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第1章 绪论1

1.1 本课程的研究对象1

1.2 本课程的内容、性质与任务2

1.2.1 本课程的内容、性质与任务2

1.2.2 本课程的特点和学习方法3

第2章 机械设计概论5

2.1 机器的组成5

2.1.1 原动部分5

2.1.2 执行部分5

2.1.3 传动系统5

2.1.4 控制系统6

2.1.5 辅助系统6

2.2 机器的主要要求6

2.2.1 使用功能要求6

2.2.2 经济性要求6

2.2.3 可靠性要求7

2.2.4 劳动保护和环境保护要求7

2.2.5 其他特殊要求7

2.3 设计机器的一般程序8

2.3.1 产品规划阶段8

2.3.2 方案设计阶段9

2.3.3 技术设计阶段10

2.3.4 编制技术文件阶段10

2.4 设计机械零件时应满足的基本要求11

2.4.1 强度、刚度及寿命要求11

2.4.2 结构工艺性要求11

2.4.3 可靠性要求11

2.4.4 经济性要求11

2.4.5 减小质量的要求12

2.5 机械零件的主要失效形式12

2.5.1 整体断裂12

2.5.2 塑性变形12

2.5.3 过大的弹性变形12

2.5.4 零件的表面破坏13

2.5.5 破坏正常工作条件引起的失效13

2.6 机械零件的设计准则13

2.6.1 强度准则13

2.6.2 刚度准则14

2.6.3 寿命准则14

2.6.4 振动稳定性准则15

2.6.5 散热性准则15

2.6.6 可靠性准则15

2.7 机械零件的设计方法15

2.7.1 理论设计16

2.7.2 经验设计16

2.7.3 模型实验设计16

2.8 机械零件设计的一般步骤16

2.8.1 零件类型选择16

2.8.2 受力分析16

2.8.3 材料选择17

2.8.4 确定设计准则17

2.8.5 理论计算17

2.8.6 结构设计17

2.8.7 校核计算17

2.8.8 绘制零件工作图17

2.8.9 编写技术说明书及有关技术文件17

2.9 机械零件的材料及其选用17

2.9.1 机械零件的材料17

2.9.2 机械零件材料选择原则19

2.10 机械零件设计中的标准化20

2.11 机械现代设计方法简介21

2.11.1 机械优化设计21

2.11.2 计算机辅助设计22

2.11.3 可靠性设计22

2.11.4 有限元法22

2.11.5 摩擦学设计22

2.11.6 并行设计23

2.11.7 动态设计23

2.11.8 模块化设计23

2.11.9 工业设计24

2.11.10 绿色设计24

第3章 机械零件的强度25

3.1 材料的疲劳特性25

3.1.1 变应力25

3.1.2 材料的疲劳特性27

3.2 机械零件的疲劳强度计算30

3.2.1 影响机械零件疲劳强度的主要因素30

3.2.2 机械零件的疲劳强度计算35

3.3 机械零件的抗断裂强度41

3.4 机械零件的接触强度43

习题44

第4章 摩擦、磨损及润滑概述46

4.1 摩擦46

4.1.1 干摩擦46

4.1.2 边界摩擦48

4.1.3 流体摩擦49

4.1.4 混合摩擦49

4.2 磨损50

4.2.1 磨损过程的分析50

4.2.2 磨损的分类51

4.3 润滑剂、添加剂和润滑方法53

4.3.1 润滑剂53

4.3.2 添加剂58

4.3.3 润滑方法59

4.4 流体润滑原理简介62

4.4.1 流体动压润滑62

4.4.2 弹性流体动力润滑62

4.4.3 流体静压润滑63

习题64

第5章 螺纹连接65

5.1 螺纹与螺纹连接65

5.1.1 螺纹的主要参数和常用类型65

5.1.2 螺纹连接的类型和标准螺纹连接件67

5.2 螺纹连接的预紧68

5.3 螺纹连接的防松70

5.3.1 摩擦防松70

5.3.2 机械防松71

5.3.3 永久防松端铆、冲点、定位焊71

5.3.4 化学防松黏合71

5.4 螺栓组连接的设计71

5.4.1 螺栓组连接的结构设计71

5.4.2 螺栓组连接的受力分析73

5.5 螺栓连接的强度计算76

5.5.1 松螺栓连接的强度计算76

5.5.2 受剪螺栓连接的强度计算81

5.6 螺纹连接件的材料及许用应力82

5.6.1 螺栓连接的材料及性能等级82

5.6.2 螺栓连接件的许用应力83

5.7 提高螺纹连接强度的措施83

5.7.1 降低螺栓的刚度或增大被连接件的刚度83

5.7.2 改善螺纹牙上载荷分布不均匀的现象84

5.7.3 减小应力集中的影响84

5.7.4 采用合理的工艺84

习题85

第6章 键、花键、无键连接和销连接87

6.1 键连接87

6.1.1 键连接的类型、特点及应用87

