机械设计

第0章 绪论 1
第1章 机械设计概论 5
1.1 机器应满足的主要要求 5
1.2 机器设计的一般程序及主要内容 6
1.3 机械零件设计的基本要求及一般步骤 8
1.3.1 机械零件设计的基本要求 8
1.3.2 机械零件设计的一般步骤 9
1.4 机械零件的主要失效形式及计算准则 10
1.4.1 机械零件的主要失效形式 10
1.4.2 机械零件的计算准则 11
1.5 机械零件的材料选择 12
1.5.1 机械零件的常用材料 12
1.5.2 机械零件材料的选用原则 13
1.6 机械零件的结构工艺性及标准化 14
1.6.1 机械零件的结构工艺性 14
1.6.2 机械零件设计中的标准化 15
1.7 机械设计方法及其新发展 15
1.7.1 传统设计方法 15
1.7.2 设计方法的新发展 16
1.7.3 现代设计方法的特点 18

第2章 机械零件的强度 20
2.1 载荷和应力的分类 20
2.1.1 载荷的分类 20
2.1.2 应力的分类 21
2.2 静应力下机械零件的整体强度 22
2.2.1 静应力下机械零件的强度条件 22
2.2.2 许用安全系数的选择 23
2.3 稳定变应力下机械零件的整体强度 23
2.3.1 材料的疲劳极限和疲劳曲线 23
2.3.2 材料的疲劳极限应力线图 25
2.3.3 影响机械零件疲劳强度的主要因素 26
2.3.4 稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算 30
2.4 机械零件的表面接触疲劳强度 33

第3章 机器中的摩擦、磨损及润滑简介 37
3.1 机器中的摩擦问题 37
3.1.1 摩擦状态 37
3.1.2 摩擦机理简介 38
3.2 磨损 41
3.2.1 典型磨损过程 41
3.2.2 磨损的分类 42
3.2.3 减轻磨损的途径 43
3.3 润滑剂 44
3.3.1 润滑油 44
3.3.2 润滑脂（半固体润滑剂） 47
3.3.3 固体润滑剂 48
3.3.4 添加剂 48
3.3.5 润滑剂的选用 48
3.4 润滑状态 49
3.4.1 边界润滑 50
3.4.2 流体润滑 50
3.4.3 混合润滑 50
3.5 流体润滑原理简介 51
3.5.1 流体动压润滑 51
3.5.2 流体静压润滑 51
3.5.3 弹性流体动力润滑 51

第4章 带传动设计 53
4.1 概述 53
4.2 V带和V带带轮 54
4.2.1 V带的构造和标准 54
4.2.2 V带带轮 55
4.3 带传动的工作情况分析 57
4.3.1 带传动的几何关系与计算 57
4.3.2 带传动的受力分析 58
4.3.3 弹性滑动和打滑 59
4.3.4 极限有效拉力及其影响因素 60
4.3.5 带的应力分析 61
4.3.6 带传动的失效形式和设计准则 62
4.4 普通V带传动的设计计算 62
4.4.1 单根普通V带的基本额定功率 62
4.4.2 普通V带传动的设计步骤和参数选择 63
4.5 带传动的张紧与维护 69
4.5.1 带传动的张紧 69
4.5.2 带传动的维护 70
4.6 其他带传动简介 70
4.6.1 窄V带传动 70
4.6.2 同步齿形带传动 71
4.6.3 高速带传动 71

第5章 链传动设计 73
5.1 概述 73
5.2 滚子链和链轮 74
5.2.1 滚子链的结构 74
5.2.2 滚子链的基本参数和尺寸 75
5.2.3 滚子链链轮 76
5.3 链传动的工作情况分析 78
5.3.1 平均链速和平均传动比 78
5.3.2 链传动的速度不均匀性 78
5.3.3 滚子链传动的主要失效形式和设计准则 79
5.4 滚子链传动的设计计算 80
5.4.1 链的额定功率曲线 80
5.4.2 链传动的设计步骤和主要参数选择 80
5.5 链传动的布置、张紧和润滑 85
5.5.1 链传动的布置 85
5.5.2 链传动的张紧 85
5.5.3 链传动的润滑 86

第6章 齿轮传动设计 89
6.1 概述 89
6.2 齿轮传动的失效形式和设计准则 90
6.2.1 齿轮传动的失效形式 90
6.2.2 齿轮传动的设计准则 92
6.3 齿轮常用材料和许用应力 93
6.3.1 齿轮常用材料 93
6.3.2 齿轮传动的许用应力 95
6.4 齿轮传动的计算载荷和载荷系数 99
6.4.1 计算载荷和载荷系数 99
6.4.2 载荷系数说明 99
6.5 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 102
6.5.1 轮齿的受力分析 102
6.5.2 齿面接触疲劳强度计算 103
6.5.3 齿根弯曲疲劳强度计算 106
6.5.4 齿轮传动主要参数和传动精度的选择 108
6.6 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 111
6.6.1 轮齿的受力分析 111
6.6.2 齿面接触疲劳强度计算 112
6.6.3 齿根弯曲疲劳强度计算 113
6.7 标准直齿锥齿轮传动的强度计算 117
6.7.1 强度当量齿轮传动及其几何尺寸计算 117
6.7.2 受力分析和载荷系数 117
6.7.3 齿面接触疲劳强度计算 118
6.7.4 齿根弯曲疲劳强度计算 119
6.8 变位齿轮传动强度计算简介 119
6.9 齿轮的结构 120
6.10 齿轮传动的润滑 122
6.11 其他齿轮传动简介 124
6.11.1 曲线齿锥齿轮传动 124
6.11.2 准双曲面齿轮传动 124
6.11.3 圆弧齿圆柱齿轮传动 125

