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第一篇 机器与零件的结构与性能2

第1章 机器的结构与性能2

1.1 机器结构组成2

1.1.1 活塞式压缩机的结构组成3

1.1.2 定工作台立式加工中心的结构组成4

1.2 机器连接方式6

1.2.1 零件间的连接6

1.2.2 组件间的连接8

1.2.3 部件间的连接9

1.3 机器的性能10

习题12

知识拓展13

第2章 机器结构与技术性能方案规划15

2.1 机器设计的一般要求与过程15

2.1.1 机器设计的一般要求15

2.1.2 机器设计的一般过程16

2.1.3 机器结构与技术性能设计的条件和任务17

2.2 机器结构方案规划设计17

2.2.1 整机的总体结构方案规划设计17

2.2.2 部件与组件的结构规划19

2.3 机器技术性能规划设计23

2.3.1 机器的技术性能规划23

2.3.2 齿轮减速器技术性能规划设计25

习题26

知识拓展27

第3章 机械零件技术性能设计基础28

3.1 机械零件技术性能设计概述28

3.2 机械零件的失效与设计准则29

3.2.1 载荷与应力29

3.2.2 机械零件的失效形式31

3.2.3 机械零件的设计准则32

3.3 机械零件的强度设计33

3.3.1 材料的疲劳特性33

3.3.2 机械零件的静强度设计36

3.3.3 机械零件整体疲劳强度设计37

3.3.4 机械零件的表面强度设计45

3.3.5 机械零件强度设计实例48

3.4 机械零件的刚度设计48

3.4.1 静刚度设计49

3.4.2 动刚度设计49

3.4.3 热刚度设计50

3.5 机械零件的摩擦学设计50

3.5.1 摩擦51

3.5.2 磨损52

3.5.3 润滑54

3.6 机械零件材料的选用与热处理56

3.7 零件的结构工艺性57

习题58

知识拓展60

第二篇 动连接64

第4章 滑动轴承64

4.1 滑动轴承分类与设计内容64

4.2 滑动轴承的结构设计65

4.2.1 滑动轴承结构形式65

4.2.2 轴瓦结构67

4.3 设计准则、常用材料及润滑剂的选用69

4.3.1 失效形式、设计准则69

4.3.2 常用材料的选用70

4.3.3 滑动轴承润滑剂的选用72

4.4 非完全液体润滑滑动轴承性能设计73

4.4.1 非完全液体润滑径向轴承计算73

4.4.2 非完全液体润滑推力滑动轴承计算74

4.5 流体动力润滑基本理论75

4.5.1 流体动力润滑基本方程75

4.5.2 油膜承载机理77

4.5.3 动压油膜形成过程78

4.6 动压润滑径向滑动轴承性能设计79

4.6.1 主要几何参数79

4.6.2 性能设计80

4.6.3 轴承参数选择85

4.7 动压滑动轴承设计工程应用实例86

4.8 其他滑动轴承简介88

习题91

知识拓展92

第5章 滚动轴承94

5.1 概述94

5.2 滚动轴承特点与分类95

5.2.1 轴承分类及应用95

5.2.2 轴承代号99

5.3 滚动轴承选择及组合结构设计101

5.3.1 滚动轴承类型的选择101

5.3.2 滚动轴承的组合结构设计103

5.4 滚动轴承工作载荷与设计准则107

5.4.1 轴承内部载荷分布107

5.4.2 滚动体与套圈应力108

5.4.3 失效形式及设计准则108

5.5 滚动轴承性能设计110

5.5.1 滚动轴承寿命与额定载荷110

5.5.2 滚动轴承寿命计算公式110

5.5.3 滚动轴承当量动载荷112

5.5.4 角接触向心轴承轴向载荷计算114

5.5.5 滚动轴承静强度116

5.5.6 滚动轴承的工程应用实例118

5.6 其他滚动轴承简介120

习题121

知识拓展123

第6章 移动副126

6.1 移动副概述126

6.1.1 移动副的结构要素126

6.1.2 移动副的设计要求与内容129

6.2 典型滑动导轨副及其应用129

6.2.1 滑动导轨常用结构130

6.2.2 滑动导轨常用材料133

6.2.3 滑动导轨副失效及改善措施134

6.2.4 滑动导轨的载荷分析134

6.2.5 滑动导轨的压强计算134

6.2.6 滑动导轨的刚度计算138

6.3 典型滚动导轨副及其应用139

6.3.1 滚动直线导轨副的结构139

