机械设计计算手册

第1篇机械设计计算中常用资料、计量单位与材料

第1章机械设计计算中常用资料与参数2

11金属材料熔点、热导率及比热容2

12材料线胀系数2

13常用材料的密度3

14常用材料的弹性模量、切变模量及泊松比4

15机械传动和摩擦副的效率概略值4

16各种传动的传动比推荐范围（参考值）6

17常用材料的摩擦因数7

18常用材料的滚动阻力臂7



第2章机械设计计算中常用计量单位及换算8

21常用法定计量单位及换算关系8

22公制重量单位表9

23常用英美制重量单位表10

24常用重量单位换算表10

25压力单位换算表10

26常用长度单位换算表11

27英寸与毫米对照表11

28常用容量单位换算表11



第3章机械设计计算中常用材料与性能12

31钢的常用热处理方法及应用12

32灰铸铁（GB/T 9439—2010摘录）13

33球墨铸铁 （GB/T 1348—2009摘录）14

34一般工程用铸造碳钢（GB/T 11352—2009摘录）14

35普通碳素结构钢（GB/T 700—2006摘录）15

36优质碳素结构钢（GB/T 699—1999摘录）16

37合金结构钢（GB/T 3077—1999摘录）19

38铸造铜合金、铸造铝合金和铸造轴承合金23

39常用工程塑料的力学性能26

310弹簧钢（GB/T 1222—2007）28

311冷轧钢板和钢带（GB/T 708—2006）29

312热轧钢板和钢带（GB/T 709—2006）29

313热轧圆钢和方钢尺寸（GB/T 702—2004）30

314热轧型钢（GB/T 706—2008摘录）30

3141热轧等边角钢30

3142热轧槽钢33

3143热轧工字钢34

第2篇机械设计计算中的力学知识

第4章理论力学36

41力的基本概念和物体受力分析36

411力的基本概念和物体受力分析36

412约束和约束力37

413物体的受力分析和受力图40

42平面汇交力系与平面力偶系41

421平面汇交力系合成与平衡的几何法41

422平面汇交力系合成与平衡的解析法44

423平面力对点之矩的概念及计算45

424平面力偶46

43平面任意力系48

431平面任意力系向作用面内一点简化48

432平面任意力系的平衡条件和平衡方程51

44空间力系53

441空间汇交力系53

442力对点的矩和力对轴的矩54

45点的运动学57

451矢量法57

452直角坐标法59

453自然法60

46刚体的简单运动64

461刚体的平行移动64

462刚体绕定轴的转动65

463转动刚体内各点的速度和加速度66

464以矢量表示角速度和角加速度69

47点的合成运动71

471相对运动、牵连运动、绝对运动71

472点的速度合成定理73

473点的加速度合成定理74

48刚体的平面运动77

481刚体平面运动的分解77

482求平面图形内各点速度的基点法79

483求平面图形内各点速度的瞬心法81

484用基点法求平面图形内各点的加速度83

49质点动力学基本方程86

491牛顿运动三定律86

492质点的运动微分方程87

410动量定理88

4101动量88

4102冲量89

4103动量定理89

4104质点系动量守恒定律90

4105质点系的质心90

4106质心运动定理91

4107质心运动守恒定律91

4108解题的步骤92

411动量矩定理94

4111动量矩94

4112动量矩定理95

4113刚体绕定轴的转动微分方程95

4114转动惯量96

4115刚体的平面运动微分方程96

412动能定理100

4121动能100

4122势能101

4123功101

4124动能定理102

4125功率102

4126功率方程102

4127机械效率103

4128机械能守恒定律103

413达朗贝尔原理104

4131惯性力的概念104

4132质点的达朗贝尔原理105

4133质点系的达朗贝尔原理105

4134惯性力系的主矢和主矩106



第5章材料力学109

51材料力学的基础知识109

511材料力学的任务109

512材料力学的基本假设109

513外力、内力、截面法和应力的概念110

514位移、变形及应变的概念112

52轴向拉伸和压缩114

521轴力和轴力图114

522截面上的应力116

523材料拉伸时的力学性质116

524材料压缩时的力学性能119

525强度条件120

526胡克定律和泊松比120

