机械设计实战——从零件、装配到创新设计（原书第5版）

今天的机械工程元素不再局限于金属材料，还有塑料、花岗岩、聚合物混凝土等。本书涉及制造友好和成本效益设计、连接和装配友好设计，以及如何使用各种各样的材料来设计机器。本书的目的是深化和补充设计过程，使设计规则和示例在日常实践中得以实施。本书通过对多个示例进行讲解，可使读者学习到实际解决方案。相关的机器设计解释可以拓宽读者的视野、促进与设计师的有效合作。
本书可供与机械设计行业相关人员和机械设计工程师使用，也可供已经完成本科学业的机械工程专业的人员使用。

本书旨在激发机械工程师在零件、结构设计方面的创造性思维。这种思维方式不仅依赖于基础的科学理论，更需要知识与艺术的相互结合。一位优秀的设计师往往会有意无意地同时思考多种解决方案，这需要设计师拥有丰富的理论知识，同时能够考虑技术实现上的实际问题，并在关键点上提供数据支持。这门设计艺术要求我们一步一个脚印，扎扎实实地向前迈进。
只有在长期学习实践之后，才有可能掌握这门艺术，这期间没有任何秘诀可以让人快速地成为一名优秀的机械设计师。可以确定的是：
1）欲速则不达。
2）兴趣是最好的老师。
3）过程必定激动人心。
4）每一项新任务都具有挑战性。
然而不得不提的是，虽然行业内的从业人员对各自的工作感到满意，但公众对于设计行业的认可却是很少见的。事实上，在当今的机械工程领域，几乎没有哪位设计师或发明家能够达到像奥托（Otto）、狄赛尔（Diesel）他们那样广为人知的程度。作者在Entwerfen und Gestalten im Maschinenbau一书中已经完成了部分前文所提及的目标，但前作的针对人群是机械工程专业的在校学生，并把重点放在了单件制造和小批量生产领域。而在本书中将不再有如此的内容限制，当然这并不意味着能够完整地介绍生产工艺对大批量生产的全部影响，只能提供基础的设计方向、规则和方法。在此基础上，各位读者需要根据自己实际的工作领域，选择更专业的资料，因特网为我们提供了很多新的实用信息：新的材料和相关计算方法，尤其是在轻量化和动态载荷领域，要求设计师不断地学习新知识。从业人员之间的专业交流同样十分重要，就本书而言亦是如此，首先要感谢伊娃·赫恩希尔（Eva Hernschier）、伊娜·迈斯讷（Ina Meiβner）、贝恩德·普拉茨（Bernd Platz）、哈利·托尼格（Harry Thonig）、莱纳·贝克（Rainer Bieck），以及来自德累斯顿工业大学（TU Dresden）和科特布斯森夫滕贝格兰登堡工业大学（BTU CottbusSenftenberg）的同学们；其次各家公司提供的专业图片也都非常有价值。很可惜，这样短短的篇幅不足以表达对所有参与本书创作人员的感谢。
本书中所提及的示例并非全部来自近期的项目，而是作者在多年工作实践中积累所得。时间较为久远的例子并不是为了给读者提供机械工程的发展史概况，而是希望大家可以从中提炼出能够运用于现在或将来实际项目中的思路和技巧。针对日后工作任务的完整解决方案是不存在的，读者应该将本书视为在工作实践和专业研究中应对设计任务的配套书籍，就像其他常备的技术绘图手册和机械零部件书籍。

格哈特·霍诺（Gerhard Hoenow）托马斯·迈斯讷（Thomas Meiβner）

前言
第 1 章 引言 1
1. 1 出发点 1
1. 2 分析是机械设计的先决条件 3
1. 3 变形创新和变形限制 8
1. 4 发明或设计? 14
1. 5 解答 15
第 2 章 制造友好和成本效益
设计 18
2. 1 设计师的责任 18
2. 2 工作面及工作面的变形 24
2. 3 制造的基础形式和首选方案 26
2. 3. 1 概述 (设计师) 26
2. 3. 2 功能一体化 28
2. 3. 3 一体化构造 31
2. 3. 4 加固式构造 34
2. 3. 5 拆分式构造 37
2. 4 模具设计 37
2. 4. 1 砂铸成型件 38
2. 4. 2 永久模具的成型零件设计 43
2. 4. 3 塑料成型件的特点 46
2. 4. 4 纤维-塑料复合材料 55
2. 4. 5 锻造、 挤压和精密冲裁成形
零件 58
2. 4. 6 内压成型 62
2. 4. 7 通过增材制造成型零件 65
2. 5 旋转锻造的造型世界 68
2. 6 解答 71
第 3 章 特殊要求和设计工具 72
3. 1 机器的最小安装空间 72
3. 2 从完全实体结构到最小实体
结构 78
3. 3 整台机器最小及最佳安装空间的
相关问题 84
3. 4 分段式和层状结构 87
3. 5 结构化钣金 88
3. 6 重要 “零部件” ———材料弹性 92
3. 7 重要 “零部件” ———断面 95
3. 8 空心轴 97
3. 9 用于高转速的轴封 99
3. 10 无密封件密封 103
3. 11 力、 力的作用及如何有效地
利用力 106
3. 12 解答 117
第 4 章 易于连接和装配的结构
设计 119
4. 1 选择连接工艺 119
4. 2 螺栓连接和其他螺纹应用 123
4. 2. 1 机器零部件上的螺纹 124
4. 2. 2 如何紧固螺钉和其他螺纹
零部件 128
4. 2. 3 U 形螺栓和夹紧箍 130
4. 2. 4 用于现场维修的固定
螺钉 132
4. 3 激光焊连接 133
4. 4 易于装配的结构 140
4. 4. 1 较少的零部件———决定性
尺寸 140
4. 4. 2 初次成形过程中的连接
工艺 141
4. 4. 3 集成式连接件 143
4. 5 需要装配的结构设计 149
第 5 章 机器设计 151
5. 1 适用新机器结构的场合 151
5. 2 设计师任务和设计任务 154
5. 3 将机器分类成零件组 159
5. 4 大型零件———主体支撑结构
设计 166
5. 4. 1 引言 166
5. 4. 2 铸造结构中的支撑结构 168
5. 4. 3 焊接而成的支撑结构 168
5. 4. 4 螺纹结构 174
5. 4. 5 拉杆结构 175
5. 4. 6 花岗岩———用作精密机械
基础材料的天然岩石 176
5. 4. 7 矿物铸造———不仅仅是一种
新材料 178
5. 4. 8 由塑料制成的支撑结构,
使用或不使用纤维增强 186
5. 4. 9 选择合适的结构设计 187
5. 5 机器设计及其子任务 188
5. 5. 1 步骤———谁将迈出
第一步 188
5. 5. 2 整体结构设计———机器
设计的核心任务 190
5. 5. 3 管道、 软管、 电缆———被
忽视的内容 201
5. 5. 4 精细设计 206
5. 5. 5 人机交互区域的结构
设计 210
5. 5. 6 机器上的图形和色彩 220
5. 5. 7 机械工程师———与设计师
合作的优势 222
5. 6 解答 223
第 6 章 总结与展望 224
参考文献 226