6.3.2 滚动直线导轨的设计流程141

6.3.3 滚动直线导轨的性能参数141

6.3.4 滚动直线导轨当量载荷计算142

6.3.5 滚动直线导轨的性能设计143

6.3.6 滚动直线导轨选型工程实例145

6.3.7 其他类型滚动导轨支承简介146

习题148

知识拓展148

第7章 齿轮副150

7.1 概述150

7.2 齿轮副的设计准则152

7.2.1 齿轮副的失效152

7.2.2 齿轮副性能设计准则154

7.2.3 齿轮材料及热处理155

7.3 直齿圆柱齿轮副的性能设计157

7.3.1 直齿圆柱齿轮副的载荷157

7.3.2 直齿圆柱齿轮副的接触疲劳强度设计161

7.3.3 直齿圆柱齿轮副的弯曲疲劳强度设计170

7.3.4 齿轮主要参数选择178

7.4 斜齿圆柱齿轮副的性能设计178

7.4.1 斜齿圆柱齿轮副的载荷179

7.4.2 斜齿圆柱齿轮副的接触疲劳强度设计179

7.4.3 斜齿圆柱齿轮副的弯曲疲劳强度设计180

7.5 圆柱齿轮副的静强度设计181

7.6 圆柱齿轮设计的工程实例182

7.7 直齿锥齿轮副性能设计187

7.7.1 直齿锥齿轮的计算载荷187

7.7.2 直齿锥齿轮副的接触疲劳强度设计189

7.7.3 直齿锥齿轮副的弯曲疲劳强度设计190

7.8 齿轮副的结构设计190

习题192

知识拓展195

第8章 蜗杆副196

8.1 概述196

8.2 蜗杆副的结构设计197

8.3 普通圆柱蜗杆副的性能设计207

8.3.1 蜗杆副的设计准则207

8.3.2 蜗杆副的材料208

8.3.3 普通圆柱蜗杆副的计算载荷210

8.3.4 蜗轮齿面接触疲劳强度设计211

8.3.5 蜗轮齿根弯曲疲劳强度设计212

8.3.6 普通圆柱蜗杆副刚度计算214

8.3.7 蜗杆副的传动效率214

8.3.8 蜗杆副的热平衡计算216

8.4 蜗杆副的精度217

8.5 蜗杆副设计的工程实例217

习题219

知识拓展220

第三篇 静连接224

第9章 螺纹连接224

9.1 概述224

9.2 螺纹及螺纹连接225

9.2.1 螺纹的类型及应用225

9.2.2 螺纹的主要参数227

9.2.3 螺纹连接的类型228

9.2.4 螺纹连接的标准件229

9.3 螺纹连接的结构设计231

9.3.1 螺栓组布局设计231

9.3.2 螺纹连接的防松232

9.4 螺纹连接的性能设计235

9.4.1 螺纹连接的预紧235

9.4.2 螺栓组连接的受力分析236

9.4.3 螺纹连接的性能设计计算240

9.4.4 螺纹连接件的材料及许用应力248

9.5 提高螺纹连接性能的措施249

9.5.1 提高螺纹连接的强度249

9.5.2 提高螺纹连接的刚度253

9.6 设计实例253

习题255

知识拓展258

第10章 键与销连接259

10.1 键连接259

10.1.1 键连接的类型及应用259

10.1.2 键连接强度计算261

10.1.3 键连接计算实例262

10.2 花键连接263

10.2.1 花键连接的类型及应用263

10.2.2 花键连接强度计算264

10.3 销连接265

习题267

知识拓展268

第11章 过盈连接、铆接、焊接、粘接270

11.1 过盈连接270

11.1.1 概述270

11.1.2 过盈连接的设计270

11.2 铆接273

11.2.1 铆缝的种类、特性及应用274

11.2.2 铆钉274

11.2.3 铆接的失效形式及设计274

11.3 焊接276

11.3.1 焊接的特点及应用276

11.3.2 电弧焊缝的基本形式276

11.3.3 焊接件常用材料及焊条277

11.3.4 焊缝的强度计算277

11.4 粘接279

11.4.1 粘接的特点及胶粘剂279

11.4.2 粘接接头设计要点280

习题281

知识拓展281

第四篇 典型零件284

第12章 轴284

12.1 概述285

12.1.1 轴的功用与类型285

12.1.2 轴的材料及热处理286

12.1.3 轴的设计内容287

12.2 轴的结构设计287

12.2.1 轴的结构设计原则287

12.2.2 轴的结构设计287

12.2.3 轴的结构要素291

12.3 轴的技术性能设计293

12.3.1 轴的技术性能设计内容293