527拉压超静定问题122

528应力集中124

53剪切和挤压125

531连接件的强度计算125

532纯剪切、切应力互等定理、剪切胡克定律127

54扭转128

541外力偶矩、扭矩和扭矩图128

542圆轴扭转时截面上的应力计算130

543圆轴扭转时的变形计算132

544圆轴扭转时的强度条件、刚度条件132

545矩形截面杆自由扭转理论的主要结论134

55弯曲强度135

551梁的载荷与支座135

552剪力和弯矩136

553纯弯曲时梁的正应力138

554正应力公式的推广及强度条件139

555矩形截面梁的切应力142

556变截面梁等强度梁组合梁的计算143

557简单截面的惯性矩和惯性半径144

56弯曲变形148

561挠曲线的近似微分方程148

562用积分法求梁的变形149

563用叠加法求梁的变形151

564梁的刚度条件151

57应力状态与强度理论151

571应力状态的概念151

572广义胡克定律152

573强度理论153

574强度理论的应用154

58组合变形杆的强度156

581弯曲与拉伸的组合、截面核心156

582弯曲与扭转的组合160

583非对称纯弯曲162

59压杆稳定162

591基本概念162

592细长杆的临界力163

593压杆的临界应力165

594压杆的稳定计算167

595提高压杆稳定性的措施168

第3篇常用零部件的设计计算

第6章机械零部件设计基础知识171

61机械设计总论171

611零件常见的失效形式171

612对机器的主要要求171

613机械零件设计时的基本要求172

614设计准则172

615设计方法172

616设计步骤174

617材料选择176

618机械零部件设计中的标准化177

62机械零件的强度计算177

621应力的种类177

622静应力时机械零件的强度计算177

623材料的疲劳特性180

624机械零件的疲劳强度计算182

625机械零件的接触强度195

63摩擦、磨损及润滑概述196

631摩擦196

632磨损197

633润滑剂、添加剂和润滑方法197

本章附录机械零件疲劳强度计算的几个系数197

(1)零件结构的理论应力集中系数ασ（ατ）197

(2)疲劳强度降低系数或有效应力集中系数kσ（kτ）198

(3)绝对尺寸及截面形状影响系数(简称尺寸及截面形状系数)εσ（ετ）198

附表61轴上环槽处的理论应力集中系数199

附表62轴肩圆角处的理论应力集中系数200

附图61钢材的敏性系数q201

附图62钢材的尺寸及截面形状系数201

附图63圆截面钢材的扭转剪切尺寸系数ετ201

附表63轴上横向孔处的理论应力集中系数202

附表64轴上键槽处的有效应力集中系数202

附表65外花键的有效应力集中系数202

附表66公称直径12mm的普通螺纹的拉压有效应力集中系数202

附表67螺纹连接件的尺寸系数εσ202

附表68零件与轴过盈配合处的kσ/εσ值203

(4)表面质量系数βσ（βτ）203

(5)强化系数βq203

附图64钢材的表面质量系数βσ203

附表69表面高频淬火的强化系数βq204

附表610化学热处理的强化系数βq204

附表611表面硬化加工的强化系数βq204



第7章连接零件设计计算205

71螺纹连接205

711螺纹类型与主要参数205

712螺纹副的受力关系、效率和自锁207

713螺纹连接的类型和标准连接件208

714螺纹连接的预紧与防松209

715螺栓组连接的设计计算210

716螺纹连接的强度计算212

717螺纹连接件的材料及许用应力216

72键、花键连接221

721键连接221

722花键连接226

73销连接229

74过盈连接232

741过盈连接的特点及应用232

742过盈连接的工作原理及装配方法232

743过盈连接的设计计算232

本章附录240

附表71普通螺纹基本尺寸（GB/T 196—2003摘录）240

附表72梯形螺纹最大实体牙型尺寸（GB/T 5796—2005摘录）242

附表73梯形螺纹基本尺寸（GB/T 5796—2005摘录）243

附表74六角头螺栓、全螺纹—A和B级(GB/T 5783—2000摘录)244

附表75六角头铰制孔用螺栓A和B级（GB/T 27—1988摘录）246

附表76双头螺柱bm=d（GB/T 897—1988摘录）、bm=125d（GB/T 898—1988摘录）、bm=15d（GB/T 899—1988摘录）247

