起升机构课程设计

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摘要随着现代科学技术的迅速发展，工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，起重机在现代化生产过程中应用越来越广，作用愈来愈大，对起重机的要求也越来越高。尤其是计算机技术的广泛应用，许多跨学科的先进设计方法出现，这些都促使起重机的技术进入崭新的发展阶段。本起重机为16t桥式起重机。本课题主要对起重机的起升机构进行总体设计，起升机构有一台电动机，一台减速器，一台轮式制动器，一套卷筒装置和上滑轮装置构成。要求起重设备运行平稳，定位准确，安全可靠，技术性能先进。本文简要地介绍了起重机的性能、结构、发展状况等，并参照《起重机设计规范》(GB3811-83)及《起重机设计手册》对起重机起升机构及其零部件进行设计计算，从方案论证到具体设计计算，充分发挥了计算机在整体设计中的作用，从而提高了设计质量、缩短了设计周期，提高了工作效率关键词：起重机，桥式起重机，起升机构设计

1AbstractWithfastdevelopmentsofthemodemtechnology,theexpansionofindustrialproductionandthegrowthoftheautomaticlevel,applicationsofthecarnesinthemodemmanufacturehasbeenmoreandmoreextensive,theeffecthasbeenbiggerandbigger.Higherandhigherrequirementhasbeencaused.Especially,withthebroadapplicationofcomputertechnologyandtheappearanceoftheadvanceddesignmethodofalotofinterdiscipline,whichurgethetechnologyofthecarneintoabrand-newseedtime.Thiscameisakindof16tbridgecarnesforhydropowerstation.Thispaperfocusesondesignofhoistingmechanismofthecarne,includingthemainandassistanthoistingmechanismwithelectromotors,reducers,brakestaffs,drumdevicesandpulleygears.Thecarneisrequiredtobestables,highaccuracy,safety,reliabilityandadvancedtechnology.Thistextbrieflyintroducetheearnedcapability,structure,theactualityofdevelopment,andsoon,referringto“Designcriterionofcarne”(GB3811-83)anddesignandcalculateofthehoistingmechanismanditsaccessoryin“Designhandbookofcame^^.Fromschemedemonstratingtodesigningandcalculating,ittakesfulladvantageofthecomputerinthewholedesigntoraisethequalityofthedesign,cutthecycleofthedesign,improvetheworkefficiency.Keyw)rds:came,BridgeCrane,designofhehostingmechanism

2目录1012131517171718181919202022232324摘要Abstract目录第1章绪论1.1起重机起升机构设计要求..1.2起重机工作过程分析1.3课题关键问题及难点第2章起升机构的设计2.1钢丝绳的选择2.1.1钢丝绳最大静拉力2.1.2选择钢丝绳2.2滑轮2.2.1材料2.2.2尺寸计算2.3吊钩组2.3.1确定吊钩组类型2.3.2吊钩钩号2.3.3吊钩组计算载荷2.3.4吊钩主要尺寸计算：....2.3.5吊钩强度校核2.3.6吊钩ANSYS分析2.3.7吊钩横梁与滑轮的验算2.3.8拉板计算2.4卷筒确定2.4.1卷筒直径2.4.2卷筒长度2.4.3卷筒厚度2.4.4选取标准件2.4.5卷筒的转速2.4.6卷筒强度校核2.4.7稳定性校核2.4.8ANSYS分析2.4.9其它主要构件的选择....2.5选择电动机2.5.1计算电动机静电功率....2.5.2初选电动机功率

32424252626262727错误！未定义书签。错误！未定义书签。28282933342.1减速器的选择2.1.1起升机构总的传动比2.1.2验算减速器被动轴的最大扭矩及最大径向力........2.2制动器的选择2.2.1制动器装在高速轴上，其制动力矩满足下列要求2.2.2制动时间验算2.3起动时间与起动平均加速度验算:2.3.1起动时间验算2.3.2起动加速度的验算：2.3.3电动机可靠性的验算：2.4电动机的发热验算：2.5联轴器的选择：第3章三维展示结论参考文献

