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第1章　机械设计概论1

1.1　机械的类型与组成2

1.1.1　机械的类型2

1.1.2　机器的功能组成3

1.1.3　机器、机构的结构组成4

1.1.4　本课程研究的对象、内容与任务5

1.2　机械设计的基本要求和一般程序5

1.2.1　机械设计的基本要求5

1.2.2　机械设计的一般程序和主要内容6

1.2.3　机械传动系统设计7

1.2.4　机械结构设计9

1.3　机械零件设计的基本要求和一般步骤10

1.3.1 机械零件设计的基本要求10

1.3.2　机械零件设计的一般步骤10

1.3.3　机械零件设计的常规设计方法10

1.4　机械零件的工作能力11

1.4.1　机械零件的主要失效形式11

1.4.2　机械零件的工作能力设计计算准则12

1.5　机械零件的常用材料及选用原则13

1.5.1　机械零件的常用材料13

1.5.2　材料选用基本原则15

1.6　机械设计中的标准化、系列化和通用化16

1.6.1　“三化”的含义及其优越性16

1.6.2　机械零、部件的标准化17

1.7　机械设计方法的发展动态17

思考题与习题19

第2章　机械零件的强度21

2.1　载荷和应力的分类21

2.1.1 载荷分类21

2.1.2　应力分类22

2.2　机械零件的静强度23

2.2.1　静强度计算方法23

2.2.2　复合应力计算24

2.2.3　许用安全系数的选择25

2.3　机械零件的疲劳特性26

2.3.1　疲劳断裂26

2.3.2　疲劳极限27

2.3.3　疲劳极限应力图28

2.3.4　影响零件疲劳强度的因素29

2.3.5　零件的疲劳极限应力图31

2.4　机械零件的疲劳强度计算32

2.4.1　疲劳强度计算方法32

2.4.2　单向稳定变应力时的疲劳强度计算33

2.4.3　规律性单向非稳定变应力时的疲劳强度计算34

2.4.4　双向稳定变应力时的疲劳强度计算37

2.5　断裂力学在零件设计中的应用38

2.6　机械零件的表面强度41

2.6.1　表面挤压强度41

2.6.2　表面磨损强度42

2.6.3　接触疲劳强度42

思考题与习题46

第3章　摩擦、磨损及润滑概述48

3.1　摩擦49

3.1.1　摩擦的分类49

3.1.2　影响摩擦的主要因素49

3.2　磨损50

3.2.1　磨损的定义和分类50

3.2.2　磨损过程51

3.2.3　减少磨损的措施51

3.3 润滑52

3.3.1　润滑油52

3.3.2　润滑脂57

3.3.3　固体润滑剂59

3.3.4　添加剂59

3.3.5　润滑剂的选用59

3.3.6　流体润滑60

3.4　摩擦学研究的现状与发展趋势62

3.4.1　摩擦学研究的发展历史62

3.4.2　研究现状及发展趋势62

思考题与习题64

第4章　齿轮传动65

4.1　概述65

4.2　轮齿的失效形式和设计准则66

4.2.1　轮齿的失效形式66

4.2.2　齿轮传动的设计准则69

4.3 齿轮常用材料和试验齿轮的疲劳极限69

4.3.1　齿轮常用材料69

4.3.2　试验齿轮的疲劳极限71

4.4　直齿圆柱齿轮传动的强度计算74

4.4.1 直齿圆柱齿轮传动的几何尺寸计算74

4.4.2　齿轮传动的受力分析和计算载荷75

4.4.3　载荷系数76

4.4.4　齿面接触疲劳强度计算81

4.4.5　齿根弯曲疲劳强度计算85

4.4.6　齿轮传动的设计参数和传动精度选择89

4.5　斜齿圆柱齿轮传动的强度计算97

4.5.1 斜齿圆柱齿轮传动的几何尺寸计算97

4.5.2　斜齿圆柱齿轮传动受力分析98

4.5.3　齿面接触疲劳强度计算99

4.5.4　齿根弯曲疲劳强度计算99

4.6　直齿锥齿轮传动的强度计算104

4.6.1 直齿锥齿轮的几何尺寸计算105

4.6.2　直齿锥齿轮传动的强度计算106

4.7　变载荷时齿轮的疲劳强度计算和短期过载时的静强度计算109

4.7.1 变载荷时齿轮的疲劳强度计算109

4.7.2　短期过载的静强度计算110

4.8　齿轮传动的效率和润滑111

4.8.1　齿轮传动的效率111

4.8.2　齿轮传动的润滑111

4.9　齿轮结构113

4.9.1　齿轮轴114

4.9.2　实心式或腹板式齿轮114

4.9.3　轮辐式齿轮115

