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