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第四篇 机械零件设计 1

第1章 键和销联接 1

1 键联接 1

1.1 键的类型、特点和应用 1

1.2 普通平键联接尺寸和公差配合 3

1.3 平键联接的失效形式和强度验算 5

1.4 矩形花键联接 7

2 销联接 11

2.1 常用销的类型、特点和应用 11

2.2 销的标准元件 12

3 滚动花键简介 19

3.1 滚动花键副的结构 20

3.2 滚动花键副的应用 20

3.3 系列尺寸 20

复习思考题 20

习题 21

第2章 螺纹联接 24

1 螺纹的主要参数 24

2 螺纹的种类、特点和应用 25

3 螺旋副的受力分析、自锁和效率 26

3.1 螺纹副中轴向力与圆周力的关系 26

3.2 螺纹传动的效率 27

3.3 螺纹的自锁 28

4 螺纹联接的主要类型、拧紧和防松 28

4.1 螺纹联接的主要类型 28

4.2 螺纹联接的拧紧和防松 29

5 螺纹联接的强度计算 32

5.1 普通螺栓联接的强度计算 32

5.2 铰制孔用螺栓联接的强度计算 35

5.3 螺纹联接件材料的许用应力 35

6 螺栓组联接的结构设计 36

7 螺栓组的受力计算 38

8 其它联接简介 41

8.1 铆接 41

8.2 焊接 41

8.3 胶接 41

8.4 成形联接 43

8.5 过盈联接 43

8.6 弹性环联接 44

复习思考题 45

习题 46

第3章 螺旋传动 48

1 螺旋传动的种类 48

2 滑动螺旋副的设计计算 49

2.1 耐磨性计算 49

2.2 螺纹牙的强度校核 50

2.3 螺杆横剖面的强度校核 51

2.4 螺纹副的自锁条件校核 51

2.5 螺杆的稳定性计算 51

3 滚动螺旋副选用简介 53

3.1 滚珠丝杠副的运动机理 53

3.2 滚珠丝杠副的组成 53

3.3 滚珠丝杠副代号及编号规则 54

3.4 滚珠丝杠副尺寸系列 56

3.5 滚珠丝杠副的计算和选用 57

3.5.1 疲劳寿命计算 57

3.5.2 滚珠丝杠副的临界压缩载荷和临界转速 60

3.5.3 滚珠丝杠副的系统刚度 63

3.5.4 滚珠丝杠在运转中温升引起的轴向位移及其补偿 65

3.5.5 滚珠丝杠副的轴向载荷计算 65

3.5.6 滚珠丝杠副计算举例 65

复习思考题 69

习题 69

第4章 带传动 70

1 带和带传动的类型、特点和应用 70

2 V带传动 73

2.1 V带和V带轮的术语、定义及符号 73

2.2 V带的规格 74

2.3 摩擦型带传动的工作情况分析 77

2.3.1 带传动中的受力分析 77

2.3.2 带的弹性滑动和打滑 78

2.3.3 极限有效拉力及其影响因素 79

2.3.4 带中应力分析 80

2.3.5 摩擦型带传动的失效形式和设计准则 81

2.4 V带传动的设计计算 81

2.4.1 单根V带的额定功率值 81

2.4.2 带传动设计步骤和传动参数选择 86

2.5 V带带轮 92

2.5.1 带轮的设计要求和带轮材料 92

2.5.2 V带轮结构 93

2.5.3 带轮的技术要求 97

2.6 V带传动设计计算举例 97

2.7 带传动的张紧和维护 100

3 同步带传动简介 102

复习思考题 103

习题 103

第5章 链传动 104

1 链传动的组成、特点和应用 104

2 滚子链传动 105

2.1 滚子链的结构 105

2.2 滚子链的基本参数和尺寸 106

2.3 滚子链链轮齿形、结构、材料和公差 107

2.4 滚子链传动的设计计算 114

2.4.1 主要失效形式 114

2.4.2 滚子链传动的额定功率曲线 114

2.4.3 滚子链传动的设计计算步骤 115

3 链传动的布置和张紧 118

3.1 链传动的布置 118

3.2 链传动的张紧 119

4 齿形链传动简介 123

复习思考题 127

习题 128

第6章 齿轮传动承载能力计算 129

1 齿轮传动的失效形式和设计准则 129

1.1 轮齿啮合工作情况分析 129

1.2 轮齿的失效形式 129

1.3 齿轮传动的设计准则 131

2 常用齿轮材料和热处理 131

3 齿轮传动强度计算 134

3.1 轮齿的受力分析 134

3.2 计算载荷 137

3.3 齿轮传动强度计算 140

