第1部分 基础知识 2
第1章 机械工程设计导论 3
1-1 设计 4
1-2 机械工程设计 5
1-3 设计过程中的名词术语 5
1-4 设计工具及资源 8
1-5 设计工程师的职业责任 10
1-6 标准和规范 12
1-7 经济性 13
1-8 安全性和产品责任 15
1-9 应力及强度 16
1-10 不确定性 16
1-11 设计因子和安全系数 18
1-12 可靠性和失效概率 20
1-13 可靠性设计中的设计因子 24
1-14 尺寸和公差 27
1-15 单位 31
1-16 计算和有效数字 32
1-17 设计方案的关联性 33
1-18 动力传动设计案例 34
习题 36
第2章 材料 41
2-1 材料的强度及刚度 42
2-2 材料性能的统计学意义 46
2-3 强度和冷加工 49
2-4 硬度 52
2-5 冲击性能 53
2-6 温度的影响 54
2-7 代号体系 56
2-8 砂型铸造 57
2-9 壳型铸造 57
2-10 熔模铸造 58
2-11 粉末冶金工艺 58
2-12 热加工工艺 58
2-13 冷加工工艺 59
2-14 钢的热处理 60
2-15 合金钢 63
2-16 耐蚀钢 64
2-17 铸造材料 65
2-18 有色金属 67
2-19 塑料 70
2-20 复合材料 71
2-21 材料选择 72
习题 79
第3章 载荷和应力分析 85
3-1 平衡及受力图 86
3-2 梁的剪力及弯矩 89
3-3 奇异函数 91
3-4 应力 93
3-5 笛卡儿应力分量 93
3-6 平面应力条件下的莫尔圆 94
3-7 三向应力状态 100
3-8 弹性应变 101
3-9 均布应力 102
3-10 弯曲梁的正应力 103
3-11 弯曲梁的剪应力 108
3-12 扭转 115
3-13 应力集中 124
3-14 受压圆柱面应力分析 127
3-15 旋转环中的应力 129
3-16 压装与热装 130
3-17 温度效应 131
3-18 曲梁的弯曲 132
3-19 接触应力 136
3-20 总结 140
习题 141
第4章 变形和刚度 161
4-1 弹簧刚度 162
4-2 拉伸、压缩和扭转 163
4-3 弯曲变形 164
4-4 梁挠曲变形的求解方法 166
4-5 叠加法求解梁的变形 167
4-6 奇异函数法求解梁的变形 170
4-7 应变能 176
4-8 卡式定理 178
4-9 曲线型构件的变形问题 183
4-10 超静定问题 189
4-11 压缩构件概述 195
4-12 中心载荷作用下的长柱体压缩构件 195
4-13 中心载荷作用下的中等长度柱体压缩构件 198
4-14 偏心载荷作用下的中等长度柱体 198
4-15 支柱或短受压构件 200
4-16 弹性稳定 204
4-17 振动和冲击 205
习题 206
第2部分 失效预防 226
第5章 静载荷条件下的失效 227
5-1 静强度 230
5-2 应力集中 231
5-3 失效理论 233
5-4 塑性材料的最大剪应力理论 233
5-5 塑性材料的变形能理论 235
5-6 塑性材料的库仑-莫尔理论 241
5-7 塑性材料的失效总结 244
5-8 脆性材料的最大正应力理论 249
5-9 脆性材料的莫尔修正理论 249
5-10 脆性材料的失效总结 252
5-11 失效等级标准的选择 252
5-12 断裂力学简介 253
5-13 重要的设计方程 262
习题 264
第6章 变载荷条件下的疲劳失效 273
6-1 金属疲劳简述 274
6-2 疲劳失效的分析及设计方法 280
6-3 疲劳寿命设计方法 281
6-4 应力-寿命方法 281
6-5 应变-寿命方法 284
6-6 线弹性断裂力学方法 286
6-7 持久疲劳极限 290
6-8 疲劳强度 291
6-9 持久疲劳极限综合影响系数 294
