机械设计

第一章 绪论 1

1.1 机械的组成及本课程研究的对象 1

1.1.1 机械的组成 1

1.1.2 本课程研究的对象 2

1.2 本课程的性质、地位和任务 2

1.3 本课程的特点和学习方法 2

思考题与习题 3

第二章 机械设计概论 4

2.1 机械设计的基本要求和一般程序 4

2.1.1 机械设计的基本要求 4

2.1.2 机械设计的一般程序 4

2.2 机械零件的载荷和应力 5

2.2.1 载荷 5

2.2.2 应力 6

2.3 机械零件的主要失效形式和设计计算准则 9

2.3.1 机械零件的主要失效形式 9

2.3.2 机械零件的工作能力和设计计算准则 10

2.4 机械零件材料的选用原则 12

2.5 机械零件的结构工艺性 13

2.6 机械设计中的标准化 16

2.7 摩擦、磨损和润滑基本知识 16

2.7.1 摩擦 17

2.7.2 磨损 19

2.7.3 润滑剂 20

思考题与习题 24

第三章 螺纹连接 25

3.1 螺纹 25

3.1.1 常用螺纹类型及特点 25

3.1.2 螺纹的主要参数 26

3.1.3 螺纹的公差和精度 27

3.1.4 螺纹副的受力、效率和自锁 28

3.2 螺纹连接的基本类型和标准连接件 30

3.2.1 螺纹连接的基本类型及应用特点 30

3.2.2 标准螺纹连接件 31

3.2.3 螺纹连接件的常用材料及力学性能等级 32

3.3 螺纹连接的预紧与防松 32

3.3.1 螺纹连接的拧紧力矩及其控制方法 32

3.3.2 螺纹连接的防松 34

3.4 螺栓组连接的设计 36

3.4.1 螺栓组连接的结构设计 36

3.4.2 螺栓组连接的受力分析 37

3.5 单个螺栓连接的强度计算 41

3.5.1 松螺栓连接 41

3.5.2 紧螺栓连接 42

3.5.3 螺栓连接的许用应力 47

3.5.4 受轴向工作拉力作用的紧螺栓连接设计流程图 48

3.6 提高螺栓连接强度的措施 51

3.6.1 改善螺纹牙上的载荷分配 51

3.6.2 避免螺栓承受附加额外载荷 51

3.6.3 提高疲劳强度的措施 52

思考题与习题 53

第四章 其他常用连接 55

4.1 键连接 55

4.1.1 平键连接 55

4.1.2 楔键连接 57

4.1.3 半圆键连接 57

4.2 花键连接 58

4.2.1 矩形花键连接 58

4.2.2 渐开线花键连接 58

4.2.3 花键连接的强度计算 58

4.3 销连接 59

4.4 成形连接 60

4.5 焊接和胶接 60

4.5.1 焊接 60

4.5.2 胶接 64

思考题与习题 65

第五章 带传动 66

5.1 带传动概述 66

5.2 传动带的应用基础 66

5.2.1 传动带的类型和特点 66

5.2.2 V带的结构、型号和基本尺寸 68

5.2.3 V带轮的结构设计 70

5.2.4 带传动的张紧 72

5.3 带传动的工作能力分析 73

5.3.1 带传动的受力分析 73

5.3.2 带传动的应力分析 74

5.3.3 带传动的弹性滑动和打滑现象 75

5.3.4 带传动的失效形式和设计准则 77

5.4 普通V带传动的设计计算步骤和方法 79

5.5 其他带传动简介 83

5.5.1 同步带传动 83

5.5.2 高速带传动 83

思考题与习题 84

第六章 齿轮传动 86

6.1 齿轮传动概述 86

6.2 齿轮传动的主要失效形式和设计准则 87

6.2.1 齿轮传动的主要失效形式 87

6.2.2 齿轮传动的设计准则 91

6.3 齿轮常用材料及其热处理方法 91

6.3.1 齿轮常用材料 91

6.3.2 齿轮常用热处理方式 93

6.3.3 齿轮材料及热处理方式的选择 93

6.4 齿轮传动的计算载荷 94

6.4.1 使用系数KA（≥1） 94

6.4.2 动载系数Kv（≥1） 95

6.4.3 齿向载荷分布系数Kβ（≥1） 96

6.4.4 齿间载荷分配系数Kα（≥1） 98

6.5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 99

6.5.1 轮齿的受力分析 99

6.5.2 齿面接触疲劳强度计算 101

6.5.3 齿根弯曲疲劳强度计算 105

6.6 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 108

6.6.1 轮齿的受力分析 108

6.6.2 齿面接触疲劳强度计算 110

6.6.3 齿根弯曲疲劳强度计算 113

6.7 齿轮传动强度计算中的许用应力 114

6.7.1 齿轮传动的许用应力、齿轮极限应力σHlim与σFlim 114

6.7.2 许用接触应力［σ］H 116

6.7.3 许用弯曲应力［σ］F 116

6.8 圆柱齿轮传动的设计 117