3.3.1 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 140

3.3.2 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 146

3.3.3 标准直齿圆锥齿轮传动的强度计算 147

3.3.4 齿轮传动设计参数及许用应力选择 148

4 齿轮结构设计 150

5 变位齿轮传动强度计算简介 157

6 齿轮传动设计举例 157

复习思考题 170

习题 172

第7章 蜗杆传动承载能力计算 174

1 蜗杆传动的失效形式 174

2 蜗杆传动的材料选择 174

3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算 174

3.1 蜗杆传动的设计计算准则 174

3.2 蜗杆传动的受力分析 174

3.3 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 175

3.4 蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度计算 177

4 蜗杆传动的效率及热平衡计算 178

4.1 蜗杆传动的效率 178

4.2 蜗杆传动的热平衡计算 179

5 蜗轮蜗杆的结构 180

复习思考题 187

习题 187

第8章 滑动轴承 188

1 滑动轴承的润滑状态 188

2 润滑油粘度和牛顿粘性定律 189

3 润滑剂 190

4 滑动轴承的主要类型和结构 191

4.1 径向滑动轴承 191

4.2 止推滑动轴承 193

5 轴承材料和轴瓦结构 195

5.1 轴承材料 195

5.2 标准轴套、轴瓦结构 197

5.3 轴瓦结构的要求 198

6 非液体摩擦滑动轴承计算 199

6.1 径向轴承的条件性计算 200

6.2 止推轴承的条件性计算 201

7 液体动压滑动轴承 203

7.1 液体动压润滑的基本方程——雷诺润滑方程式 203

7.2 油楔承载机理 204

7.3 单油楔圆柱形径向液体动压轴承计算 205

7.4 参数选择 210

7.5 径向液体动压滑动轴承的设计举例 212

8 润滑方法和润滑装置 215

8.1 手工间歇供油(脂) 215

8.2 连续供油(脂) 217

9 静压轴承简介 219

10 气体润滑轴承简介 221

复习思考题 221

习题 222

第9章 滚动轴承 223

1 滚动轴承的构造、代号、基本类型及特性 223

1.1 滚动轴承的构造 223

1.2 滚动轴承的基本类型及特性 223

1.3 滚动轴承代号 228

2 滚动轴承类型的选择 231

3 滚动轴承的载荷分布和失效形式 232

3.1 滚动轴承上的载荷分布 232

3.2 滚动轴承的主要失效形式 233

4 滚动轴承的寿命计算 233

4.1 额定寿命和额定动负荷 233

4.2 寿命计算公式 233

5 滚动轴承的当量动负荷 237

5.1 深沟球轴承和角接触轴承的径向当量负荷 237

5.2 推力球轴承的轴向当量动负荷 239

5.3 向心滚子轴承的径向当量动负荷 239

5.4 推力滚子轴承的轴向当量动负荷 240

5.5 角接触轴承的轴向载荷 240

6 同一支点上安装一对同型号角接触轴承的计算 243

7 不稳定载荷作用下轴承寿命计算 244

8 不同可靠性的修正额定寿命 244

9 滚动轴承的静强度计算 245

9.1 额定静负荷 245

9.2 静强度校核公式 245

9.3 当量静负荷计算 245

10 滚动轴承极限转速校核 246

11 滚动轴承部件的组合设计 251

11.1 滚动轴承的配合 251

11.2 滚动轴承的轴向固定 251

11.3 滚动轴承游隙和部件组合的调整 255

11.4 滚动轴承的预紧 257

11.5 滚动轴承的装拆 258

12 其它滚动轴承简介 260

复习思考题 264

习题 264

第10章 联轴器与离合器 267

1 概述 267

2 联轴器 268

2.1 固定式刚性联轴器 269

2.2 移动式刚性联轴器 269

2.3 弹性联轴器 273

3 离合器 275

3.1 离合器的分类和要求 275

3.2 常用离合器 275

3.2.1 操纵离合器 275

3.2.2 自动离合器 280

3.3 新型联轴器和离合器简介 282

复习思考题 283

习题 284

第11章 轴 285

1 轴的功用和分类 285