6.1.2 键的选择90

6.1.3 键连接的强度计算90

6.2 花键连接94

6.2.1 花键连接的类型、特点和应用94

6.2.2 花键的选择和花键连接的强度计算96

6.3 无键连接97

6.3.1 过盈配合连接97

6.3.2 型面连接105

6.3.3 胀紧连接105

6.4 销连接106

6.4.1 销连接的类型106

6.4.2 销的结构类型、特点及应用107

习题109

第7章 带传动111

7.1 带传动的类型、特点及应用111

7.1.1 带传动的类型与结构111

7.1.2 带传动的特点114

7.2 带传动的工作情况分析114

7.2.1 带传动的受力分析114

7.2.2 带传动的应力分析116

7.2.3 带的弹性滑动与打滑117

7.3 V带传动的设计计算119

7.3.1 V带传动的失效形式和设计准则119

7.3.2 V带传动的设计步骤119

7.4 V带轮的设计131

7.4.1 V带轮的设计基本要求131

7.4.2 V带轮的材料131

7.4.3 V带轮的结构尺寸131

7.5 V带轮传动的张紧方式133

7.5.1 定期张紧133

7.5.2 自动张紧133

7.5.3 张紧轮张紧134

习题136

第8章 链传动137

8.1 链传动的特点及应用137

8.1.1 套筒滚子链的结构和规格137

8.1.2 链轮的结构139

8.2 链传动的运动分析和受力分析141

8.2.1 链传动的运动分析141

8.2.2 链传动的受力分析142

8.3 套筒滚子链的设计计算143

8.3.1 套筒滚子链传动的设计约束分析143

8.3.2 套筒滚子链传动的设计146

8.4 链传动的润滑与布置148

8.4.1 链传动的润滑148

8.4.2 链传动的布置与张紧149

习题151

第9章 齿轮传动152

9.1 齿轮的失效形式及设计准则152

9.1.1 齿轮的工作条件与齿面硬度152

9.1.2 齿轮的失效形式及设计准则152

9.2 齿轮材料及热处理155

9.2.1 齿轮的材料及其选用156

9.2.2 齿轮的热处理156

9.3 直齿圆柱齿轮传动的受力分析和计算载荷158

9.3.1 轮齿的受力分析159

9.3.2 计算载荷160

9.4 直齿圆柱齿轮传动的强度计算163

9.4.1 直齿圆柱齿轮传动的齿面接触强度计算163

9.4.2 直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲强度计算169

9.5 斜齿圆柱齿轮传动强度计算的特点180

9.5.1 轮齿上的作用力180

9.5.2 强度计算182

9.6 直齿圆锥齿轮的传动强度计算特点191

9.6.1 齿轮的受力分析192

9.6.2 强度计算193

9.7 齿轮的结构设计197

9.7.1 齿轮轴197

9.7.2 腹板式齿轮和实心式齿轮197

9.7.3 轮辐式齿轮198

9.8 齿轮传动的效率与润滑200

9.8.1 齿轮传动的效率200

9.8.2 齿轮传动的润滑200

习题202

第10章 蜗杆传动204

10.1 蜗杆传动的材料和失效形式204

10.1.1 蜗杆传动的材料204

10.1.2 蜗杆传动的失效形式205

10.1.3 蜗杆传动的结构设计205

10.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算206

10.2.1 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择206

10.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算209

10.3 蜗杆传动的受力分析和强度计算211

10.3.1 受力分析211

10.3.2 强度计算212

10.3.3 刚度计算216

10.3.4 普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择216

10.4 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算217

10.4.1 蜗杆传动的效率和润滑217

10.4.2 蜗杆传动的热平衡计算218

10.5 蜗杆传动工程应用220

习题223

第11章 滑动轴承224

11.1 机械设计中的摩擦、磨损和润滑224

11.1.1 机械中的摩擦224

11.1.2 机械中的磨损226

11.1.3 机械中的润滑227

11.2 滑动轴承概述228

11.2.1 滑动轴承的特点与分类228

11.2.2 滑动轴承的设计内容228

11.2.3 滑动轴承的摩擦润滑状态229

11.3 滑动轴承的结构形式230

