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第1章 绪论 1

1.1 本课程的研究对象 1

1.2 本课程的内容、性质与任务 2

1.2.1 本课程的内容、性质与任务 2

1.2.2 本课程的特点和学习方法 3

第2章 机械设计概论 5

2.1 机器的组成 5

2.1.1 原动部分 5

2.1.2 执行部分 5

2.1.3 传动系统 5

2.1.4 控制系统 6

2.1.5 辅助系统 6

2.2 机器的主要要求 6

2.2.1 使用功能要求 6

2.2.2 经济性要求 6

2.2.3 可靠性要求 7

2.2.4 劳动保护和环境保护要求 7

2.2.5 其他特殊要求 7

2.3 设计机器的一般程序 8

2.3.1 产品规划阶段 8

2.3.2 方案设计阶段 9

2.3.3 技术设计阶段 10

2.3.4 编制技术文件阶段 10

2.4 设计机械零件时应满足的基本要求 11

2.4.1 强度、刚度及寿命要求 11

2.4.2 结构工艺性要求 11

2.4.3 可靠性要求 11

2.4.4 经济性要求 11

2.4.5 减小质量的要求 12

2.5 机械零件的主要失效形式 12

2.5.1 整体断裂 12

2.5.2 塑性变形 12

2.5.3 过大的弹性变形 12

2.5.4 零件的表面破坏 13

2.5.5 破坏正常工作条件引起的失效 13

2.6 机械零件的设计准则 13

2.6.1 强度准则 13

2.6.2 刚度准则 14

2.6.3 寿命准则 14

2.6.4 振动稳定性准则 15

2.6.5 散热性准则 15

2.6.6 可靠性准则 15

2.7 机械零件的设计方法 15

2.7.1 理论设计 16

2.7.2 经验设计 16

2.7.3 模型实验设计 16

2.8 机械零件设计的一般步骤 16

2.8.1 零件类型选择 16

2.8.2 受力分析 16

2.8.3 材料选择 17

2.8.4 确定设计准则 17

2.8.5 理论计算 17

2.8.6 结构设计 17

2.8.7 校核计算 17

2.8.8 绘制零件工作图 17

2.8.9 编写技术说明书及有关技术文件 17

2.9 机械零件的材料及其选用 17

2.9.1 机械零件的材料 17

2.9.2 机械零件材料选择原则 19

2.10 机械零件设计中的标准化 20

2.11 机械现代设计方法简介 21

2.11.1 机械优化设计 21

2.11.2 计算机辅助设计 22

2.11.3 可靠性设计 22

2.11.4 有限元法 22

2.11.5 摩擦学设计 22

2.11.6 并行设计 23

2.11.7 动态设计 23

2.11.8 模块化设计 23

2.11.9 工业设计 24

2.11.10 绿色设计 24

第3章 机械零件的强度 25

3.1 材料的疲劳特性 25

3.1.1 变应力 25

3.1.2 材料的疲劳特性 27

3.2 机械零件的疲劳强度计算 30

3.2.1 影响机械零件疲劳强度的主要因素 30

3.2.2 机械零件的疲劳强度计算 35

3.3 机械零件的抗断裂强度 41

3.4 机械零件的接触强度 43

习题 44

第4章 摩擦、磨损及润滑概述 46

4.1 摩擦 46

4.1.1 干摩擦 46

4.1.2 边界摩擦 48

4.1.3 流体摩擦 49

4.1.4 混合摩擦 49

4.2 磨损 50

4.2.1 磨损过程的分析 50

4.2.2 磨损的分类 51

4.3 润滑剂、添加剂和润滑方法 53

4.3.1 润滑剂 53

4.3.2 添加剂 58

4.3.3 润滑方法 59

4.4 流体润滑原理简介 62

4.4.1 流体动压润滑 62

4.4.2 弹性流体动力润滑 62

4.4.3 流体静压润滑 63

习题 64

第5章 螺纹连接 65

5.1 螺纹与螺纹连接 65

5.1.1 螺纹的主要参数和常用类型 65

5.1.2 螺纹连接的类型和标准螺纹连接件 67

5.2 螺纹连接的预紧 68

5.3 螺纹连接的防松 70

5.3.1 摩擦防松 70

5.3.2 机械防松 71

5.3.3 永久防松端铆、冲点、定位焊 71

5.3.4 化学防松黏合 71

5.4 螺栓组连接的设计 71

5.4.1 螺栓组连接的结构设计 71

5.4.2 螺栓组连接的受力分析 73

5.5 螺栓连接的强度计算 76

5.5.1 松螺栓连接的强度计算 76

5.5.2 受剪螺栓连接的强度计算 81

5.6 螺纹连接件的材料及许用应力 82

5.6.1 螺栓连接的材料及性能等级 82

5.6.2 螺栓连接件的许用应力 83

5.7 提高螺纹连接强度的措施 83

5.7.1 降低螺栓的刚度或增大被连接件的刚度 83

5.7.2 改善螺纹牙上载荷分布不均匀的现象 84

5.7.3 减小应力集中的影响 84

5.7.4 采用合理的工艺 84

习题 85

第6章 键、花键、无键连接和销连接 87

6.1 键连接 87

6.1.1 键连接的类型、特点及应用 87

