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第一篇 机器与零件的结构与性能 2

第1章 机器的结构与性能 2

1.1 机器结构组成 2

1.1.1 活塞式压缩机的结构组成 3

1.1.2 定工作台立式加工中心的结构组成 4

1.2 机器连接方式 6

1.2.1 零件间的连接 6

1.2.2 组件间的连接 8

1.2.3 部件间的连接 9

1.3 机器的性能 10

习题 12

知识拓展 13

第2章 机器结构与技术性能方案规划 15

2.1 机器设计的一般要求与过程 15

2.1.1 机器设计的一般要求 15

2.1.2 机器设计的一般过程 16

2.1.3 机器结构与技术性能设计的条件和任务 17

2.2 机器结构方案规划设计 17

2.2.1 整机的总体结构方案规划设计 17

2.2.2 部件与组件的结构规划 19

2.3 机器技术性能规划设计 23

2.3.1 机器的技术性能规划 23

2.3.2 齿轮减速器技术性能规划设计 25

习题 26

知识拓展 27

第3章 机械零件技术性能设计基础 28

3.1 机械零件技术性能设计概述 28

3.2 机械零件的失效与设计准则 29

3.2.1 载荷与应力 29

3.2.2 机械零件的失效形式 31

3.2.3 机械零件的设计准则 32

3.3 机械零件的强度设计 33

3.3.1 材料的疲劳特性 33

3.3.2 机械零件的静强度设计 36

3.3.3 机械零件整体疲劳强度设计 37

3.3.4 机械零件的表面强度设计 45

3.3.5 机械零件强度设计实例 48

3.4 机械零件的刚度设计 48

3.4.1 静刚度设计 49

3.4.2 动刚度设计 49

3.4.3 热刚度设计 50

3.5 机械零件的摩擦学设计 50

3.5.1 摩擦 51

3.5.2 磨损 52

3.5.3 润滑 54

3.6 机械零件材料的选用与热处理 56

3.7 零件的结构工艺性 57

习题 58

知识拓展 60

第二篇 动连接 64

第4章 滑动轴承 64

4.1 滑动轴承分类与设计内容 64

4.2 滑动轴承的结构设计 65

4.2.1 滑动轴承结构形式 65

4.2.2 轴瓦结构 67

4.3 设计准则、常用材料及润滑剂的选用 69

4.3.1 失效形式、设计准则 69

4.3.2 常用材料的选用 70

4.3.3 滑动轴承润滑剂的选用 72

4.4 非完全液体润滑滑动轴承性能设计 73

4.4.1 非完全液体润滑径向轴承计算 73

4.4.2 非完全液体润滑推力滑动轴承计算 74

4.5 流体动力润滑基本理论 75

4.5.1 流体动力润滑基本方程 75

4.5.2 油膜承载机理 77

4.5.3 动压油膜形成过程 78

4.6 动压润滑径向滑动轴承性能设计 79

4.6.1 主要几何参数 79

4.6.2 性能设计 80

4.6.3 轴承参数选择 85

4.7 动压滑动轴承设计工程应用实例 86

4.8 其他滑动轴承简介 88

习题 91

知识拓展 92

第5章 滚动轴承 94

5.1 概述 94

5.2 滚动轴承特点与分类 95

5.2.1 轴承分类及应用 95

5.2.2 轴承代号 99

5.3 滚动轴承选择及组合结构设计 101

5.3.1 滚动轴承类型的选择 101

5.3.2 滚动轴承的组合结构设计 103

5.4 滚动轴承工作载荷与设计准则 107

5.4.1 轴承内部载荷分布 107

5.4.2 滚动体与套圈应力 108

5.4.3 失效形式及设计准则 108

5.5 滚动轴承性能设计 110

5.5.1 滚动轴承寿命与额定载荷 110

5.5.2 滚动轴承寿命计算公式 110

5.5.3 滚动轴承当量动载荷 112

5.5.4 角接触向心轴承轴向载荷计算 114

5.5.5 滚动轴承静强度 116

5.5.6 滚动轴承的工程应用实例 118

5.6 其他滚动轴承简介 120

习题 121

知识拓展 123

第6章 移动副 126

6.1 移动副概述 126

6.1.1 移动副的结构要素 126

6.1.2 移动副的设计要求与内容 129

6.2 典型滑动导轨副及其应用 129

6.2.1 滑动导轨常用结构 130

6.2.2 滑动导轨常用材料 133

6.2.3 滑动导轨副失效及改善措施 134