4.10 圆弧齿圆柱齿轮传动简介116

思考题与习题118

第5章　蜗杆传动122

5.1 概述122

5.1.1　蜗杆传动的特点122

5.1.2　蜗杆传动的类型123

5.1.3　蜗杆传动的精度125

5.2　普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算125

5.2.1　蜗杆传动的主要参数125

5.2.2　蜗杆传动的正确啮合条件128

5.2.3　蜗杆传动的变位128

5.2.4　蜗杆传动的几何尺寸计算129

5.3 蜗杆传动的相对滑动速度和效率130

5.3.1　相对滑动速度130

5.3.2　传动的效率131

5.4　蜗杆传动的失效形式、设计准则和材料选择133

5.4.1 蜗杆传动的失效形式和设计准则133

5.4.2　蜗杆、蜗轮常用材料133

5.5　普通圆柱蜗杆传动的承载能力计算134

5.5.1　蜗杆传动的受力分析及计算载荷134

5.5.2　齿面接触疲劳强度计算136

5.5.3　齿根弯曲疲劳强度计算137

5.5.4　圆柱蜗杆的刚度计算139

5.6　蜗杆传动的润滑与热平衡计算140

5.6.1　蜗杆传动的润滑140

5.6.2　热平衡计算140

5.7　蜗杆与蜗轮的结构设计141

5.8　新型蜗杆传动简介146

5.8.1　圆弧齿圆柱蜗杆传动146

5.8.2　环面蜗杆传动146

5.8.3　滚动蜗杆传动147

思考题与习题148

第6章　带传动150

6.1 概述150

6.1.1 带传动的工作原理和类型150

6.1.2　V带的类型和结构152

6.1.3　V带轮154

6.1.4　带传动的主要几何参数155

6.2　带传动的受力分析及运动特性156

6.2.1　带传动的受力分析156

6.2.2　带传动的弹性滑动和打滑157

6.2.3　传动带的应力分析158

6.3　普通V带传动的设计160

6.3.1　失效形式和设计准则160

6.3.2　单根普通V带的额定功率160

6.3.3　V带传动的设计计算和参数选择163

6.3.4　V带传动的张紧装置167

6.4　同步带传动170

6.4.1 同步带传动的特点及应用170

6.4.2 同步带的类型和主要参数170

6.4.3 同步带传动的设计计算和参数选择174

思考题与习题180

第7章　链传动182

7.1 概述182

7.1.1　链传动的特点和应用182

7.1.2　滚子链的结构特点183

7.1.3　滚子链链轮185

7.2　链传动的运动特性和受力分析188

7.2.1　平均速度和平均传动比188

7.2.2　瞬时速度和瞬时传动比189

7.2.3　链传动的动载荷190

7.2.4　链传动的受力分析190

7.3　滚子链传动的设计191

7.3.1　滚子链传动的失效形式191

7.3.2　滚子链传动的设计准则193

7.3.3　滚子链传动的设计计算和参数选择195

7.3.4　链传动的布置、张紧和润滑198

7.4　齿形链传动201

7.4.1 齿形链传动的特点及应用201

7.4.2　齿形链主要参数和额定功率202

7.4.3　齿形链传动的设计计算和参数选择203

思考题与习题212

第8章　其他传动装置213

8.1 螺旋传动213

8.1.1　螺纹的主要参数和分类213

8.1.2　螺旋副的受力分析、效率和自锁215

8.1.3　螺旋传动的分类218

8.1.4　螺旋传动的结构219

8.1.5　滑动螺旋传动的设计计算219

8.1.6　其他螺旋传动简介223

8.2　摩擦轮传动224

8.2.1 概述224

8.2.2　圆柱摩擦轮传动的设计计算226

8.2.3　牵引传动226

8.3　减速器228

8.3.1　减速器的分类228

8.3.2　常用减速器的形式、特点及应用229

8.3.3　其他减速器简介231

8.4　变速器232

8.4.1　有级变速器232

8.4.2　无级变速器234

思考题与习题238

第9章　机械传动系统方案设计240

9.1　机械传动类型的选择240

9.1.1　机械传动类型的选择依据240

9.1.2　机械传动类型的选择原则241

9.1.3　机械传动类型的选择241

9.1.4　常用机械传动的主要特性245

9.2　机械传动系统方案的评价方法247

9.2.1　常用评价方法247