2 轴的失效形式和设计准则 286

3 轴的材料和毛坯 287

4 轴的结构设计 287

4.1 轴的组成部分 287

4.2 轴的结构设计任务和原则 289

4.3 轴的结构设计步骤 289

5 轴的强度计算 297

5.1 按扭转强度条件计算 297

5.2 按弯曲和扭转组合强度条件计算 297

5.3 按疲劳强度计算安全系数 300

5.4 按静强度计算安全系数 303

6 轴的刚度计算 312

6.1 轴的弯曲刚度计算 313

6.2 轴的扭转刚度计算 313

7 轴的振动概念 314

复习思考题 316

习题 316

第12章 齿轮与蜗杆减速器 318

1 减速器的类型和特点 318

2 通用减速器的选择要点 319

3 非标准减速器的设计 323

3.1 传动装置的总体设计 323

3.2 电动机的选用 324

3.3 传动装置总传动比的计算和各级传动比的分配 324

3.4 传动装置运动和动力参数的计算 326

3.5 传动件和轴的计算 329

3.5.1 传动件的设计计算 329

3.5.2 轴径估算和联轴器选择 330

3.6 减速器的构造 330

3.6.1 轴系部件 331

3.6.2 箱体 331

3.6.3 附件 338

3.7 减速器的润滑与密封 346

3.7.1 传动件的润滑 346

3.7.2 滚动轴承的润滑 351

3.7.3 减速器的密封 355

3.8 圆柱齿轮减速器装配草图设计 365

3.8.1 减速器装配图设计概述 365

3.8.2 圆柱齿轮减速器装配图设计第一阶段 366

3.8.3 圆柱齿轮减速器装配图设计第二阶段 370

3.9 圆锥—圆柱齿轮减速器装配草图设计 378

3.9.1 圆锥—圆柱齿轮减速器装配图设计第一阶段 378

3.9.2 圆锥—圆柱齿轮减速器装配图设计第二阶段 383

3.10 蜗杆减速器装配草图设计 385

3.10.1 蜗杆减速器装配图设计第一阶段 385

3.10.2 蜗杆减速器装配图设计第二阶段 389

3.11 减速器装配图总成设计——装配图设计第三阶段 390

4 减速器结构装配图例 400

4.1 一级圆柱齿轮减速器 400

4.2 二级圆柱齿轮减速器 400

4.3 圆锥、圆锥—圆柱齿轮减速器 400

4.4 蜗杆、蜗杆—齿轮、齿轮—蜗杆减速器 400

5 减速器箱体零件图例 412

第13章 弹簧 421

1 弹簧的功用和分类 421

1.1 弹簧的功用 421

1.2 弹簧的分类 421

2 弹簧的材料与制造 422

2.1 弹簧的材料和许用应力 422

2.2 弹簧的制造 424

3 圆柱形压缩(拉伸)螺旋弹簧的设计计算 424

3.1 圆柱形压缩(拉伸)螺旋弹簧的结构 424

3.2 圆柱形压缩(拉伸)螺旋弹簧的几何尺寸 425

3.3 圆柱形压缩(拉伸)螺旋弹簧的特性曲线 426

3.4 弹簧的强度计算 427

3.5 弹簧的变形计算 429

3.6 弹簧的稳定性验算 430

3.7 受变载荷螺旋弹簧的计算 433

3.7.1 强度验算 433

3.7.2 受振动载荷弹簧的强度计算 434

4 圆柱形扭转螺旋弹簧的设计计算 436

4.1 圆柱形扭转螺旋弹簧的结构 436

4.2 圆柱形扭转螺旋弹簧的特性曲线 437

4.3 扭转弹簧的强度计算 437

4.4 扭转弹簧的变形计算 437

4.5 扭转弹簧的主要尺寸和参数计算 438

复习思考题 439

习题 440

第5篇 机器动力学 442

第1章 机械的运转及速度波动的调节 442

1 概述 442

1.1 机械运转的三个阶段 442

1.2 作用在机械上的驱动力和生产阻力 443

2 机械的运动方程式 444

2.1 机械运动方程的一般表达式 444

2.2 机械系统的等效动力学模型 445

2.2.1 等效质量和等效转动惯量 445

2.2.2 等效力和等效力矩 446

2.2.3 机械的等效动力学模型 447

2.3 机械运动方程式的几种形式 447

3 稳定运动状态下机械的周期性速度波动及调节 448

3.1 产生周期性速度波动的原因 448

3.2 机械运转的平均角速度ωｍ和不均匀系数δ 449

3.3 周期性速度波动的调节——飞轮设计方法 450

3.3.1 飞轮调速的基本原理 450

3.3.2 飞轮设计方法 451

4 机械的非周期性速度波动及调节 453

复习思考题 454

习题 454

第2章 机械的平衡 456