6-10 应力集中和缺口敏感性 303
6-11 变应力特征 308
6-12 变应力下的疲劳设计准则 311
6-13 变应力作用下的扭转疲劳强度 325
6-14 复合加载模式 325
6-15 不稳定变应力和疲劳损伤累积 329
6-16 表面疲劳强度 335
6-17 疲劳强度计算的解题思路及主要方程 338
习题 341
第3部分 机械零件设计 350
第7章 轴及轴上零件 351
7-1 引言 352
7-2 轴的材料 352
7-3 轴的结构设计 353
7-4 轴的应力设计 358
7-5 轴的变形 371
7-6 轴的临界转速 375
7-7 轴上零件 380
7-8 极限和配合 387
习题 392
第8章 螺纹连接、紧固件和可拆连接的设计 401
8-1 螺纹标准及定义 402
8-2 螺旋传动的工作机理 406
8-3 螺纹紧固件 414
8-4 连接与紧固件刚度 416
8-5 连接与被连接件刚度 419
8-6 螺栓强度 424
8-7 受拉连接与外载荷 427
8-8 螺栓扭矩和螺栓拉力 429
8-9 静载荷条件下的紧螺栓连接 432
8-10 密封连接 436
8-11 拉伸条件下的疲劳载荷 436
8-12 剪力作用下的螺栓连接和铆接 443
习题 451
第9章 焊接、粘接等不可拆连接设计 467
9-1 焊接符号 468
9-2 对焊和角焊 470
9-3 扭转条件下的焊接接头应力 474
9-4 弯曲条件下的焊接接头应力 479
9-5 焊接接头的强度 481
9-6 静态载荷 484
9-7 疲劳载荷 488
9-8 电阻焊 490
9-9 粘接 490
习题 499
第10章 弹簧 509
10-1 螺旋弹簧应力分析 510
10-2 曲率效应 511
10-3 螺旋弹簧的变形量 512
10-4 压缩弹簧 512
10-5 稳定性 514
10-6 弹簧材料 515
10-7 螺旋压缩弹簧静强度设计 520
10-8 螺旋弹簧的临界频率 526
10-9 螺旋压缩弹簧的疲劳载荷 528
10-10 螺旋压缩弹簧疲劳强度设计 531
10-11 拉伸弹簧 534
10-12 螺旋线圈扭转弹簧 542
10-13 碟形弹簧 549
10-14 其他弹簧 550
10-15 总结 552
习题 552
第11章 滚动轴承 561
11-1 轴承类型 562
11-2 轴承寿命 565
11-3 额定可靠度下的轴承载荷寿命 566
11-4 可靠度与轴承寿命-韦布尔分布 568
11-5 额定载荷、寿命和可靠度 569
11-6 径向和轴向联合载荷 571
11-7 变载荷 577
11-8 球轴承和圆柱滚子轴承的选择 580
11-9 圆锥滚子轴承的选择 582
11-10 滚动轴承选型评估 592
11-11 润滑 596
11-12 安装和密封 597
习题 601
第12章 润滑和支承轴承 609
12-1 润滑类型 610
12-2 粘度 611
12-3 彼得罗夫方程 613
12-4 稳定润滑 615
12-5 流体动力润滑 616
12-6 流体力学理论 617
12-7 设计注意事项 621
12-8 变量关系 623
12-9 自润滑轴承的稳态条件 637
12-10 间隙 640
12-11 液体静压轴承 642
12-12 载荷和材料 648
12-13 轴承类型 650
12-14 推力轴承 651
12-15 边界润滑轴承 652
习题 660
第13章 齿轮 665
13-1 齿轮类型 666
13-2 名词术语 667
13-3 共轭运动 669
13-4 渐开线的性质 670
13-5 基本定理 670
13-6 重合度 676
13-7 干涉 677
13-8 轮齿的成形方法 679
13-9 直齿锥齿轮 682
13-10 平行轴斜齿轮 683
13-11 蜗轮 687