9.2.2　常用机械传动性能评价指标及评分标准参考值249

9.3 机械传动系统方案设计实例分析250

思考题与习题254

第10章　轴的设计256

10.1 概述256

10.1.1　轴的功用256

10.1.2　轴的分类256

10.1.3　轴的设计内容和一般设计步骤257

10.1.4　轴的材料258

10.2　轴的结构设计259

10.2.1 拟订轴上零件的装配方案260

10.2.2　初步估算轴的最小直径260

10.2.3　确定各轴段的直径和长度261

10.2.4　轴上零件的固定262

10.2.5　轴的制造和轴上零件的装拆264

10.2.6　减少应力集中、提高疲劳强度265

10.3　轴的强度计算268

10.3.1　按扭转强度条件计算268

10.3.2　按弯扭合成强度条件计算268

10.3.3　按疲劳强度的安全系数校核计算270

10.3.4　按静强度的安全系数校核计算270

10.4　轴的刚度和振动计算271

10.4.1　轴的刚度计算271

10.4.2　轴的振动计算272

思考题与习题281

第11章　轴的连接与制动285

11.1　轴毂连接285

11.1.1　键连接285

11.1.2　花键连接289

11.1.3　销连接291

11.1.4　型面连接293

11.1.5　过盈连接293

11.2　联轴器294

11.2.1　联轴器的功用与类型294

11.2.2　常用联轴器295

11.2.3　联轴器的选用302

11.3　离合器304

11.3.1　离合器的功用与类型304

11.3.2　常用离合器304

11.3.3　离合器的设计与选择要点308

11.4　制动器309

11.4.1　制动器的功用与类型309

11.4.2　常用制动器309

11.4.3　制动器的选择与设计要点311

思考题与习题312

第12章　滚动轴承314

12.1 概述314

12.1.1　滚动轴承的基本结构314

12.1.2　滚动轴承的结构特性315

12.1.3　滚动轴承的材料316

12.2　滚动轴承的常用类型和选择317

12.2.1　滚动轴承的类型317

12.2.2　滚动轴承的代号320

12.2.3　滚动轴承类型的选择322

12.3　滚动轴承的工作情况及计算准则324

12.3.1　滚动轴承的受力分析324

12.3.2　滚动轴承的失效形式325

12.3.3　滚动轴承的计算准则326

12.4　滚动轴承的寿命计算326

12.4.1 滚动轴承寿命计算的基本概念326

12.4.2　滚动轴承寿命计算的基本方法327

12.4.3　滚动轴承的当量动载荷330

12.4.4　向心角接触轴承的内部轴向力和轴向载荷331

12.4.5 同一支点成对安装同型号向心角接触轴承的计算特点334

12.4.6　不稳定载荷下轴承的寿命计算334

12.5　滚动轴承的静强度和极限转速335

12.5.1 滚动轴承的静强度计算335

12.5.2　滚动轴承的极限转速337

12.6　滚动轴承组合结构设计337

12.6.1　滚动轴承的轴向固定和基本结构类型338

12.6.2　滚动轴承的基本组合形式339

12.6.3　滚动轴承支承结构的刚度342

12.6.4　滚动轴承精度、配合及游隙的选择344

12.6.5　滚动轴承的润滑和密封346

12.6.6　滚动轴承的安装、调整及拆卸350

思考题与习题355

第13章　滑动轴承357

13.1　概述357

13.2　滑动轴承的结构形式358

13.2.1　径向滑动轴承的结构形式358

13.2.2　止推滑动轴承的结构形式360

13.3　轴瓦的材料和结构360

13.3.1　轴瓦的材料360

13.3.2　轴瓦的结构364

13.4　滑动轴承的润滑366

13.4.1　滑动轴承润滑剂的选择366

13.4.2　润滑方式与供油装置367

13.5 非完全液体润滑滑动轴承的设计计算369

13.5.1　失效形式和设计准则369

13.5.2　设计步骤370

13.6　液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算371

13.6.1 流体动力润滑的承载机理371

13.6.2　流体动力润滑的基本方程371

13.6.3　径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程373

