機械設計

本書是依據教育部制定的高等工科院校“機械設計課程教學基本要求”，以培養“創新型應用人才”為指導思想，以學生就業所需的專業知識和操作技能為着眼點，結合應用型本科院校的人才培養目標及教學的特點編寫而成。《機械設計》在編寫過程中有機融入最新的實例以及操作性較強的案例，並對案例進行有效的分析，突出了教材的新穎性和設計的實用性。《機械設計》共5篇14章，包括機械設計概述、機械零件設計中的強度與耐磨性、螺紋連接和螺旋傳動、鍵連接及其他連接、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動設計、軸的設計、滑動軸承、滾動軸承、聯軸器和離合器、彈簧及機械的發展和創新設計等。各章包含教學目標、教學要求、引入案例、正文、綜合應用實例、本章小結、習題等內容。

第一篇 機械設計總論

緒論 1

第1章 機械設計概述 4

1.1 機械設計的要求 5

1.1.1 機械設計的基本要求 5

1.1.2 機械零件設計的基本要求 5

1.2 機械設計的一般程序 6

1.3 機械零件的主要失效形式與設計準則 8

1.3.1 機械零件的主要失效形式 8

1.3.2 機械零件的設計準則 9

1.4 機械零件的設計方法與基本原則 10

1.4.1 機械零件的設計方法 10

1.4.2 機械零件的設計步驟 12

1.4.3 機械零件設計的基本原則 12

本章小結 13

習題 13

第2章 機械零件設計中的強度與耐磨性 14

2.1 機械零件的載荷與應力 15

2.1.1 載荷與應力的分類 15

2.1.2 穩定循環變應力的基本參數 15

2.2 靜應力時機械零件的強度計算 16

2.2.1 塑性材料零件的強度計算 16

2.2.2 脆性材料與低塑性材料 17

2.3 機械零件的疲勞強度 17

2.3.1 疲勞斷裂特徵 17

2.3.2 疲勞曲線和疲勞極限應力圖 18

2.3.3 影響機械零件疲勞強度的主要因素和零件極限應力圖 19

2.3.4 單向穩定變應力時的疲勞強度計算 21

2.3.5 提高機械零件疲勞強度的措施 23

2.4 機械零件的接觸強度 23

2.5 摩擦、磨損與潤滑概述 24

2.5.1 摩擦 25

2.5.2 磨損 26

2.5.3 潤滑 27

本章小結 30

習題 30

第二篇 連接件設計

第3章 螺紋連接與螺旋傳動 31

3.1 概述 32

3.2 螺紋連接 33

3.2.1 螺紋 33

3.2.2 螺紋連接的類型及螺紋連接件 35

3.2.3 螺紋連接的預緊和防松 38

3.2.4 螺栓組連接的結構設計和受力分析 42

3.2.5 單個螺栓連接的強度計算 45

3.2.6 螺紋連接件的材料選擇 51

3.2.7 提高螺栓連接強度的措施 51

3.3 螺旋傳動 56

3.3.1 螺旋傳動的類型、特點及應用 56

3.3.2 螺旋傳動的設計計算 58

3.3.3 其他螺旋傳動 62

3.3.4 螺旋傳動的工程應用 63

本章小結 63

習題 63

第4章 鍵連接及其他連接 66

4.1 鍵連接 67

4.1.1 鍵連接的功用、主要類型和應用特點 67

4.1.2 鍵的選擇和鍵連接的強度計算 69

4.2 花鍵連接 71

4.2.1 花鍵連接的特點、類型和應用 71

4.2.2 花鍵連接的設計計算 72

4.3 銷連接 73

4.4 無鍵連接 74

4.4.1 型面連接 74

4.4.2 過盈連接 75

4.4.3 脹緊連接 75

本章小結 76

習題 76

第三篇 機械傳動設計

第5章 帶傳動 77

5.1 概述 78

5.1.1 帶傳動的類型 78

5.1.2 摩擦型帶傳動的特點及應用 80

5.2 V帶及帶輪結構 80

5.2.1 V帶類型和標準 80

5.2.2 V帶輪結構 82

5.2.3 帶傳動的幾何計算 84 ^[2] 