附表771型六角螺母—A和B级（GB/T 6170—2000摘录）、六角薄螺母—A和B级—倒角（GB/T 6172—2000摘录）249

附表78小垫圈、平垫圈250

附表79标准型弹簧垫圈（GB/T 93—1987摘录）、轻型弹簧垫圈（GB/T 859—1987摘录）251

附表710普通平键的型式和尺寸（GB/T 1096—2003摘录）252

附表711圆柱销（GB/T 119—2000摘录）、圆锥销（GB/T 117—2003摘录）254



第8章传动零件设计计算255

81传动形式的选择255

82带传动设计计算256

821分类257

822带传动的设计计算原理257

823普通V带传动设计计算260

824窄V带传动设计计算269

825V带轮设计275

826同步带传动279

827带传动的张紧289

83链传动设计计算292

831链传动的受力分析292

832滚子链和链轮293

833滚子链传动的设计298

834链传动的布置、张紧和润滑302

84齿轮传动设计计算306

841齿轮传动的特点、类型与设计要求306

842齿轮传动的失效形式与设计步骤307

843渐开线齿轮参数、基本齿廓与模数系列309

844齿轮传动的几何尺寸计算312

845渐开线圆柱齿轮传动的设计计算319

846渐开线直齿圆锥齿轮传动的设计计算322

847齿轮传动设计计算的有关数据及系数的确定325

848齿轮材料与许用应力332

849齿轮的结构设计334

85蜗杆传动设计计算350

851蜗杆传动的主要类型、特点和应用350

852普通圆柱蜗杆传动的基本参数352

853普通圆柱蜗杆传动的几何计算353

854普通圆柱蜗杆传动承载能力计算359

855普通圆柱蜗杆传动设计计算过程366

86螺旋传动设计计算369

861螺旋传动的类型和应用369

862螺旋传动的结构371

863螺旋传动的设计计算372



第9章轴系零部件设计计算381

91滑动轴承381

911滑动轴承的应用场合与设计步骤381

912滑动轴承的类型与结构382

913滑动轴承的失效形式及常用材料385

914轴瓦结构385

915不完全液体润滑滑动轴承设计计算388

916液体动压润滑径向滑动轴承设计计算391

92滚动轴承401

921滚动轴承的类型及选用401

922滚动轴承寿命计算、静载荷分析和尺寸的选择404

923轴承装置的设计410

93联轴器和离合器417

931联轴器的种类和特性417

932联轴器的选择418

933离合器421

94轴422

941类型与材料422

942轴的结构设计423

943轴的计算426

944轴的设计计算步骤432

本章附录440

附表91深沟球轴承  (GB/T 276—1994摘录)440

附表92圆柱滚子轴承  (GB/T 283—2007摘录)443

附表93角接触球轴承  (GB/T 292—2007摘录)447

附表94圆锥滚子轴承  （GB/T 297—1994摘录）452

附表95推力球轴承  （GB/T  301—1995摘录）457

附表96凸缘联轴器（GB/T 5843—2003摘录）461

附表97GICL 型鼓形齿式联轴器（ZBJ  19013—1989摘录）463

附表98滚子链联轴器（GB/T 6069—2002摘录）465

附表99弹性套柱销联轴器（GB/T 4323—2002摘录）467

附表910弹性柱销联轴器（GB/T 5014—2003摘录）469

附表911梅花形弹性联轴器（GB/T 5272—2002摘录）471

附表912尼龙滑块联轴器（JB/ZQ 4384—1986摘录）473

附表913标准尺寸（直径、长度、高度等）（GB/T 2822—2005摘录）475



第10章其他零部件设计476

101弹簧476

1011弹簧的类型476

1012弹簧的设计计算477

102机架和机座489

1021机架489

1022机座494

103箱体496

104减速器和变速器501

1041减速器501

1042变速器504



参考文献508