4第1章绪论1.1起重机起升机构设计要求桥式起重机由运行机构和起升机构构成，其中起升机构使物品获得升降运动。因此，起升机构是起重机械中最主要和最基本的机构，是起重机不可缺少的部分。它的工作好坏对整台起重机的性能有着最直接的影响。起升机构主要由下列部分组成：驱动装置、传动装置、卷筒、滑轮组、取物装置和制动装置。此外，根据需要还装设各种辅助装置，如：终点开关（大多用于限制起升高度，也用于限制下放行程的）、载重量限制器和称量装置等。起升机构的总布置在很大程度上决定于驱动的形式。起重机的驱动形式分为：集中驱动（一台驱动机带动多个机构）和分别驱动（每个机构有各自的原动机）。目前集中驱动只用于以内燃机为原动机的流动式无轨运动起重机，它的缺点是传动装置复杂，操纵装置也复杂。在使用电源方便的地方，起重机的每个机构宜采用分别驱动的型式。这种型式布置方便、安装和检修容易，因此现代各类起重机主要采用分别驱动的型式。我们采用了分别驱动型式。图为电动驱动的起升机构简图。电动机1通过联轴器2与减速器3的高速轴相联。为了安装方便，并当小车架受载变形时为了避免高速轴受到弯曲,联轴器2应当是带有补偿性能的，通常都采用弹性柱销联轴器或齿轮联轴器。为了安装方便，并提高补偿能力，通常如图那样将齿轮联轴器用一段轴连接，该轴称谓浮动轴。制动器通常采用装在如图所示的2位置，这时联轴器的一半是带制动轮

5的。有时在高速轴上装两个制动器，另•个制动器可以装在减速器的外侧或装在电动机轴上。通常制动器采用常闭式的瓦块式制动器，装有电磁铁、或电动液压推动器或液压电磁铁作为松闸器，并与电动机连锁。制动器的制动力矩保证有足够的制动安全系数。制动器通常装在高速轴上，因为高速轴的力矩小，从而可采用较小尺寸的制动器。在要求紧凑的情况下，也可采用带式制动器。传动装置常采用二级圆柱齿轮减速器。如起升速度很慢，传动比较大，也可采用三级圆柱齿轮减速器。在要求紧凑的起升机构中，也可采用涡轮减速器，缺点是机构效率低。有时采用涡轮减速器是为了减少噪音，例如在载人电梯中。由于起升机构是起重机械中最主要的机构，所以在设计起升机构时，在满足起升机构的使用性能要求的情况下，要合理选用零部件，尽量使机构布置的紧凑可靠、外形尺寸小，还要考虑安装和维修。1.1起重机工作过程分析起重机械的工作过程是：1、在装载地点起升物品；2.、在负载情况下水平移动物品；3.、在卸载地点下降并卸去物品；4、在无载情况下起升并水平移动返回到装载地点。如此重复循环的工作，每运送一次物品的时间称为一个周期。于起升机构，在一个工作周期内，有两段工作时期和两段停歇时期。工作时期即起升物品和下降物品时期；停歇时期既起升机构不工作二运行机构往返或旋转机构往返工作的时期。每一个工作周期内又分为起动、等速运转和制动三个阶段。1.2课题关键问题及难点起升机构包括了吊具，卷筒，减速器，制动器，电机等多方面，在设计时，可能难以处理的问题有下面几个方面：1.减速器和电机，卷筒在起重机上的布局因为三者之间距离的改变会影响到联轴器选用和制动器选用。2.卷筒设计我认为卷筒设计是起升机构设计的关键环节，卷筒的壁厚取决于最大起升重量，卷筒的长度由钢丝绳的直径和卷筒节距确定。只有卷筒的选择符合设计要求，才能根据所给的起升速度确定减速器输出端转速和电动机的选择，再由所选电机的输出转速和减速器输出转速确定减速器的传动比，选择合适型号的减速器。3.制动器的选择

