機械設計

本書依據教育部高等學校機械基礎課程教學指導委員會編寫的《高等學校機械設計課程基本要求》和《機械設計課程教學改革建議》的精神，結合多年教學經驗，同時考慮應用型高校教學特點，與高水平企業專家共同編寫而成。

編者以“實用、新用、適用”為基本原則，以“工程應用”為核心思想，意在培養學生工程實踐意識和機械創新能力。全書共14章，包括緒論、機械設計概論、機械零件的強度、帶傳動設計、鏈傳動設計、齒輪傳動設計、蝸桿傳動設計、螺紋連接設計、鍵銷連接設計、滾動軸承、滑動軸承、聯軸器與離合器、軸的設計、導軌副。書中儘可能增加一些由淺入深的典型例題和詳細的解題步驟，並在章末給出學習要點，為師生及廣大讀者提供便利。

第0章緒論1

0.1課程研究對象1

0.2課程內容、性質和任務2

0.3課程特點和學習方法3

本章學習要點4

思考與練習題4

第1章機械設計概論6

1.1機器應滿足的主要要求6

1.2機器設計的一般程序及主要內容7

1.2.1計劃階段8

1.2.2方案設計階段8

1.2.3技術設計階段8

1.2.4編制技術文件階段9

1.3機械零件設計的基本要求及一般步驟9

1.3.1機械零件設計的基本要求9

1.3.2機械零件設計的一般步驟10

1.4機械零件的主要失效形式及計算準則11

1.4.1機械零件的主要失效形式11

1.4.2機械零件的計算準則12

1.5機械零件的材料選擇14

1.5.1機械零件的常用材料14

1.5.2機械零件材料的選用原則14

1.6機械零件的結構工藝性及標準化15

1.6.1機械零件的結構工藝性15

1.6.2機械零件的標準化16

1.7機械設計方法及其新發展17

1.7.1傳統設計方法17

1.7.2現代設計方法18

本章學習要點20

思考與練習題20

第2章機械零件的強度22

2.1載荷和應力的分類22

2.1.1載荷的分類22

2.1.2應力的分類23

2.2靜應力下機械零件的整體強度24

2.2.1靜應力下機械零件的強度條件24

2.2.2許用安全係數的選擇25

2.3穩定變應力下機械零件的整體強度26

2.3.1材料的疲勞極限和疲勞曲線26

2.3.2材料的疲勞極限應力線圖28

2.3.3影響機械零件疲勞強度的主要因素29

2.3.4穩定變應力下機械零件的疲勞強度計算34

2.3.5複合應力下機械零件的疲勞強度計算37

2.4機械零件的表面接觸疲勞強度39

本章學習要點40

思考與練習題40

第3章帶傳動設計42

3.1概述42

3.2V帶和V帶帶輪44

3.2.1V帶44

3.2.2V帶帶輪45

3.3帶傳動的工作情況分析48

3.3.1帶傳動的幾何關係與計算48

3.3.2帶傳動的受力分析49

3.3.3彈性滑動與打滑50

3.3.4極限有效拉力及其影響因素51

3.3.5帶的應力分析52

3.3.6帶傳動的失效形式和設計準則53

3.4普通V帶傳動的設計計算53

3.4.1單根普通V帶的基本額定功率53

3.4.2普通V帶傳動的設計步驟和參數選擇55

3.5帶傳動的張緊與維護63

3.5.1帶傳動的張緊63

3.5.2帶傳動的維護64

3.6其他帶傳動簡介*64

3.6.1窄V帶傳動64

3.6.2同步齒形帶傳動64

3.6.3高速帶傳動65

本章學習要點65

思考與練習題66

第4章鏈傳動設計68

4.1概述68

4.2滾子鏈和鏈輪69

4.2.1滾子鏈的結構69

4.2.2滾子鏈的基本參數和尺寸70

4.2.3滾子鏈鏈輪71

4.3鏈傳動的工作情況分析73

4.3.1平均鏈速和平均傳動比73

4.3.2鏈傳動的速度不均勻性74

4.3.3滾子鏈傳動的主要失效形式和設計準則75

4.4滾子鏈傳動的設計計算*75

4.4.1鏈的額定功率曲線75

4.4.2鏈傳動的設計步驟和主要參數選擇76 ^[1] 