5.3 帶傳動工作情況分析 85

5.3.1 帶傳動的受力分析 85

5.3.2 帶傳動的最大有效拉力及其影響因素 86

5.3.3 帶傳動的應力分析 87

5.3.4 帶的彈性滑動和打滑 88

5.4 V帶傳動的設計 89

5.4.1 設計準則和單根V帶的基本額定功率 89

5.4.2 帶傳動的設計與參數選擇 92

5.4.3 帶傳動的張緊、安裝及維護 97

本章小結 98

習題 98

第6章 鏈傳動 100

6.1 概述 101

6.2 鏈條與鏈輪 101

6.2.1 鏈條 101

6.2.2 鏈輪 104

6.3 鏈傳動的運動分析及受力分析 105

6.3.1 鏈傳動的運動分析 105

6.3.2 鏈傳動的受力分析 107

6.4 滾子鏈傳動的失效形式及功率曲線 108

6.4.1 滾子鏈傳動的失效形式 108

6.4.2 滾子鏈傳動的極限功率曲線 109

6.4.3 滾子鏈傳動的額定功率曲線 109

6.5 鏈傳動的設計計算 111

6.5.1 一般鏈傳動的設計計算 111

6.5.2 低速鏈傳動的靜強度計算 112

6.6 鏈傳動的佈置、張緊與潤滑 113

6.6.1 鏈傳動的佈置 113

6.6.2 鏈傳動的張緊 113

6.6.3 鏈傳動的潤滑 114

本章小結 116

習題 116

第7章 齒輪傳動 118

7.1 概述 119

7.2 齒輪傳動的失效形式及設計準則 120

7.2.1 齒輪的失效形式 120

7.2.2 設計準則 122

7.3 齒輪的材料及其選擇原則 123

7.3.1 常用的齒輪材料 123

7.3.2 齒輪材料的選擇原則 125

7.4 齒輪傳動的計算載荷 127

7.5 標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算 132

7.5.1 輪齒的受力分析 132

7.5.2 齒根彎曲疲勞強度計算 132

7.5.3 齒面接觸疲勞強度計算 134

7.5.4 齒輪傳動的強度計算説明 137

7.6 齒輪傳動的設計參數、許用應力與精度選擇 137

7.6.1 齒輪傳動設計參數選擇 137

7.6.2 齒輪的許用應力 139

7.6.3 齒輪精度選擇 141

7.7 標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算 145

7.7.1 輪齒的受力分析 145

7.7.2 計算載荷 146

7.7.3 齒根彎曲疲勞強度計算 148

7.7.4 齒面接觸疲勞強度計算 148

7.7.5 斜齒輪傳動的參數選擇 150

7.8 標準直齒圓錐齒輪傳動的強度計算 154

7.8.1 設計參數 154

7.8.2 輪齒的受力分析 155

7.8.3 齒根彎曲疲勞強度計算 156

7.8.4 齒面接觸疲勞強度計算 156

7.9 變位齒輪傳動強度計算概述 157

7.10 齒輪的結構設計 158

7.11 齒輪傳動的潤滑 162

7.11.1 齒輪傳動的潤滑方式 162

7.11.2 潤滑劑的選擇 162

本章小結 163

習題 164

第8章 蝸桿傳動設計 166

8.1 概述 167

8.1.1 蝸桿傳動的類型 167

8.1.2 蝸桿傳動的特點 168

8.1.3 普通圓柱蝸桿傳動的精度 169

8.2 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數及幾何尺寸計算 169

8.2.1 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數及其選擇 170

8.2.2 普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算 172

8.2.3 蝸桿傳動的變位 173

8.3 圓柱蝸桿傳動的失效形式、設計準則和材料選擇 174