13.6.4　径向滑动轴承的几何关系373

13.6.5　径向滑动轴承的工作能力计算374

13.6.6　参数选择与设计步骤378

13.7　其他轴承简介381

13.7.1　多油楔滑动轴承381

13.7.2　液体静压轴承382

13.7.3　气体轴承383

思考题与习题384

第14章　螺纹连接385

14.1　概述385

14.1.1　螺纹连接的基本类型385

14.1.2　标准螺纹紧固件387

14.2　螺纹连接的拧紧和防松388

14.2.1　螺纹连接的拧紧388

14.2.2　螺纹连接的防松390

14.3　螺栓组连接的结构设计及受力分析392

14.3.1 螺栓组连接的结构设计392

14.3.2　螺栓组连接的受力分析393

14.4　单个螺栓连接的强度计算396

14.4.1 螺栓连接的失效形式和设计准则396

14.4.2　受拉螺栓连接的强度计算397

14.4.3 受剪螺栓连接的强度计算400

14.4.4　螺纹紧固件的材料和许用应力401

14.5 提高螺纹连接强度的措施405

思考题与习题409

第15章　铆接、焊接和胶接412

15.1　铆接412

15.1.1　铆缝的基本形式413

15.1.2　铆钉的主要类型413

15.1.3　铆缝的受力和失效形式414

15.1.4　铆缝设计414

15.2　焊接415

15.2.1　焊接基本方法416

15.2.2　焊接中的接头和焊缝形式416

15.2.3　焊接结构设计基本准则417

15.2.4　焊接强度计算418

15.2.5　焊接工艺设计注意事项419

15.3　胶接420

15.3.1 胶接的特点及应用范围420

15.3.2　胶接常用材料420

15.3.3　胶接基本工艺过程421

15.3.4　胶接技术的发展和前景422

15.3.5　胶接结构设计422

15.3.6　胶接与铆接、焊接的比较423

思考题与习题423

第16章　弹簧424

16.1　概述424

16.1.1　弹簧的类型和应用424

16.1.2　弹簧的基本性能426

16.1.3　圆柱螺旋弹簧的制造427

16.2　弹簧材料和许用应力428

16.2.1　弹簧的材料428

16.2.2　弹簧材料的许用应力430

16.3　圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计431

16.3.1　圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的结构431

16.3.2　圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的主要几何参数432

16.3.3　弹簧的特性曲线434

16.3.4　受载时的应力及变形计算435

16.3.5 圆柱螺旋弹簧的设计计算步骤439

16.3.6　组合同心圆柱螺旋压缩弹簧设计440

16.3.7　受变载荷作用弹簧的疲劳强度验算441

16.4　圆柱螺旋扭转弹簧的设计443

16.4.1 圆柱螺旋扭转弹簧的结构及几何参数443

16.4.2　弹簧的特性曲线444

16.4.3　受载时的应力及变形计算445

16.4.4 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算446

16.5　其他类型弹簧简介446

16.5.1　碟形弹簧446

16.5.2　环形弹簧447

16.5.3　板弹簧448

思考题与习题449

第17章　有限元方法在零件设计中的应用451

17.1　有限元方法概述451

17.1.1 有限元方法的发展简史451

17.1.2　有限元方法处理问题的基本步骤453

17.1.3　有限元方法的组成模块454

17.1.4　有限元方法在机械行业中的应用454

17.2　杆类零件的有限元计算分析454

17.2.1　连杆结构分析455

17.2.2　连杆工况分析456

17.2.3　连杆有限元的计算与分析457

17.2.4　连杆参数设计优化分析458

17.2.5　结论459

17.3　箱体有限元计算分析459

17.3.1　风力发电机组中的齿轮箱工况分析460

17.3.2　箱体有限元的计算与分析461

17.3.3　结论465

思考题与习题465

机械设计词汇中英文对照466

索引479

参考文献489