6.2.4 滑动导轨的载荷分析 134

6.2.5 滑动导轨的压强计算 134

6.2.6 滑动导轨的刚度计算 138

6.3 典型滚动导轨副及其应用 139

6.3.1 滚动直线导轨副的结构 139

6.3.2 滚动直线导轨的设计流程 141

6.3.3 滚动直线导轨的性能参数 141

6.3.4 滚动直线导轨当量载荷计算 142

6.3.5 滚动直线导轨的性能设计 143

6.3.6 滚动直线导轨选型工程实例 145

6.3.7 其他类型滚动导轨支承简介 146

习题 148

知识拓展 148

第7章 齿轮副 150

7.1 概述 150

7.2 齿轮副的设计准则 152

7.2.1 齿轮副的失效 152

7.2.2 齿轮副性能设计准则 154

7.2.3 齿轮材料及热处理 155

7.3 直齿圆柱齿轮副的性能设计 157

7.3.1 直齿圆柱齿轮副的载荷 157

7.3.2 直齿圆柱齿轮副的接触疲劳强度设计 161

7.3.3 直齿圆柱齿轮副的弯曲疲劳强度设计 170

7.3.4 齿轮主要参数选择 178

7.4 斜齿圆柱齿轮副的性能设计 178

7.4.1 斜齿圆柱齿轮副的载荷 179

7.4.2 斜齿圆柱齿轮副的接触疲劳强度设计 179

7.4.3 斜齿圆柱齿轮副的弯曲疲劳强度设计 180

7.5 圆柱齿轮副的静强度设计 181

7.6 圆柱齿轮设计的工程实例 182

7.7 直齿锥齿轮副性能设计 187

7.7.1 直齿锥齿轮的计算载荷 187

7.7.2 直齿锥齿轮副的接触疲劳强度设计 189

7.7.3 直齿锥齿轮副的弯曲疲劳强度设计 190

7.8 齿轮副的结构设计 190

习题 192

知识拓展 195

第8章 蜗杆副 196

8.1 概述 196

8.2 蜗杆副的结构设计 197

8.3 普通圆柱蜗杆副的性能设计 207

8.3.1 蜗杆副的设计准则 207

8.3.2 蜗杆副的材料 208

8.3.3 普通圆柱蜗杆副的计算载荷 210

8.3.4 蜗轮齿面接触疲劳强度设计 211

8.3.5 蜗轮齿根弯曲疲劳强度设计 212

8.3.6 普通圆柱蜗杆副刚度计算 214

8.3.7 蜗杆副的传动效率 214

8.3.8 蜗杆副的热平衡计算 216

8.4 蜗杆副的精度 217

8.5 蜗杆副设计的工程实例 217

习题 219

知识拓展 220

第三篇 静连接 224

第9章 螺纹连接 224

9.1 概述 224

9.2 螺纹及螺纹连接 225

9.2.1 螺纹的类型及应用 225

9.2.2 螺纹的主要参数 227

9.2.3 螺纹连接的类型 228

9.2.4 螺纹连接的标准件 229

9.3 螺纹连接的结构设计 231

9.3.1 螺栓组布局设计 231

9.3.2 螺纹连接的防松 232

9.4 螺纹连接的性能设计 235

9.4.1 螺纹连接的预紧 235

9.4.2 螺栓组连接的受力分析 236

9.4.3 螺纹连接的性能设计计算 240

9.4.4 螺纹连接件的材料及许用应力 248

9.5 提高螺纹连接性能的措施 249

9.5.1 提高螺纹连接的强度 249

9.5.2 提高螺纹连接的刚度 253

9.6 设计实例 253

习题 255

知识拓展 258

第10章 键与销连接 259

10.1 键连接 259

10.1.1 键连接的类型及应用 259

10.1.2 键连接强度计算 261

10.1.3 键连接计算实例 262

10.2 花键连接 263

10.2.1 花键连接的类型及应用 263

10.2.2 花键连接强度计算 264

10.3 销连接 265

习题 267

知识拓展 268

第11章 过盈连接、铆接、焊接、粘接 270

11.1 过盈连接 270

11.1.1 概述 270

11.1.2 过盈连接的设计 270

11.2 铆接 273

11.2.1 铆缝的种类、特性及应用 274

11.2.2 铆钉 274

11.2.3 铆接的失效形式及设计 274

11.3 焊接 276

11.3.1 焊接的特点及应用 276

11.3.2 电弧焊缝的基本形式 276

11.3.3 焊接件常用材料及焊条 277

11.3.4 焊缝的强度计算 277

11.4 粘接 279

11.4.1 粘接的特点及胶粘剂 279

11.4.2 粘接接头设计要点 280

习题 281

知识拓展 281