第7章 蜗杆传动设计 129
7.1 概述 129
7.1.1 蜗杆传动的特点 129
7.1.2 蜗杆传动的分类及应用 129
7.2 普通圆柱蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算 132
7.2.1 普通圆柱蜗杆传动的基本参数 132
7.2.2 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算 134
7.2.3 变位蜗杆传动 135
7.3 普通圆柱蜗杆传动的滑动速度和传动效率 136
7.3.1 蜗杆传动的滑动速度 136
7.3.2 蜗杆传动的传动效率 136
7.4 普通圆柱蜗杆传动的失效形式、设计准则与材料选择 137
7.4.1 蜗杆传动的失效形式与设计准则 137
7.4.2 蜗杆传动的材料 137
7.5 普通圆柱蜗杆传动的精度选择、侧隙规定、蜗杆和蜗轮的结构 138
7.5.1 蜗杆传动的精度选择和侧隙规定 138
7.5.2 蜗杆的结构 138
7.5.3 蜗轮的结构 139
7.6 蜗杆传动的受力分析 139
7.7 普通圆柱蜗杆传动的强度计算和蜗杆的刚度校核 140
7.7.1 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 140
7.7.2 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 142
7.7.3 蜗杆的刚度校核 143
7.8 普通圆柱蜗杆传动的热平衡计算及润滑 143
7.8.1 蜗杆传动的热平衡计算 143
7.8.2 蜗杆传动的润滑 144

第8章 螺纹连接与螺旋传动设计 150
8.1 概述 150
8.2 螺纹连接的主要类型、特点及应用 150
8.3 螺纹连接的预紧与防松 151
8.3.1 螺纹连接的预紧 151
8.3.2 螺纹连接的防松 153
8.4 螺栓组连接的设计 154
8.4.1 螺栓组连接的结构设计 154
8.4.2 螺栓组连接的受力分析 156
8.5 螺纹连接的强度计算 159
8.5.1 螺纹连接的失效形式 159
8.5.2 螺纹连接的常用材料和许用应力 159
8.5.3 普通螺栓连接的强度计算 161
8.5.4 铰制孔用螺栓连接的强度计算 164
8.6 提高螺纹连接强度的措施 164
8.7 螺旋传动 169
8.7.1 概述 169
8.7.2 滑动螺旋传动 170
8.7.3 滚动螺旋简介 174
8.7.4 静压螺旋传动简介 174

第9章 轴毂连接设计 178
9.1 键连接 178
9.1.1 键连接的类型、功用、结构及应用 178
9.1.2 键连接的选择 180
9.1.3 键连接的强度计算 181
9.2 花键连接 182
9.2.1 花键连接的类型、结构和特点 182
9.2.2 花键连接的强度计算 183
9.2.3 滚珠花键连接简介 184
9.3 销连接 184
9.4 其他轴毂连接简介 186
9.4.1 过盈连接 186
9.4.2 胀紧连接 187
9.4.3 型面连接 187

第10章 滚动轴承 190
10.1 概述 190
10.2 滚动轴承的主要类型、特点和代号 191
10.2.1 滚动轴承的三个重要结构特性 191
10.2.2 滚动轴承的主要类型 192
10.2.3 滚动轴承的性能与特点 192
10.2.4 滚动轴承的代号 194
10.3 滚动轴承的类型选择 196
10.4 滚动轴承的工作情况分析 197
10.4.1 滚动轴承工作时的受力分析 197
10.4.2 滚动轴承工作时各元件的应力分析 198
10.4.3 滚动轴承的失效形式和计算准则 198
10.5 滚动轴承的寿命计算 199
10.5.1 滚动轴承的寿命和基本额定寿命 199
10.5.2 滚动轴承的基本额定动载荷 199
10.5.3 滚动轴承的寿命计算公式 200
10.5.4 滚动轴承的当量动载荷 201
10.5.5 角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷Fa的计算 202
10.5.6 一个支点上成对安装同型号角接触球轴承或圆锥滚子轴承的计算 206
10.6 滚动轴承的静强度计算 207
10.7 滚动轴承的组合结构设计 208
10.7.1 滚动轴承的轴向固定 208
10.7.2 滚动轴承的支承结构形式 209
10.7.3 滚动轴承的配合 211
10.7.4 滚动轴承的装拆 212
10.7.5 滚动轴承的游隙调整和轴系组件轴向位置的调整 212
10.7.6 滚动轴承的预紧 213
10.7.7 提高滚动轴承支座的刚度和同轴度 214
10.7.8 滚动轴承的润滑 214
10.7.9 滚动轴承的密封 216