6.1.2 键的选择 90

6.1.3 键连接的强度计算 90

6.2 花键连接 94

6.2.1 花键连接的类型、特点和应用 94

6.2.2 花键的选择和花键连接的强度计算 96

6.3 无键连接 97

6.3.1 过盈配合连接 97

6.3.2 型面连接 105

6.3.3 胀紧连接 105

6.4 销连接 106

6.4.1 销连接的类型 106

6.4.2 销的结构类型、特点及应用 107

习题 109

第7章 带传动 111

7.1 带传动的类型、特点及应用 111

7.1.1 带传动的类型与结构 111

7.1.2 带传动的特点 114

7.2 带传动的工作情况分析 114

7.2.1 带传动的受力分析 114

7.2.2 带传动的应力分析 116

7.2.3 带的弹性滑动与打滑 117

7.3 V带传动的设计计算 119

7.3.1 V带传动的失效形式和设计准则 119

7.3.2 V带传动的设计步骤 119

7.4 V带轮的设计 131

7.4.1 V带轮的设计基本要求 131

7.4.2 V带轮的材料 131

7.4.3 V带轮的结构尺寸 131

7.5 V带轮传动的张紧方式 133

7.5.1 定期张紧 133

7.5.2 自动张紧 133

7.5.3 张紧轮张紧 134

习题 136

第8章 链传动 137

8.1 链传动的特点及应用 137

8.1.1 套筒滚子链的结构和规格 137

8.1.2 链轮的结构 139

8.2 链传动的运动分析和受力分析 141

8.2.1 链传动的运动分析 141

8.2.2 链传动的受力分析 142

8.3 套筒滚子链的设计计算 143

8.3.1 套筒滚子链传动的设计约束分析 143

8.3.2 套筒滚子链传动的设计 146

8.4 链传动的润滑与布置 148

8.4.1 链传动的润滑 148

8.4.2 链传动的布置与张紧 149

习题 151

第9章 齿轮传动 152

9.1 齿轮的失效形式及设计准则 152

9.1.1 齿轮的工作条件与齿面硬度 152

9.1.2 齿轮的失效形式及设计准则 152

9.2 齿轮材料及热处理 155

9.2.1 齿轮的材料及其选用 156

9.2.2 齿轮的热处理 156

9.3 直齿圆柱齿轮传动的受力分析和计算载荷 158

9.3.1 轮齿的受力分析 159

9.3.2 计算载荷 160

9.4 直齿圆柱齿轮传动的强度计算 163

9.4.1 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算 163

9.4.2 直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲强度计算 169

9.5 斜齿圆柱齿轮传动强度计算的特点 180

9.5.1 轮齿上的作用力 180

9.5.2 强度计算 182

9.6 直齿圆锥齿轮的传动强度计算特点 191

9.6.1 齿轮的受力分析 192

9.6.2 强度计算 193

9.7 齿轮的结构设计 197

9.7.1 齿轮轴 197

9.7.2 腹板式齿轮和实心式齿轮 197

9.7.3 轮辐式齿轮 198

9.8 齿轮传动的效率与润滑 200

9.8.1 齿轮传动的效率 200

9.8.2 齿轮传动的润滑 200

习题 202

第10章 蜗杆传动 204

10.1 蜗杆传动的材料和失效形式 204

10.1.1 蜗杆传动的材料 204

10.1.2 蜗杆传动的失效形式 205

10.1.3 蜗杆传动的结构设计 205

10.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 206

10.2.1 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择 206

10.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算 209

10.3 蜗杆传动的受力分析和强度计算 211

10.3.1 受力分析 211

10.3.2 强度计算 212

10.3.3 刚度计算 216

10.3.4 普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择 216

10.4 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 217

10.4.1 蜗杆传动的效率和润滑 217

10.4.2 蜗杆传动的热平衡计算 218

10.5 蜗杆传动工程应用 220

习题 223

第11章 滑动轴承 224

11.1 机械设计中的摩擦、磨损和润滑 224

11.1.1 机械中的摩擦 224

11.1.2 机械中的磨损 226

11.1.3 机械中的润滑 227

11.2 滑动轴承概述 228

11.2.1 滑动轴承的特点与分类 228

11.2.2 滑动轴承的设计内容 228

11.2.3 滑动轴承的摩擦润滑状态 229