第四篇 典型零件 284

第12章 轴 284

12.1 概述 285

12.1.1 轴的功用与类型 285

12.1.2 轴的材料及热处理 286

12.1.3 轴的设计内容 287

12.2 轴的结构设计 287

12.2.1 轴的结构设计原则 287

12.2.2 轴的结构设计 287

12.2.3 轴的结构要素 291

12.3 轴的技术性能设计 293

12.3.1 轴的技术性能设计内容 293

12.3.2 轴强度的扭转计算方法 294

12.3.3 轴强度的弯扭合成计算方法 295

12.3.4 轴的疲劳强度计算 297

12.3.5 轴的静强度计算 298

12.3.6 轴的刚度计算 299

12.3.7 轴的振动稳定性计算 301

12.3.8 多支承轴的性能计算方法 302

12.4 工程设计实例 303

习题 307

知识拓展 310

第13章 机架类零件 312

13.1 概述 312

13.2 机架类零件设计要求 313

13.2.1 机架类零件结构工艺 313

13.2.2 机架类零件性能设计要求 314

13.3 机架类零件结构与性能设计 316

13.3.1 几何物理模型建立 316

13.3.2 概念单元设计 317

13.3.3 强度与刚度设计 319

13.3.4 工艺造型设计 321

13.4 工程设计实例 322

习题 327

知识拓展 327

第14章 弹簧 329

14.1 概述 329

14.2 圆柱螺旋弹簧的结构设计 330

14.2.1 弹簧结构类型 330

14.2.2 圆柱螺旋弹簧几何参数 331

14.3 圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧性能设计 333

14.3.1 弹簧材料 333

14.3.2 圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧强度 334

14.3.3 圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧刚度 336

14.3.4 圆柱螺旋压缩弹簧的稳定性 338

14.3.5 圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧设计 339

14.4 圆柱螺旋扭转弹簧的设计 340

14.5 其他类型弹簧简介 341

14.5.1 环形弹簧 341

14.5.2 蝶形弹簧 342

14.5.3 平面涡卷弹簧 342

14.5.4 板弹簧 342

14.5.5 橡胶弹簧 342

习题 343

知识拓展 343

第五篇 典型部件 346

第15章 带传动 346

15.1 概述 346

15.2 带传动工作状况分析 348

15.2.1 带传动的受力分析 348

15.2.2 带传动极限有效拉力及其影响因素 349

15.2.3 带的弹性滑动和打滑 351

15.2.4 带的应力分析 352

15.3 普通V带传动性能设计 353

15.3.1 带传动的设计准则 353

15.3.2 单根V带的基本额定功率与额定功率 353

15.3.3 带传动的参数选择 356

15.3.4 带传动的性能设计 357

15.4 普通V带传动结构设计 360

15.4.1 V带轮的结构设计 360

15.4.2 带传动的张紧装置 361

15.5 V带传动设计工程实例 362

习题 363

知识拓展 365

第16章 链传动 367

16.1 概述 367

16.2 滚子链的结构特点 368

16.3 链传动工作状况分析 372

16.3.1 链传动运动特性分析 372

16.3.2 链传动的动载荷 373

16.3.3 链传动的受力分析 374

16.4 链传动性能设计 375

16.4.1 链传动的失效形式 375

16.4.2 链传动的额定功率 376

16.4.3 链传动的参数选择 377

16.4.4 链传动性能设计 377

16.5 链传动结构设计 380

16.5.1 滚子链链轮的结构设计 380

16.5.2 链传动的布置、张紧、润滑和防护 383

16.6 链传动设计工程实例 385

习题 386

知识拓展 387

第17章 齿轮传动 388

17.1 定轴齿轮传动设计条件与流程 389

17.1.1 工作条件 389

