論和方法

1.多自由度系統運動方程的建立

2.固有頻率和主振型及其確定方法

3.主振型的正交性及系統的模態方程

4.機械阻抗技術在機牀動態性能分析中

的應用

5.多自由度系統傳遞函數的實模態參數

表達式

6.復模態分析的理論

7.多自由度系統傳遞函數的復模態參數

表達式

第三章 機牀結構的動力學模型

一、建立動力學模型的作用及主要原則

（一）建立動力學模型的作用

（二）建立動力學模型的主要原則

二、動力學模型的各種型式

（一）集中質量模型

（二）分佈質量梁模型

（三）有限元模型

（四）混合模型

三、建模的方法和步驟

（一）子結構法

（二）系統識別法

四、建立機牀動力學模型的子結構法

（一）子結構的劃分

（二）子結構的動力學模型

1.子結構的理論模型

2.應用動態試驗數據建立子結構的動力

學模型

（三）動力學模型的綜合

1.機械阻抗綜合法

2.模態綜合法

3.靈敏度分析法

（四）子結構分析法建模的例子

五、動力學模型物理參數識別概述

（一）模態數與自由度數相等時

（二）當振動模態數少於物理參數個數時

第四章 機牀動態性能試驗的方法和數據

處理

一、機牀動態性能試驗的目的和內容

二、機牀動態性能試驗和分析的方法

（一）生產試驗

1.機牀切削抗振性試驗

2.機牀空運轉試驗

（二）研究試驗

1.機牀及其部件動剛度試驗

2.整機相對激振試驗

3.機牀振型的測試

4.機牀模型試驗 88p

三、機牀動態性能試驗常用的分析設備和儀

器

（一）激振設備

（二）拾振傳感器

（三）測力傳感器

（四）記錄設備

（五）分析設備

第五章 機牀結構模態參數識別技術

一、結構模態參數識別技術概述

二、模態參數識別的頻域法

（一）頻域法概述

（二）迭代法

（三）線性最小二乘法擬合

（四）非線性最小二乘法擬合

（五）頻域法的新發展

（六）實例

三、多點激振模態識別技術

（一）多點激振技術概述

（二）多點純模態識別技術

（三）多基準法

（四）模態參數的整體識別法

四、模態參數識別的時域法

（一）時域法概述

（二）Ibrahim時域法

（三）脈衝響應函數法

（四）卡爾曼濾波識別方法

（五）直接曲線擬合的優化方法

（六）時間序列分析法

第六章 機牀結構動態性能分析實例

一、機牀主軸部件動態性能分析實例

（一）對機牀主軸部件動態性能的要求和評

價

（二）機牀主軸部件動態性能確定方法

（三）提高主軸部件動態性能的措施及實例

二、機牀整機動態性能分析實例

（一）機牀整機動態性能分析評價項目

（二）機牀整機動態性能分析實例

1.M8260曲軸磨牀動態性能分析

2.M2120內圓磨牀動態特性試驗

3.C6150車牀整機動態特性試驗

4.Z512鑽牀整機動態特性試驗

5.XQ6225型萬能迴轉頭銑牀動態特性

試驗

6.平面磨牀動態特性分析

7.數控立式車牀動態特性試驗

8.BS－100型立式鏜銑牀動態特性試驗

第十二篇 機牀優化設計

第一章 概 述

一、優化設計的基本概念

（一）目標函數和設計變量

（二）約束條件

（三）優化設計的數學模型

二、優化設計的幾何概念

（一）設計空間、可行域及不可行域

（二）局部最優和全局最優

三、機牀常用數學模型

（一）建立數學模型的原則和方法

（二）機牀常用數學模型

第二章 常用優化方法

一、數學規劃問題的基本概念

（一）數學規劃問題的分類

（二）非線性規劃問題的解法

（三）下降算法的終止準則

二、一維搜索

三、無約束優化方法的最速下降法、牛頓法、

變尺度（DFP）法

四、無約束優化方法的模式搜索法、單純形替

換法、鮑威爾法

五、有約束非線性規劃的直接解法

六、有約束非線性規劃的間接解法――罰函數

法

七、多目標優化設計方法

八、混合設計變量的優化設計方法

九、優化準則法

十、優化方法選擇和計算結果分析處理

第三章 機牀傳動系統優化設計

一、傳動系統分析數學模型

二、傳動系統優化數學模型

三、主傳動系統優化設計實例

第四章 主軸部件優化設計

一、集中參數模型

二、分佈質量梁模型

三、有限元模型

四、主軸有限元優化設計實例

第五章 支承件優化設計

一、支承件有限元分析模型的建立

二、車牀牀身有限元優化設計實例

第六章 整機和部件優化設計

一、機牀動態結構優化設計

二、靈敏度分析和結構修改法

三、模態分析和能量平衡準則法

四、實例

第七章 數字仿真和優化設計實例

一、數字仿真基本原理

二、數字仿真數學模型

三、優化設計和實例

參考文獻

^[1]