11.3.1 向心滑动轴承230

11.3.2 推力滑动轴承231

11.4 滑动轴承的材料231

11.4.1 轴瓦对材料的性能要求231

11.4.2 滑动轴承的材料232

11.4.3 轴瓦的结构235

11.5 滑动轴承的润滑剂和润滑装置236

11.5.1 润滑剂及其性能指标236

11.5.2 润滑剂的选择239

11.5.3 润滑方法240

11.6 不完全液体摩擦滑动轴承的计算242

11.6.1 向心滑动轴承242

11.6.2 推力滑动轴承243

11.7 液体动力润滑向心滑动轴承的设计计算244

11.7.1 流体动力润滑的基本方程244

11.7.2 向心滑动轴承形成液体动力润滑的过程246

11.7.3 液体动力润滑向心滑动轴承设计步骤253

习题255

第12章 滚动轴承256

12.1 概述256

12.1.1 滚动轴承的结构256

12.1.2 滚动轴承各元件的材料257

12.1.3 滚动轴承的优缺点257

12.2 滚动轴承的主要类型及其代号257

12.2.1 滚动轴承的类型257

12.2.2 滚动轴承的代号261

12.3 滚动轴承类型的选择265

12.3.1 载荷的大小、方向及性质265

12.3.2 轴承的转速265

12.3.3 轴承的调心性能266

12.3.4 安装条件266

12.3.5 经济性266

12.4 滚动轴承的工作情况266

12.4.1 滚动轴承的工作情况分析266

12.4.2 滚动轴承的失效形式和计算准则268

12.5 滚动轴承尺寸的选择268

12.5.1 滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷268

12.5.2 滚动轴承的当量动载荷270

12.5.3 滚动轴承的寿命计算272

12.5.4 角接触球轴承和圆锥滚子轴承的径向载荷与轴向载荷计算273

12.5.5 滚动轴承的静强度计算276

12.6 轴承装置的设计277

12.6.1 滚动轴承的轴向定位与紧固277

12.6.2 滚动轴承的配置278

12.6.3 轴承游隙和轴系位置的调整280

12.6.4 滚动轴承的刚度和预紧281

12.6.5 滚动轴承轴系的刚度和精度282

12.6.6 滚动轴承的配合和装拆282

12.6.7 滚动轴承的润滑与密封285

12.7 其他290

12.7.1 滚动轴承的极限转速290

12.7.2 滚动轴承的修正额定寿命计算291

12.7.3 特殊滚动轴承简介291

习题293

第13章 联轴器与离合器295

13.1 联轴器与离合器的分类和应用295

13.1.1 联轴器与离合器的分类295

13.1.2 联轴器和离合器计算转矩的确定295

13.2 刚性联轴器296

13.2.1 刚性联轴器的特点296

13.2.2 常用刚性联轴器简介297

13.3 挠性联轴器298

13.3.1 无弹性元件挠性联轴器298

13.3.2 金属弹性元件挠性联轴器300

13.3.3 非金属弹性元件挠性联轴器301

13.4 常用离合器的类型及应用303

13.4.1 牙嵌离合器303

13.4.2 圆盘摩擦离合器304

13.4.3 安全离合器305

13.5 联轴器与离合器的选择306

13.5.1 联轴器的选择306

13.5.2 离合器的选择308

习题308

第14章 轴310

14.1 轴的类型、材料和设计准则310

14.1.1 轴的类型与功用310

14.1.2 轴的材料及其选择311

14.1.3 轴的设计准则与步骤314

14.2 轴系结构组合设计与工程应用315

14.2.1 轴的结构设计要求315

14.2.2 滚动轴承与轴的组合设计316

14.2.3 轴系结构组合设计实例322

14.3 轴的强度计算324

14.3.1 按扭转强度计算324

14.3.2 按弯扭组合强度计算324

14.3.3 按疲劳强度安全系数计算325

14.4 轴的其他项目计算330

14.4.1 轴的刚度计算330

14.4.2 轴的临界转速计算331

习题335

第15章 弹簧337

15.1 弹簧的功用与类型337

15.1.1 弹簧的功用337

15.1.2 弹簧的类型337

15.2 弹簧的材料与制造338

15.2.1 弹簧的材料及许用应力338

15.2.2 弹簧的制造339

15.3 圆柱形螺旋压缩、拉伸弹簧的应力分析340

15.3.1 弹簧的应力340

15.3.2 弹簧的变形340

15.4 圆柱形螺旋压缩、拉伸弹簧的设计341

15.4.1 弹簧的结构与几何尺寸341

15.4.2 弹簧的设计计算343

15.5 其他弹簧简介345

15.5.1 圆柱螺旋扭转弹簧345

15.5.2 碟形弹簧346

习题347

参考文献348