8.4 普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算 175

8.4.1 蝸桿傳動的受力分析 175

8.4.2 蝸桿傳動強度計算 176

8.4.3 蝸桿傳動剛度計算 179

8.5 蝸桿傳動的效率、相對滑動速度、潤滑及熱平衡計算 180

8.5.1 蝸桿傳動的效率 180

8.5.2 蝸桿傳動的相對滑動速度 181

8.5.3 蝸桿傳動的潤滑 181

8.5.4 蝸桿傳動的熱平衡計算 182

8.6 圓柱蝸桿和蝸輪的結構 183

8.6.1 蝸桿的結構 183

8.6.2 蝸輪的結構 183

本章小結 185

習題 185

第四篇 軸系零部件及彈簧設計

第9章 軸的設計 188

9.1 概述 189

9.2 軸的結構設計 191

9.2.1 擬訂軸上零件的裝配方案 191

9.2.2 軸上零件軸向和周向定位 192

9.2.3 各軸段直徑和長度的確定 194

9.2.4 提高軸強度的常用措施 194

9.2.5 結構工藝性要求 195

9.3 軸的工作能力計算 196

9.3.1 軸的強度計算 196

9.3.2 軸的剛度計算 200

9.3.3 軸的振動穩定性計算 202

本章小結 208

習題 208

第10章 滑動軸承 210

10.1 概述 210

10.2 滑動軸承的結構、材料及潤滑 211

10.2.1 滑動軸承的類型和結構 211

10.2.2 滑動軸承的失效形式、常用材料及軸瓦結構 213

10.2.3 滑動軸承潤滑劑的選用 220

10.3 非液體摩擦滑動軸承的設計計算 222

10.3.1 徑向滑動軸承的設計計算 222

10.3.2 止推滑動軸承的設計計算 223

10.4 液體動力潤滑徑向滑動軸承的設計計算 224

10.4.1 流體動力潤滑的基本方程 224

10.4.2 徑向滑動軸承形成流體動力潤滑的過程 227

10.4.3 徑向滑動軸承的幾何關係和承載量係數 227

10.4.4 最小油膜厚度minh 230

10.4.5 軸承的熱平衡計算 230

10.4.6 參數選擇 232

本章小結 234

習題 234

第11章 滾動軸承 236

11.1 概述 237

11.1.1 滾動軸承的基本構造 237

11.1.2 滾動軸承的材料 238

11.2 滾動軸承的類型、代號和選擇 238

11.2.1 滾動軸承的類型 238

11.2.2 滾動軸承的性能和特點 239

11.2.3 滾動軸承的代號 241

11.2.4 滾動軸承的類型選擇 244

11.3 滾動軸承的工作情況 245

11.3.1 滾動軸承的受力分析 245

11.3.2 滾動軸承主要失效形式 246

11.3.3 計算準則 247

11.4 滾動軸承的校核計算 247

11.4.1 滾動軸承的基本額定壽命 247

11.4.2 滾動軸承的基本額定動負荷 248

11.4.3 滾動軸承的壽命計算公式 248

11.4.4 滾動軸承的當量動負荷 249

11.4.5 角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的徑向載荷與軸向載荷計算 250

11.4.6 滾動軸承的靜強度計算 252

11.5 滾動軸承的組合設計 253

11.5.1 滾動軸承的固定 253

11.5.2 滾動軸承軸系支點固定的結構形式 254

11.5.3 軸承遊隙和軸承組合位置的調整 256

11.5.4 提高軸系剛度的措施 256

11.5.5 滾動軸承的配合和裝拆 258

11.5.6 滾動軸承的潤滑 259

11.5.7 滾動軸承的密封 261

11.6 新型結構滾動軸承簡介 264

11.6.1 直線滾動軸承 264

11.6.2 交叉滾動軸承 265

本章小結 266

習題 266

第12章 聯軸器和離合器 268

12.1 概述 268

12.2 聯軸器 ^[2]