17.1.2 性能指标 389

17.1.3 设计流程与内容 389

17.2 定轴齿轮减速器的结构方案规划 390

17.2.1 单级定轴齿轮机构的结构方案 390

17.2.2 多级定轴齿轮机构的结构布局 391

17.2.3 三级定轴齿轮减速器的结构方案设计 393

17.3 三级定轴齿轮减速器结构与强度设计 394

17.3.1 传动比分配 394

17.3.2 运动与动力参数 394

17.3.3 力学模型 395

17.3.4 齿轮副强度设计 396

17.3.5 轴系结构与强度设计 398

17.3.6 轴承选型与寿命设计 399

17.3.7 箱体结构与强度刚度设计 400

17.4 三级定轴齿轮减速器的润滑与密封设计 401

17.4.1 减速器润滑设计 401

17.4.2 减速器密封设计 401

17.5 三级定轴减速器技术方案 401

17.6 行星齿轮传动设计条件与流程 402

17.6.1 工作条件 402

17.6.2 性能指标 402

17.6.3 设计流程与内容 403

17.7 行星齿轮减速器的整体结构方案规划 403

17.7.1 单级行星齿轮机构的结构方案 403

17.7.2 两级行星齿轮传动的构件合并与结构方案 405

17.7.3 三级行星齿轮减速器的结构方案设计 405

17.8 三级行星齿轮传动强度设计 406

17.8.1 传动比分配 406

17.8.2 运动与动力参数 407

17.8.3 力学模型 407

17.8.4 齿轮副强度设计 408

17.8.5 行星轮轴强度设计 409

17.8.6 行星架结构与强度设计 409

17.8.7 轴承选型与寿命设计 410

17.8.8 箱体结构与强度、刚度设计 411

17.9 行星齿轮减速器的润滑与密封设计 412

17.10 变桨减速器技术方案图 412

习题 412

知识拓展 413

第18章 螺旋传动 414

18.1 螺旋副概述 414

18.1.1 螺旋副 414

18.1.2 螺旋副的类型及应用 414

18.1.3 螺旋副的技术性能设计 415

18.2 螺旋传动设计条件与流程 420

18.2.1 螺旋传动设计条件 421

18.2.2 螺旋传动设计流程 421

18.3 螺旋传动结构方案规划 423

18.3.1 螺旋副结构与选型 423

18.3.2 转动副结构方案 423

18.3.3 移动副结构方案 424

18.3.4 螺旋传动的总体结构方案 425

18.4 螺旋传动的技术性能设计 426

18.4.1 螺旋传动的力学模型 426

18.4.2 滚动螺旋副性能设计 427

18.4.3 转动副技术性能设计 428

18.4.4 移动副技术性能设计 428

18.4.5 螺旋传动的润滑 428

18.5 螺旋传动的技术方案 429

18.6 静压螺旋副简介 430

习题 430

知识拓展 430

第19章 联轴器、离合器、制动器 432

19.1 联轴器 432

19.1.1 联轴器的类型及特点 432

19.1.2 联轴器的选用 439

19.2 离合器 441

19.2.1 离合器的类型及特点 441

19.2.2 离合器的选用 446

19.3 制动器 447

19.3.1 制动器的类型及特点 447

19.3.2 制动器的选用 449

习题 451

知识拓展 452

第六篇 典型机器 456

第20章 立式加工中心技术方案设计 456

20.1 立式加工中心的设计条件与流程 456

20.1.1 设计条件 456

20.1.2 设计流程 457

20.2 立式加工中心整机运动与结构方案 458

20.2.1 整体运动方案设计 458

20.2.2 整体布局方案设计 459

20.2.3 整机移动副结构形式 460

20.2.4 X/Y/Z子系统结构方案 461

20.2.5 主轴子系统结构方案 462

20.2.6 整机结构方案 463

20.3 立式加工中心技术性能设计 464

20.3.1 整机力学模型 464

20.3.2 移动副结构参数与滚动导轨载荷 467

20.3.3 X/Y/Z子系统技术性能设计 469

20.3.4 主轴技术性能设计 471

20.4 立式加工中心支承件结构设计 472

20.5 立式加工中心整机结构方案与技术性能 474

习题 476

知识拓展 477

参考文献 479