6.8.1 概述 117

6.8.2 齿轮传动的主要参数选择 118

6.8.3 齿轮传动设计流程图 120

6.9 直齿锥齿轮传动的强度计算 129

6.9.1 直齿锥齿轮传动强度计算的特点 130

6.9.2 直齿锥齿轮传动几何参数计算 130

6.9.3 直齿锥齿轮轮齿受力分析 131

6.9.4 直齿锥齿轮的载荷系数K＝KAKvKβ 132

6.9.5 直齿锥齿轮的齿面接触疲劳强度计算 133

6.9.6 直齿锥齿轮的齿根弯曲疲劳强度计算 134

6.9.7 主要参数选择 134

6.10 齿轮的结构设计 137

6.10.1 齿轮结构设计的主要内容 137

6.10.2 齿轮的常用结构型式与结构尺寸的确定 138

6.11 齿轮传动的润滑 142

6.11.1 齿轮传动的润滑方式 142

6.11.2 润滑剂的选择 143

6.12 谐波齿轮传动简介 143

思考题与习题 144

第七章 蜗杆传动 146

7.1 蜗杆传动的概述 146

7.1.1 蜗杆传动的组成、主要特点及应用 146

7.1.2 蜗杆传动的主要类型 147

7.2 普通圆柱蜗杆传动主要参数和几何尺寸计算 149

7.2.1 普通圆柱蜗杆传动主要参数及其选择 149

7.2.2 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算 152

7.3 蜗杆传动的主要失效形式、设计准则和材料选择 154

7.3.1 失效形式和设计准则 154

7.3.2 蜗杆和蜗轮的常用材料 154

7.4 普通圆柱蜗杆传动的强度计算和刚度计算 155

7.4.1 蜗杆传动的受力分析与计算载荷 155

7.4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 157

7.4.3 蜗杆轴的强度与刚度计算 159

7.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 159

7.5.1 蜗杆传动的效率 159

7.5.2 蜗杆传动的润滑 160

7.5.3 蜗杆传动的热平衡计算 161

7.6 蜗杆和蜗轮的结构设计 162

7.6.1 蜗杆结构 162

7.6.2 蜗轮结构 163

思考题与习题 166

第八章 其他常用传动 169

8.1 链传动 169

8.1.1 链传动的特点和应用 169

8.1.2 滚子链的结构和规格 170

8.1.3 滚子链链轮的材料和结构 171

8.1.4 链传动的运动特性 174

8.1.5 链传动的受力分析 176

8.1.6 滚子链传动的设计计算 177

8.1.7 链传动的布置和张紧 180

8.2 螺旋传动 182

8.2.1 螺旋传动的类型和应用 182

8.2.2 滑动螺旋的材料及许用应力 182

8.2.3 滑动螺旋传动的设计计算 183

8.2.4 滚动螺旋传动简介 186

8.2.5 静压螺旋传动简介 186

8.3 摩擦轮传动 187

8.3.1 摩擦轮传动的类型和应用 187

8.3.2 摩擦轮材料 188

8.3.3 摩擦轮传动中的滑动 189

8.3.4 摩擦轮传动的计算 189

8.3.5 摩擦轮传动的润滑 191

思考题与习题 191

第九章 轴 193

9.1 轴的概述 193

9.1.1 轴的分类 193

9.1.2 转轴的力和应力分析及失效形式 193

9.1.3 轴的设计 194

9.2 轴的材料 195

9.3 轴径的初步估算 196

9.3.1 类比法 196

9.3.2 经验公式计算 196

9.3.3 按扭转强度计算 196

9.4 轴的结构设计 197

9.4.1 制造安装要求 197

9.4.2 固定要求 198

9.4.3 提高轴的强度的措施 199

9.4.4 轴的结构设计 200

9.5 轴的强度计算 203

9.5.1 轴的计算简图 203

9.5.2 按弯扭合成强度计算 203

9.5.3 轴的安全系数校核计算 205

9.6 轴的刚度计算 209

9.6.1 弯曲变形计算 209

9.6.2 扭转变形计算 210

思考题与习题 210

第十章 滚动轴承 212

10.1 滚动轴承的构造和特点 212

10.2 滚动轴承的类型和选择 212

10.2.1 滚动轴承的类型 212

10.2.2 滚动轴承类型的选择 214

10.3 滚动轴承代号 215

10.4 滚动轴承的失效形式和计算准则 218

10.4.1 滚动轴承的失效形式 218

10.4.2 滚动轴承的计算准则 219

10.5 滚动轴承的寿命计算 219

10.5.1 基本公式 219

10.5.2 当量动载荷 222

10.5.3 角接触轴承的内部轴向力 223

10.5.4 轴承寿命计算程序框图 225

10.6 滚动轴承的静强度计算 226