6制动器必须能在重物上升时及时使电机输出停止，在重物水平移动时保持起升机构的停止，还要在卸货时及时停车，防止货物受损。所以制动器是起升机构里重要的安全保障装置，选择是要谨慎。1.钢丝绳，卷筒等强度载荷的校核第2章起升机构的设计2.1钢丝绳的选择钢丝绳是有很细的强度很高的钢丝，按一定的螺距绕成股，再由股绕成绳。钢丝绳根据其芯材料不同，分为（1）钢丝。钢丝绳起到承受载荷的作用，其性能主要由钢丝决定。钢丝是碳素钢或合金钢通过冷拉或冷轧而成的圆形（或异形）丝材，具有很高的强度和韧性，并根据使用环境条件不同对钢丝进行表面处理。（2）纤维芯。它是用来增加钢丝绳弹性和韧性、润滑铜丝、减轻摩擦,提高使用寿命的。常用绳芯有机纤维（如麻、棉）、合成纤维、石棉芯（高温条件）或软金属等材料。在作为中小型起重机起升机构使用时，纤维芯钢丝绳在抗拉强度和破断力方面可以满足使用需求，并且起重机在运送物料时需要卷绕，因此选用纤维芯钢丝绳，以增加使用寿命，减少更换次数。2.1.1钢丝绳最大静拉力Q一起重量16tG一吊钩组重量，选用G20吊钩组，G=467kg小滑轮组效率，选用滚动轴承，取%=。98,查表3-2-11（起重机设计手册）(16000+467)x9.85鹏=1——=27305.69^得a2x3x0.98

72.1.2选择钢丝绳型号选择为6卬（凶查表3-1-1（起重机设计手册）直径确定：Sh>^-（Pn钢丝绳安全系数，取n=5.5查表2-4（起重运输机械）夕钢丝绳破断拉力换算系数，取9=0.85查表2-3（起重运输机械）得“产黑厂―76683.85N则d绳=18.5mm,公称抗拉强度尸=1500N/mm?,钢丝破断拉力总和6/=199500/7查表12-5（起重机设计手册）最终选择钢丝绳6卬（19）-18.5-1500-1-光右交GB13110-74.2.2滑轮2.2.1材料工作级M4以下时选用铸造滑轮2.2.2尺寸计算1）滑轮直径DD>（e-\）d其中查表2-2e=25（起重运输机械）d为钢丝绳直径18.5mm则D218.5x（25-1）=444mm查附表1选用标准滑轮D=500（起重机课程设计）

82）平衡滑轮直径。平有附表2取平衡滑轮直径Dp=0.6D=300mm（起重机课程设计）3）滑轮及零部件尺寸确定按照JB/T9005.8-1999选取：1）滑轮EJ7x500-100JB/T9005.8-19992）隔套BT100JB"9005.&19993）挡盖G100JB/T9005.&19994）隔环H100JB/T9005.&19995）涨圈180JB/T9005.8-19992.3吊钩组2.3.1确定吊钩组类型起重量为203选用短钩形，滑轮数为4的吊钩组2.3.2吊钩钩号按照GB/T10051.1-88选择钩号为12,材料为DG202.3.3吊钩组计算载荷Q计，n・Q额其中，Q额——额定起重量知——动力系数，平均速度为7.3m/min时取沏=1.1则Q”=1,1x20=22t

92.3.1吊钩主要尺寸计算:钩孔直径单钩.D«(30~35)^/27(mm)«160mm其它尺寸«»160n10Sx0.75D=120mm11«(2-2.5)n=320mm12«0.5h=80mm栈面系数b1«0.67h=107mmb2a0.4b1%43mm2b2b]+b2_Jl_69mme2=h-e,=160-69=91mm2.3.5吊钩强度校核A-A截面：=F^，(/?0-e1)22x1(Tx9.8x69_11625x0.124x160^=129Mpa<180.8MpaB-B截面

10b_.0i+e]内Bfbkbd22x103x9.8x69=11625x0.124x160=64.5Mpat==66.5Mpa<180.8A/pa2Fr吊钩螺纹部分拉至47d>16x22x1()3x9.8…=68.4mm3.14x235选择直柄吊钩LY/2-MGB10051.5

11承压面应力图外侧应力图1251^MaxB:StaticStructural(ANSYS)Force2Time:1.s2011/1/1022:14[A]Force:1.078e*005NgForce2:1078e+005NB:SialicStructuralEquivalentStressTypeEquivalentUnttMPaTime12011/in022:12

12内侧应力图B:StaticStructural(ANSYS)TotalDeformationTypeTotalDeformationUnit:mmTime:12011/1/1022:131.1288Max1.00340.877960.752540627110501690.376270.2508501254吊钩横梁验算

