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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