13-12 齿形系统 688
13-13 轮系 690
13-14 直齿轮受力分析 697
13-15 锥齿轮受力分析 701
13-16 斜齿轮受力分析 704
13-17 蜗杆传动受力分析 706
习题 712
第14章 直齿轮和斜齿轮 725
14-1 路易斯弯曲应力方程 726
14-2 表面耐久性 735
14-3 AGMA应力方程 737
14-4 AGMA强度计算方程 739
14-5 形状系数I和J（ZI和YJ） 743
14-6 弹性系数CP（ZE） 748
14-7 动态系数Kv 748
14-8 过载系数Ko 750
14-9 表面状况系数Cf（ZR） 750
14-10 尺寸系数Ks 751
14-11 载荷分布系数Km（KH） 751
14-12 硬度比系数CH（ZW） 753
14-13 应力循环系数YN和ZN 754
14-14 可靠性系数KR（YZ） 755
14-15 温度系数KT（Yθ） 756
14-16 轮缘厚度系数KB 756
14-17 安全系数SF和SH 757
14-18 分析 757
14-19 齿轮啮合设计 767
习题 772
第15章 锥齿轮和蜗轮蜗杆 777
15-1 锥齿轮概述 778
15-2 锥齿轮的应力和强度 780
15-3 AGMA方程中的系数 783
15-4 直齿锥齿轮分析 795
15-5 直齿锥齿轮设计 798
15-6 蜗轮传动AGMA方程 801
15-7 蜗轮蜗杆分析 805
15-8 蜗轮蜗杆设计 808
15-9 白金汉磨损载荷 812
习题 813
第16章 离合器、制动器、联轴器和飞轮 817
16-1 离合器和制动器的静态分析 819
16-2 内蹄式凸缘离合器和制动器 824
16-3 外收缩型凸缘离合器和制动器 832
16-4 带式离合器和制动器 836
16-5 摩擦接触轴向离合器 837
16-6 盘式制动器 841
16-7 锥形离合器和制动器 845
16-8 能量因素 848
16-9 温升计算 849
16-10 摩擦材料 853
16-11 其他离合器和联轴器 856
16-12 飞轮 858
习题 863
第17章 柔性机构 871
17-1 带 872
17-2 平带和圆带传动 875
17-3 V带 890
17-4 同步带 898
17-5 滚子链 899
17-6 钢丝绳 908
17-7 软轴 916
习题 917
第18章 传动案例分析 925
18-1 动力传动设计顺序 927
18-2 功率和转矩需求 928
18-3 齿轮设计规范 928
18-4 轴的结构设计 935
18-5 受力分析 937
18-6 轴的材料选择 937
18-7 轴的应力分析 938
18-8 轴的刚度分析 938
18-9 选择轴承 939
18-10 键和挡圈的选择 940
18-11 最终分析 943
习题 943
第4部分 专题研究 944
第19章 有限元分析 945
19-1 有限元方法 947
19-2 几何单元 949
19-3 有限元求解过程 951
19-4 网格生成 954
19-5 施加载荷 956
19-6 边界条件 957
19-7 建模技术 958
19-8 热应力 961
19-9 临界屈服载荷 961
19-10 振动分析 963
19-11 总结 964
习题 966
第20章 几何尺寸和公差 969
20-1 尺寸和公差系统 970
20-2 几何尺寸和公差的定义 971
20-3 基准 976
20-4 几何公差控制 981
20-5 几何特征的定义 985
20-6 相关要求 994
20-7 具体实施 996
20-8 CAD模型中的几何尺寸和公差问题 1001
20-9 几何尺寸和公差的名词术语 1002
习题 1005
附录 1011
附录A 实用表格 1011
附录B 部分习题答案 1067