13b拉=乂计=1.5(3计(1，-0.5(1)-W-(B+d)h21.5x22x9.8x1。3x(226+25-0.5x34)=(237-74)x66?=97.47MPa<2=97.9]MPa2.4轴颈0•挤=-Q计2dMi+&)22x103x9.8=2x60x(25+20)=39.93MPa<10■挤1工作时有相对转动取口挤]=[.=47MPa2)滑轮轴计算钢丝绳张力计算2乂($1+$2+$3+S4)=Q+G0其中，G。在12.5~20t时取2.5%Qs2=k»s3=ks2s4=ks3滚动轴承时k取1.02贝ijs«=27KNs2=27KNs3=28KNs4=28KN滑轮轴危险截面校核si=s1+s2=s4=54KNs2=s2+s3=s3=56KN

14=34.95MPa<3429x106x32b拉_W=3.14x1062.3.8拉板计算截面A-A

152(b-d后»e其中Qi』——1—Q计&+§222x9.8x103x20x2.45%在°=fl=o,24时取2.45b250-2x(250-60)x20x(20+25)=30.89MPa<二=138.24MPa1.7截面B-B叭Q计伊+。251)q-2dd(hj-0.25d2)-2.522x1O'x9.8x20x(652+0.25x60220+25V2x60x20x(652-0.25x602)=61.54MPa<2.5=94MPa孔轴°~挤=Q计2dda2022x103x9.8x20+252x60x20=39.93MPa<口挤।工作时有相对旋转取口挤］=2=47MPa5

16起重机起升机构工作级别起重机用于工厂加工车间，起升机构工作级别M4查表2-1-52.4卷筒确定起升机构的卷筒是用来卷绕并储存起升绳的。在批量生产的通用中小型起重机中多用铸铁制造的卷筒。2.4.1卷筒直径DN(e-l)(/绳e一轮绳直径比，取25,查表2-4(起重运输机械)得Q2408〃〃72圆整D=500mm2.4.2卷筒长度采用双联卷筒，卷筒总长度为L=2(+z0+4)t+m4,一两端绳索的固定和边缘所占长度m一双联筒中间不切槽部分长度。mmin=A-0.2hminA-吊钩组与滑轮之间的距离〃而吊钩最高位置时，滑轮轴线距卷筒轴线的距离计算得m=1\5mmZ。一附加圈数，一般Zo=L5~3,取2

17D。一卷筒计算直径，=O+d绳=517mm♦一滑轮组倍率，4=4L=2x―*4+2+4|x19+115=\491mmI7x517）圆整，L=1500加加2.4.1卷筒厚度卷筒选用材料HT20-40=0.02D+（6~10）=0.02x500+8=18mm2.4.2选取标准件根据卷筒计算得参数选择卷筒标准件，查表3-3-7（起重机设计手册）卷筒直径D=500mm,长度L=1500nw/,槽底半径R=10mm,标准槽形槽距6=20皿〃；起升高度"=12机，滑轮组倍率乙=4,靠近减速器一端的卷筒槽向为右旋的A型卷筒卷筒A500x1500-9.5x19-12x4-右JB/T9006.2-1999

18D3(H8)/mm:D(H12)/mm:500DI(H8)/mm:465D2/mm:455nl/mm:8Ll/mm:90L2/mm:4017n/mm:82.4.5卷筒的转速Vihni=—^,皿7.3x43.14x0.517=17.987"min2.4.6卷筒强度校核由于人=3,只按压缩应力进行计算，所以需要按下列公式进行D平其中-钢丝绳最大张力[My一许用压应力6]=2=变=157用户（钢材）L」'1.51.5(T得2601517.5x20=74.3MP<[o-]=157MPv则强度校核通过

192.4.6稳定性校核由于D<1.2m,所以不需要验算卷筒壁的抗压稳定性钢丝绳长度计算L绳=H-i/r+1。叫）其中Do一卷筒计算直径，Do=O+d绳=517mm一滑轮组倍率，乙=4力皿-吊钩最低位置时，滑轮轴线距卷筒轴线的距离，为1300mm得L绳=1300x4+10x3.14x517=21442mm圆整L绳=22m2.4.7ANSYS分析

200.081798Max007271B:SialicStructunTotalDeformationTypeTotalDeformationUnitmmTime：12011/1/82200卷筒总应变图