4.5鏈傳動的佈置、張緊和潤滑81

4.5.1鏈傳動的佈置81

4.5.2鏈傳動的張緊82

4.5.3鏈傳動的潤滑82

本章學習要點84

思考與練習題84

第5章齒輪傳動設計86

5.1概述86

5.2齒輪傳動的失效形式和設計準則87

5.2.1齒輪傳動的失效形式87

5.2.2齒輪傳動的設計準則89

5.3齒輪常用材料和許用應力90

5.3.1齒輪常用材料90

5.3.2齒輪傳動的許用應力92

5.4齒輪傳動的計算載荷和載荷係數96

5.4.1計算載荷和載荷係數96

5.4.2載荷係數説明96

5.5標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算99

5.5.1齒輪的受力分析99

5.5.2齒面接觸疲勞強度計算100

5.5.3齒根彎曲疲勞程度計算103

5.5.4齒輪傳動的主要參數和傳動精度的選擇105

5.6標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算110

5.6.1輪齒的受力分析110

5.6.2齒面接觸疲勞強度計算111

5.6.3齒根彎曲疲勞強度計算112

5.7標準直齒圓錐齒輪傳動的強度計算116

5.7.1強度當量齒輪傳動及其幾何尺寸計算116

5.7.2受力分析和載荷係數117

5.7.3齒面接觸疲勞強度計算118

5.7.4齒根彎曲疲勞強度計算119

5.8齒輪的結構119

5.9齒輪傳動的潤滑121

本章學習要點123

思考與練習題123

第6章蝸桿傳動設計126

6.1概述126

6.1.1蝸桿傳動的特點126

6.1.2蝸桿傳動的分類及應用126

6.1.3蝸桿傳動的滑動速度128

6.1.4蝸桿傳動的傳動效率129

6.2蝸桿傳動的失效形式、設計準則和材料選擇130

6.2.1蝸桿傳動的失效形式和設計準則130

6.2.2蝸桿傳動的材料選擇131

6.3蝸桿傳動的精度選擇、側隙規定、蝸桿和蝸輪的結構131

6.3.1蝸桿傳動的精度選擇和側隙規定131

6.3.2蝸桿的結構132

6.3.3蝸輪的結構132

6.4蝸桿傳動的強度計算和蝸桿的剛度校核133

6.4.1蝸桿傳動的受力分析133

6.4.2蝸輪齒面接觸疲勞強度計算133

6.4.3蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算136

6.4.4蝸桿的剛度校核*137

6.5蝸桿傳動的熱平衡計算及潤滑138

6.5.1蝸桿傳動的熱平衡計算138

6.5.2蝸桿傳動的潤滑139

本章學習要點143

思考與練習題143

第7章螺紋連接設計145

7.1概述145

7.2螺紋連接的主要類型、特點及應用146

7.3螺紋連接的預緊與防松147

7.3.1螺紋連接的預緊147

7.3.2螺紋連接的防松148

7.4螺栓組連接的設計150

7.4.1螺栓組連接的結構設計150

7.4.2螺栓組連接的受力分析151

7.5螺紋連接的強度計算155

7.5.1螺紋連接的常用材料和許用應力156

7.5.2普通螺栓連接的強度計算158

7.5.3鉸制孔用螺栓連接的強度計算161

7.6提高螺紋連接強度的措施162

本章學習要點168

思考與練習題169

第8章鍵銷連接設計171

8.1鍵連接171

8.1.1鍵連接的類型、功用、結構及應用171

8.1.2鍵連接的選擇174

8.1.3鍵連接的強度計算174

8.2花鍵連接175

8.2.1花鍵連接的類型、結構和特點175

8.2.2花鍵連接的強度計算176

8.2.3滾珠花鍵連接177

8.3銷連接178

本章學習要點180

思考與練習題180

第9章滾動軸承183

9.1概述183

9.2滾動軸承的主要類型、特點和代號184

9.2.1滾動軸承的主要類型184

9.2.2滾動軸承的性能與特點184

9.2.3滾動軸承的代號188

9.3滾動軸承的類型選擇192

9.4滾動軸承的配合和遊隙194

9.4.1滾動軸承的安裝配合194

9.4.2滾動軸承的遊隙197