10.7 滚动轴承的极限转速 227

10.8 滚动轴承部件结构设计 227

10.8.1 轴承部件的轴向固定 228

10.8.2 轴承部件的调整 230

10.8.3 滚动轴承的配合 230

10.8.4 轴承的装拆 232

10.8.5 滚动轴承的润滑和密封 232

10.9 减速器输出轴部件设计 234

思考题与习题 241

第十一章 滑动轴承 242

11.1 滑动轴承的分类及特点 242

11.1.1 滑动轴承的分类 242

11.1.2 滑动轴承的特点和应用 242

11.2 滑动轴承的结构型式 243

11.2.1 径向滑动轴承 243

11.2.2 推力滑动轴承 244

11.3 轴瓦的材料和结构 245

11.3.1 对轴瓦材料的要求 245

11.3.2 常用的轴瓦材料及其性质 245

11.3.3 轴瓦结构 248

11.4 非液体摩擦滑动轴承的计算 250

11.4.1 非液体摩擦径向滑动轴承的计算 251

11.4.2 非液体摩擦推力滑动轴承的计算 252

11.4.3 非液体摩擦径向滑动轴承的配合 252

11.5 液体动压润滑形成原理及基本方程 253

11.5.1 液体动压润滑形成原理 253

11.5.2 液体动压润滑基本方程 255

11.6 液体动压径向滑动轴承的计算 256

11.6.1 径向滑动轴承的工作过程 256

11.6.2 径向滑动轴承的几何参数及其基本方程的形式 257

11.6.3 径向滑动轴承的承载量系数和最小油膜厚度计算 258

11.6.4 滑动轴承的热平衡计算 260

11.6.5 耗油量和摩擦功率 262

11.6.6 滑动轴承主要参数和选择 262

11.6.7 滑动轴承摩擦特性曲线 264

11.7 其他形式滑动轴承简介 267

11.7.1 自润滑轴承 267

11.7.2 多油楔滑动轴承 268

11.7.3 气体润滑轴承 270

11.7.4 电磁轴承 270

11.8 滑动轴承用润滑剂与润滑装置 271

11.8.1 滑动轴承用润滑剂的选择 271

11.8.2 润滑方法与润滑装置 272

思考题与习题 273

第十二章 联轴器离合器制动器 275

12.1 概述 275

12.2 联轴器 275

12.2.1 刚性联轴器 275

12.2.2 无弹性元件的挠性联轴器 277

12.2.3 有弹性元件的挠性联轴器 279

12.3 离合器 281

12.3.1 操纵式离合器 281

12.3.2 自动式离合器 284

12.4 制动器 286

12.4.1 带式制动器 286

12.4.2 块式制动器 287

12.4.3 内涨式制动器 287

思考题与习题 287

第十三章 弹簧 289

13.1 弹簧概述 289

13.1.1 弹簧的功用 289

13.1.2 弹簧的类型和特点 289

13.2 圆柱螺旋弹簧的材料、结构和制造 291

13.2.1 弹簧的材料及许用应力 291

13.2.2 螺旋弹簧的制造 292

13.3 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计 295

13.3.1 弹簧的几何参数和尺寸 295

13.3.2 弹簧的特性线 297

13.3.3 弹簧的强度计算 298

13.3.4 弹簧的刚度计算 299

13.3.5 弹簧的稳定性 301

13.3.6 圆柱形螺旋弹簧的设计 302

思考题与习题 305

第十四章 机架零件 306

14.1 概述 306

14.1.1 机架的类型 306

14.1.2 常用机架零件的材料及制造方法 306

14.1.3 机架零件设计的基本要求 307

14.2 机架零件设计中应注意的几个问题 308

14.2.1 计算载荷 308

14.2.2 截面形状的合理选择 308

14.2.3 间壁和筋 309

14.2.4 壁厚的选择 310

14.3 机架零件的结构设计 311

14.3.1 减速器机体结构型式 311

14.3.2 轴承座支承刚度 311

14.3.3 机体的固定 311

14.3.4 机体的工艺性 312

14.3.5 机体的几何造型 313

思考题与习题 314

第十五章 机械传动系统方案设计 315

15.1 机械传动系统概述 315

15.1.1 机械传动系统的功能 315

15.1.2 机械传动的分类 315

15.2 常用机械传动的主要性能、特点和选择 315

15.2.1 常用机械传动的主要性能和特点 315

15.2.2 机械传动类型的选择 317

15.3 机械传动系统方案的设计与设计示例 318

15.3.1 机械传动系统方案设计的一般原则 318

15.3.2 机械传动系统方案设计的一般步骤 319

15.3.3 机械传动系统方案设计示例 320

思考题与习题 323

参考文献 324