21J-4V.00036.301Max32.26928.236上24204^H总应力图2.4.9其它主要构件的选择B:StaticStructural(ANSYS)EquivalentStressType.Equivalent(von-Mlses)StressUnitMPaTime:12011/1/821:592)卷筒毂8X4(H9)|根据卷筒直径选择卷筒毂，查表3-3-13选择形式3（上）材料HT200250.00500.00(mm)1）钢丝绳压板根据钢丝绳直径选择压板，查表3-3-4压板4GB5975-86

223）齿轮连接件3-3-14根据卷筒直径选择齿轮连接件，查表型式：1图号：模数m:齿数z:T145-716562.4选择电动机我国起重机采用专用的直流和交流电动机。直流电动机的主要优点是调速范围大、过载能力强、平滑的调速特性和较大的起动、制动转矩。工作电压为220V和440V。但存在设备费用高、体积大和需要专用的供电电源等缺点，少数冶金起重机和要求在较大范围内平稳调速的传动机构采用直流电机。电动机机械部分的强度和刚度设计的足够大，所以电动机的选择主要是电动机热容量的选择。因为起升机构属于断续周期工作，起升机构电机可认为是S3工作制。。在起重机械中，一般采用三相交流感应电动机和锥形转子电动机，其工作电压为220V/380V和500V。根据机构工作级别，一般选择JZR2、YZR、JZRH型3相交流电机。2.5.1计算电动机静电功率1000〃其中：额定起重量Q16t吊钩重量G钩467/上升速度v9.3m/min总效率〃--0.85所以［=29.43辞

232.5.1初选电动机功率其中：K电——起升机构按静功率初选电动机系数,JC%=25,取长电=68Ne>23.54Kw（杳附录）选择较接近的电动机JZR252-8。在JC%=25时，功率N=30kw,转速n=720转/分，最大转矩倍率0=2.8,电动机转了•K轮矩GD,^=3.234kg-m2oV-L9.3x3n_乃DixO.5185=17.14r/min2.6减速器的选择减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。在机构设计中，应尽可能选择由减速器制造厂供货的标准减速器，起重机减速器分为ZQA型和QJ型两大类。2.6.1起升机构总的传动比n.tl720i='==40.01n*17.14TS根据传动比i=40.01,电动机功率N=30kw,转速n=720转/分，工作类型中级，从减速器产品目录（附录26）可选用ZQ-650-II-3CA型减速器，

242.5.1验算减速器被动轴的最大扭矩及最大径向力1)输入轴最大扭矩验算%=。.8。的额不心也]MM新=975x亚=40.62奴•加式中用额一电动机额定扭矩，'720i——传动比i=40.17〃——电动机至减速器的传动效率〃=095。一电动机最扭矩系数0=2.8囚]——减速器低速轴的最大暂容许扭矩，[M]=615()kg-m“1111tt=3472.27kg.m所以<[m]2)最大径向力的验算%ax=；(aSmx+G)W[尸]式中Sa一卷筒上钢丝绳的最大拉力Sg=27305.69NG——卷同重量G,=788kg[P]=10000^7^=3015kg<[P]3)实际起升速度的验算实际起升速度为废际=^f=9.7%由并要求起升速度偏差小于15%

25£=-所以满足要求xlOO%=9.3-9.79.3=4.3%<15%2.5制动器的选择制动器是起升机构不可缺少的安全装置，而且耍安装在高速轴与卷筒刚性联系的位置。一般起重机常用的减速器有盘式和瓦块式两种。2.5.1制动器装在高速轴上，其制动力矩满足下列要求式中K制—制动安全系数，对中级工作类型，*制=1.75知制——满载时制动轴上静力矩（Q+G）AIP'J-24-i%11-'I'%一机构总效率，%=0.91K制制M=1.75x（1）6000+467x0.51852x3x40.17x0.85=52.69kgm根据以上计算所的制动力矩K制.股制静，从制动器产品目录中选用YWZs-315/50制动器，制动轮直径315mm，制动力矩60依・m,液压推动器型号ED80-6-2.5.2制动时间验算375・（M制/M975（g+G）D°277+C（GD,）2