9.5滾動軸承的壽命計算199

9.5.1滾動軸承的壽命和基本額定壽命199

9.5.2滾動軸承的基本額定負荷200

9.5.3滾動軸承的壽命計算公式200

9.5.4滾動軸承的當量動載荷202

9.5.5角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的軸向載荷的計算203

9.6滾動軸承的靜強度計算208

9.7滾動軸承的組合結構設計209

9.7.1滾動軸承的軸向固定209

9.7.2滾動軸承的支承結構形式210

9.7.3滾動軸承的裝拆、預緊和剛度212

9.7.4滾動軸承的潤滑214

9.7.5滾動軸承的密封216

本章學習要點218

思考與練習題218

第10章滑動軸承221

10.1概述221

10.1.1滑動軸承的分類、特點和應用221

10.1.2滑動軸承的設計內容222

10.2滑動軸承的典型結構222

10.2.1徑向滑動軸承的典型結構222

10.2.2普通止推滑動軸承的典型結構223

10.3滑動軸承的材料和軸瓦結構224

10.3.1滑動軸承的材料224 ^[1] 

10.3.2軸瓦結構228

10.4滑動軸承的潤滑231

10.4.1潤滑劑及其選擇231

10.4.2潤滑方式和潤滑裝置232

10.4.3潤滑方式的選擇234

10.5不完全油膜滑動軸承的設計計算235

10.5.1不完全油膜滑動軸承的失效形式和計算準則235

10.5.2徑向滑動軸承的設計計算235

10.5.3止推滑動軸承的設計計算236

本章學習要點238

思考與練習題238

第11章聯軸器與離合器240

11.1聯軸器240

11.1.1聯軸器的類型240

11.1.2聯軸器的選擇248

11.2離合器250

11.2.1離合器的功用、分類及其基本要求250

11.2.2操縱離合器251

11.2.3自控離合器253

本章學習要點255

思考與練習題255

第12章軸的設計256

12.1概述256

12.1.1軸的功用256

12.1.2軸的分類256

12.1.3軸的組成258

12.2軸的材料選擇和設計步驟258

12.2.1軸毛坯的選擇258

12.2.2軸的常用材料及選擇258

12.2.3軸的設計要求和步驟260

12.3軸的結構設計261

12.3.1軸上零件的佈置和裝配261

12.3.2軸的小直徑估算261

12.3.3軸上零件的軸向定位與固定263

12.3.4軸上零件的周向固定265

12.3.5各軸段直徑和長度的確定265

12.3.6軸的結構工藝性266

12.3.7提高軸的強度和剛度的措施267

12.4軸的強度計算273

12.4.1軸的受力分析及計算簡圖273

12.4.2軸的內力分析273

12.4.3軸的彎扭合成強度計算274

12.4.4軸的安全係數校核計算276

12.5軸的剛度計算和振動穩定性概念*281

12.5.1軸的剛度計算281

12.5.2軸的振動穩定性概念281

本章學習要點283

思考與練習題283

第13章導軌副286

13.1導軌副的結構要素與設計286

13.1.1導軌副的結構要素286

13.1.2導軌副的設計要求與內容288

13.2典型滑動導軌副288

13.2.1滑動導軌常用結構289

13.2.2滑動導軌常用材料290

13.2.3滑動導軌副失效及改善措施291

13.3典型滾動導軌副291

13.3.1滾動直線導軌副的結構292

13.3.2滾動直線導軌副的設計流程292

13.3.3滾動直線導軌副的性能參數292

本章學習要點293

思考與練習題293

參考文獻294

附錄296

附錄1齒輪傳動基本參數和幾何尺寸296

附錄2蝸桿傳動基本參數和幾何尺寸300 ^[1] 

張珂，知名高校機械工程學院副院長、教授。長期從事機械類專業教育研究工作，專業經驗豐富。參與出版了多種機械類專業技術圖書，如《互換性與測量技術基礎》《機械基礎實驗》《工程力學及機械設計基礎》《MySQL數據庫基礎與實例教程》等。

郭長建，上海人本集團有限公司高級工程師，為本書的企業專家。