1 机械平衡的目的与分类 456

1.1 机械平衡的目的 456

1.2 机械平衡问题的分类 456

2 刚性转子的平衡 457

2.1 刚性转子的静平衡计算 457

2.2 刚性转子的动平衡 458

3 刚性转子的平衡实验 459

3.1 静平衡实验 460

3.2 动平衡实验简介 460

3.3 转子的平衡精度和许用不平衡质径积 461

4 平面机构的静平衡 463

复习思考题 466

习题 466

第6篇 机械设计常用标准和规范 468

第1章 一般资料和数据 468

1 常用量的名称、符号及法定计量单位 468

2 黑色金属硬度及强度换算值 469

3 常用材料的物理性能 474

4 摩擦系数 475

5 常用材料的弹性模量及泊松比 476

第2章 一般标准 477

1 优先数和优先系列 477

2 锥度的标准系列 478

3 齿轮滚刀外径、弧形键槽铣刀外径尺寸 479

4 空刀槽、越程槽尺寸 479

5 零件倒圆与倒角 482

6 中心孔 483

7 球面半径 484

8 润滑槽 485

9 滚花 486

10 螺栓和螺钉通孔 486

11 外螺纹零件的末端 488

12 T形槽 489

第3章 公差配合 491

1 标准公差与基本偏差 491

1.1 标准公差 491

1.2 基本偏差 491

2 轴和孔的极限偏差 493

2.1 轴的极限偏差 493

2.2 孔的极限偏差 499

3 未注公差尺寸的极限偏差 505

4 优先、常用和一般用途公差带 505

5 选用公差与配合的参考资料 505

5.1 基准制的选择 505

5.2 公差等级的选择 505

5.3 配合的选择 507

第4章 形状和位置公差(简称形位公差) 511

1 形状和位置公差代号及其注法 511

2 被测要素的标注方法 511

3 基准要素的标注方法 513

4 形位公差数值和有关符号的标注方法 514

5 选择形位公差的参考资料 516

5.1 轴、齿轮、箱体等零件形位公差推荐标注的项目 516

5.2 各种加工方法所能达到的形位公差等级 517

5.3 与形位公差等级相适用的最低表面粗糙度 519

5.4 形位公差带的大小 520

6 未注形位公差的规定 523

第5章 表面粗糙度(GB/T131—93) 525

1 表面粗糙度的符号 525

2 表面粗糙度代号 525

3 选择表面粗糙度的参考资料 527

第6章 螺纹联接和螺纹联接结构要素 539

1 螺纹 539

1.1 普通螺纹 539

1.2 梯形螺纹 540

2 螺栓 543

3 螺钉 546

4 螺母 556

5 垫圈 560

6 螺纹零件的结构要素 564

6.1 普通螺纹收尾、肩距、退刀槽、倒角 564

6.2 粗牙螺栓、螺钉的旋入深度和螺纹孔尺寸 566

6.3 沉孔尺寸 566

6.4 最小扳手空间位置 567

第7章 滚动轴承的尺寸和主要参数 568

1 常用滚动轴承的尺寸和主要参数 568

2 滚动轴承的配合 578

3 角接触轴承的轴向游隙 580

4 止推轴承的轴向游隙 581

5 滚动轴承座 582

第8章 滑动轴承座 584

第9章 联轴器 588

1 凸缘联轴器 588

2 弹性柱销联轴器 590

3 弹性套柱销联轴器 591

4 梅花形弹性联轴器 592

5 铰链联轴器 593

第10章 轴系零件紧固件 594

1 挡圈 594

2 圆螺母和止动垫圈 604

3 轴上固定螺钉用的孔 605

第11章 齿轮传动与蜗杆传动公差 606

1 渐开线圆柱齿轮精度(GB10095—88) 606

1.1 精度等级与检验要求 606

1.2 齿轮副的侧隙规定 606

1.3 齿轮各项误差的公差数值表 609

1.4 齿轮毛坯公差 611

1.5 图样标注 611

2 齿条精度(GB10096—88) 613

2.1 推荐的检验项目 613

2.2 各项误差的公差数值表 613

3 圆锥齿轮精度(GB11365—89) 616

3.1 精度等级 616

3.2 齿轮精度的标注 617

3.3 齿轮精度数值表 618

4 圆柱蜗杆、蜗轮精度(GB10089—88) 630

4.1 精度等级 631

4.2 蜗杆、蜗轮的检验与公差 631

4.3 蜗杆传动的检验与公差 636

4.4 蜗杆传动的侧隙规定 638

4.5 蜗杆、蜗轮毛坯尺寸和形状公差 640

4.6 蜗杆、蜗轮和蜗杆传动精度的标注 643