26式中“制—制动器的制动力矩,“制=60依w片n转速rminM制满载时制动轴上静力矩，(Q+G>O0(D6000+467x0.5185八…M=———--nn=x0.85=30.11j12-w2-ih-i°2x3x40.17"—起升机构效率〃=°$5C取1.15GD；=GD；+GD：+GD；GD2,电动机转子飞轮矩,G*=3.234kg-mGD；——电动机轴上联轴器的匕轮矩GO；=0.392依•加GD；——电动机轴上制动轮的飞轮矩G。；=L8依mt：=0.42s<(1~2)s2.5起动时间与起动平均加速度验算:2.5.1起动时间验算t.=———r975(c+G)p^+c/yz375.(a-/)[尸〃\式中乂〃一电动机的平均起动力矩M“=1.5”,=1.5x975x生=1.5x975x也=60.43kg.m勺720从，——电动机轴上的静力矩（Q+G）£>（）（16000+467）x0.5185M：=上——3=1=41.68奴•加

27'2・ih・i・rj02x3x40.17x0.85tq=0.675

28由上面的设计得减速器的高速轴的4=60mm,'=110mm1）电动机端得联轴器由（1）附表43选用CLZs-S⑻半联轴器，其最大容许转矩为315kg.m>Md《轮力矩为=0.396kg•疗质量为G“=24kg2）减速器端的联轴器由（1）附表45选带娟00mm的制动轮半齿联轴器，S198型，最大容许转矩为315kg.m飞轮矩（G°）/2=i.8依切之质量为G，2=37.5kg为与所选制动器适用，修正其*=315〃m第3章三维展示

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32结论这个课程设计给我们的收获有很多,尤其是在教训方面做了一个月的课程设计终于做出来了，但是和期望的东西仍有太大的差别。大家都有这样的感觉：这个课程设计还算简单，我也这样觉得，就是一个简单的起升机构设计，可就是这样简单的东西却让我们费劲了脑筋！1、时间的安排，把课程设计想的过于简单，没有很好的抓紧时间，把时间都浪费了，导致了项目结束懂得很匆忙。_2、学习的不到位，我们好多人都不会三维制图软件，只能在绘图中边学边画。除了发现问题外，我们还是有挺多收获的，在这次课程设计中，大家都受益匪浅。我们寻找问题、发现问题、解决问题。这个过程，不仅使自己对对起重机械这门课程更加的熟悉，更加锻炼了我们在设计计算时的思维能力。

33参考文献[1]GB3811-83.起重机设计规范[S].北京:中国标准出版社，1984.[2JGB"14405.太原重型机器有限公司一通用桥式起重机⑸.北京:机械工业出版社，1980.[3]张质文.起重机设计手册[M].北京:中国铁道出版社，1998.14]起重机设计手册编写组.起重机设计手册[M].北京：机械工业出版社，1980.[5]Purdum.T.MachineDesignfM].JournalofScience&Engineering,1998.[6]扬长葵.起重机械[M].北京:机械工业出版社，1982.⑺祝慈寿.中国工业技术史[M].重庆:重庆出版社，1995.[8]胡宗武，顾迪民.起重机设计计算[M].北京:北京科学技术出版社，1989.[9]陈道南，盛汉中.起重机课程设计[北京:冶金工业出版社，1983.110]须雷.起重机的现代设计方法[J].起重运输机械，1996(8)：3-8.[11]赵磊.12OO/125t桥式起重机的主起升机构[J].起市:运输机械，2003(10):37〜39.[12][日]坂本种芳，长谷川政弘.桥式起重机设计计算[M].北京：中国铁道出版社，1987.[13]GB“14405.太原强型机器有限公司一通用桥式起重:机[S].北京:机械工业出1980.[14]濮良贵.机械设计[M].北京:高等教育出版社，2001.[15]上海交通大学起重运输机教研组.起币:机传动机构的动载荷和动力系数[M].上海：上海科技出版社，1977.[16]须需.现代起重机的特征和发展趋向[J].起重运输机械，1997(10)：3-7.[17]邱栋良.国内外起重机发展动态[J].屈重运输机械，1997(8)：3-5.[18]王昆，何“兀任信远.机械设计、机械设计基础课程设计[M].北京:高等教育出版社，1996.[19]朱学敏.起重机械[M].北京:机械工业出版社,2003.