第11章 滑动轴承 220
11.1 概述 220
11.1.1 滑动轴承的分类、特点和应用 220
11.1.2 滑动轴承的设计内容 221
11.2 滑动轴承的典型结构 221
11.2.1 径向滑动轴承的典型结构 221
11.2.2 普通止推滑动轴承的典型结构 222
11.3 滑动轴承的材料和轴瓦结构 223
11.3.1 滑动轴承的材料 223
11.3.2 轴瓦的结构 226
11.4 滑动轴承的润滑 229
11.4.1 滑动轴承的润滑剂及其选择 229
11.4.2 滑动轴承的润滑方式和润滑装置 230
11.4.3 润滑方式的选择 231
11.5 不完全油膜滑动轴承的设计计算 232
11.5.1 不完全油膜滑动轴承的失效形式和计算准则 232
11.5.2 径向滑动轴承的设计计算 232
11.5.3 止推滑动轴承的设计计算 233
11.6 液体动压径向滑动轴承的设计 234
11.6.1 液体动压润滑的基本方程 234
11.6.2 液体动压油膜承载机理和形成动压油膜的条件 235
11.6.3 径向滑动轴承形成液体动压润滑的过程 236
11.6.4 液体动压径向滑动轴承的几何关系 236
11.6.5 液体动压径向滑动轴承的承载能力和承载量系数Cp 237
11.6.6 最小油膜厚度hmin 和保证流体动压润滑的条件 239
11.6.7 液体动压径向滑动轴承的热平衡计算 239
11.6.8 液体动压径向滑动轴承参数的选择 241
11.6.9 液体动压径向滑动轴承的设计方法及步骤 242
11.7 其他形式滑动轴承简介 244
11.7.1 自位式滑动轴承 244
11.7.2 间隙可调式滑动轴承 244
11.7.3 液体动压多叶滑动轴承 245
11.7.4 液体动压止推滑动轴承 245
11.7.5 液体静压径向滑动轴承 246
11.7.6 关节轴承 247
11.7.7 电磁轴承 247

第12章 联轴器、离合器、制动器 251
12.1 联轴器 251
12.1.1 刚性联轴器 251
12.1.2 挠性联轴器 252
12.1.3 安全联轴器 259
12.1.4 联轴器的选择 259
12.2 离合器 261
12.2.1 离合器的功用、分类及其基本要求 261
12.2.2 操纵离合器 261
12.2.3 自控离合器 264
12.3 制动器 265
12.3.1 制动器的功用、分类及其基本要求 265
12.3.2 外抱块式制动器 266
12.3.3 带式制动器 266
12.3.4 内涨蹄式制动器 266
12.3.5 盘式制动器 267

第13章 轴的设计 269
13.1 概述 269
13.1.1 轴的功用、分类及组成 269
13.1.2 轴的主要设计内容和设计要求 271
13.1.3 轴的设计步骤 271
13.2 轴的常用材料及选择 271
13.2.1 轴毛坯的选择 271
13.2.2 轴的常用材料及选择 272
13.3 轴的结构设计 273
13.3.1 轴上零件的布置和装配 273
13.3.2 轴的最小直径估算 274
13.3.3 轴上零件的轴向定位与固定 275
13.3.4 轴上零件的周向固定 277
13.3.5 各轴段直径和长度的确定 277
13.3.6 轴的结构工艺性 278
13.3.7 提高轴的强度和刚度的措施 279
13.4 轴的强度计算 284
13.4.1 轴的受力分析及计算简图 284
13.4.2 轴的内力分析 285
13.4.3 轴的弯扭合成强度计算 285
13.4.4 轴的安全系数校核计算 286
13.5 轴的刚度计算和振动稳定性概念 291
13.5.1 轴的刚度计算 291
13.5.2 轴的振动稳定性概念 291

第14章 弹簧设计 295
14.1 弹簧的功用和类型 295
14.1.1 弹簧的功用 295
14.1.2 弹簧的类型 295
14.2 弹簧的特性线和变形能 296
14.2.1 弹簧的特性线和弹簧刚度 296
14.2.2 弹簧的变形能 297
14.3 弹簧的材料和制造 298
14.3.1 弹簧的材料 298
14.3.2 弹簧的制造 299
14.4 圆柱螺旋压缩弹簧和拉伸弹簧的结构 300
14.4.1 圆柱螺旋压缩弹簧的结构 300
14.4.2 圆柱螺旋拉伸弹簧的结构 300
14.5 圆柱螺旋弹簧的设计 301
14.5.1 弹簧的基本参数和特性线 301
14.5.2 弹簧的强度计算 303
14.5.3 弹簧的刚度计算 305
14.5.4 弹簧的稳定性计算 305
14.5.5 变载荷圆柱螺旋（拉伸）压缩弹簧的强度验算 306
14.6 其他类型弹簧简介 308
14.6.1 圆柱扭转螺旋弹簧 308
14.6.2 碟形弹簧 309
14.6.3 环形弹簧 310
14.6.4 橡胶弹簧 310
14.6.5 空气弹簧 311
参考文献 313