11.3 滑动轴承的结构形式 230

11.3.1 向心滑动轴承 230

11.3.2 推力滑动轴承 231

11.4 滑动轴承的材料 231

11.4.1 轴瓦对材料的性能要求 231

11.4.2 滑动轴承的材料 232

11.4.3 轴瓦的结构 235

11.5 滑动轴承的润滑剂和润滑装置 236

11.5.1 润滑剂及其性能指标 236

11.5.2 润滑剂的选择 239

11.5.3 润滑方法 240

11.6 不完全液体摩擦滑动轴承的计算 242

11.6.1 向心滑动轴承 242

11.6.2 推力滑动轴承 243

11.7 液体动力润滑向心滑动轴承的设计计算 244

11.7.1 流体动力润滑的基本方程 244

11.7.2 向心滑动轴承形成液体动力润滑的过程 246

11.7.3 液体动力润滑向心滑动轴承设计步骤 253

习题 255

第12章 滚动轴承 256

12.1 概述 256

12.1.1 滚动轴承的结构 256

12.1.2 滚动轴承各元件的材料 257

12.1.3 滚动轴承的优缺点 257

12.2 滚动轴承的主要类型及其代号 257

12.2.1 滚动轴承的类型 257

12.2.2 滚动轴承的代号 261

12.3 滚动轴承类型的选择 265

12.3.1 载荷的大小、方向及性质 265

12.3.2 轴承的转速 265

12.3.3 轴承的调心性能 266

12.3.4 安装条件 266

12.3.5 经济性 266

12.4 滚动轴承的工作情况 266

12.4.1 滚动轴承的工作情况分析 266

12.4.2 滚动轴承的失效形式和计算准则 268

12.5 滚动轴承尺寸的选择 268

12.5.1 滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷 268

12.5.2 滚动轴承的当量动载荷 270

12.5.3 滚动轴承的寿命计算 272

12.5.4 角接触球轴承和圆锥滚子轴承的径向载荷与轴向载荷计算 273

12.5.5 滚动轴承的静强度计算 276

12.6 轴承装置的设计 277

12.6.1 滚动轴承的轴向定位与紧固 277

12.6.2 滚动轴承的配置 278

12.6.3 轴承游隙和轴系位置的调整 280

12.6.4 滚动轴承的刚度和预紧 281

12.6.5 滚动轴承轴系的刚度和精度 282

12.6.6 滚动轴承的配合和装拆 282

12.6.7 滚动轴承的润滑与密封 285

12.7 其他 290

12.7.1 滚动轴承的极限转速 290

12.7.2 滚动轴承的修正额定寿命计算 291

12.7.3 特殊滚动轴承简介 291

习题 293

第13章 联轴器与离合器 295

13.1 联轴器与离合器的分类和应用 295

13.1.1 联轴器与离合器的分类 295

13.1.2 联轴器和离合器计算转矩的确定 295

13.2 刚性联轴器 296

13.2.1 刚性联轴器的特点 296

13.2.2 常用刚性联轴器简介 297

13.3 挠性联轴器 298

13.3.1 无弹性元件挠性联轴器 298

13.3.2 金属弹性元件挠性联轴器 300

13.3.3 非金属弹性元件挠性联轴器 301

13.4 常用离合器的类型及应用 303

13.4.1 牙嵌离合器 303

13.4.2 圆盘摩擦离合器 304

13.4.3 安全离合器 305

13.5 联轴器与离合器的选择 306

13.5.1 联轴器的选择 306

13.5.2 离合器的选择 308

习题 308

第14章 轴 310

14.1 轴的类型、材料和设计准则 310

14.1.1 轴的类型与功用 310

14.1.2 轴的材料及其选择 311

14.1.3 轴的设计准则与步骤 314

14.2 轴系结构组合设计与工程应用 315

14.2.1 轴的结构设计要求 315

14.2.2 滚动轴承与轴的组合设计 316

14.2.3 轴系结构组合设计实例 322

14.3 轴的强度计算 324

14.3.1 按扭转强度计算 324

14.3.2 按弯扭组合强度计算 324

14.3.3 按疲劳强度安全系数计算 325

14.4 轴的其他项目计算 330

14.4.1 轴的刚度计算 330

14.4.2 轴的临界转速计算 331

习题 335

第15章 弹簧 337

15.1 弹簧的功用与类型 337

15.1.1 弹簧的功用 337

15.1.2 弹簧的类型 337

15.2 弹簧的材料与制造 338

15.2.1 弹簧的材料及许用应力 338

15.2.2 弹簧的制造 339

15.3 圆柱形螺旋压缩、拉伸弹簧的应力分析 340

15.3.1 弹簧的应力 340

15.3.2 弹簧的变形 340

15.4 圆柱形螺旋压缩、拉伸弹簧的设计 341

15.4.1 弹簧的结构与几何尺寸 341

15.4.2 弹簧的设计计算 343

15.5 其他弹簧简介 345

15.5.1 圆柱螺旋扭转弹簧 345

15.5.2 碟形弹簧 346

习题 347

参考文献 348