12.3.2 轴强度的扭转计算方法294

12.3.3 轴强度的弯扭合成计算方法295

12.3.4 轴的疲劳强度计算297

12.3.5 轴的静强度计算298

12.3.6 轴的刚度计算299

12.3.7 轴的振动稳定性计算301

12.3.8 多支承轴的性能计算方法302

12.4 工程设计实例303

习题307

知识拓展310

第13章 机架类零件312

13.1 概述312

13.2 机架类零件设计要求313

13.2.1 机架类零件结构工艺313

13.2.2 机架类零件性能设计要求314

13.3 机架类零件结构与性能设计316

13.3.1 几何物理模型建立316

13.3.2 概念单元设计317

13.3.3 强度与刚度设计319

13.3.4 工艺造型设计321

13.4 工程设计实例322

习题327

知识拓展327

第14章 弹簧329

14.1 概述329

14.2 圆柱螺旋弹簧的结构设计330

14.2.1 弹簧结构类型330

14.2.2 圆柱螺旋弹簧几何参数331

14.3 圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧性能设计333

14.3.1 弹簧材料333

14.3.2 圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧强度334

14.3.3 圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧刚度336

14.3.4 圆柱螺旋压缩弹簧的稳定性338

14.3.5 圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧设计339

14.4 圆柱螺旋扭转弹簧的设计340

14.5 其他类型弹簧简介341

14.5.1 环形弹簧341

14.5.2 蝶形弹簧342

14.5.3 平面涡卷弹簧342

14.5.4 板弹簧342

14.5.5 橡胶弹簧342

习题343

知识拓展343

第五篇 典型部件346

第15章 带传动346

15.1 概述346

15.2 带传动工作状况分析348

15.2.1 带传动的受力分析348

15.2.2 带传动极限有效拉力及其影响因素349

15.2.3 带的弹性滑动和打滑351

15.2.4 带的应力分析352

15.3 普通V带传动性能设计353

15.3.1 带传动的设计准则353

15.3.2 单根V带的基本额定功率与额定功率353

15.3.3 带传动的参数选择356

15.3.4 带传动的性能设计357

15.4 普通V带传动结构设计360

15.4.1 V带轮的结构设计360

15.4.2 带传动的张紧装置361

15.5 V带传动设计工程实例362

习题363

知识拓展365

第16章 链传动367

16.1 概述367

16.2 滚子链的结构特点368

16.3 链传动工作状况分析372

16.3.1 链传动运动特性分析372

16.3.2 链传动的动载荷373

16.3.3 链传动的受力分析374

16.4 链传动性能设计375

16.4.1 链传动的失效形式375

16.4.2 链传动的额定功率376

16.4.3 链传动的参数选择377

16.4.4 链传动性能设计377

16.5 链传动结构设计380

16.5.1 滚子链链轮的结构设计380

16.5.2 链传动的布置、张紧、润滑和防护383

16.6 链传动设计工程实例385

习题386

知识拓展387

第17章 齿轮传动388

17.1 定轴齿轮传动设计条件与流程389

17.1.1 工作条件389

17.1.2 性能指标389

17.1.3 设计流程与内容389

17.2 定轴齿轮减速器的结构方案规划390

17.2.1 单级定轴齿轮机构的结构方案390

17.2.2 多级定轴齿轮机构的结构布局391

17.2.3 三级定轴齿轮减速器的结构方案设计393

17.3 三级定轴齿轮减速器结构与强度设计394

17.3.1 传动比分配394

17.3.2 运动与动力参数394

17.3.3 力学模型395

17.3.4 齿轮副强度设计396

17.3.5 轴系结构与强度设计398

17.3.6 轴承选型与寿命设计399

17.3.7 箱体结构与强度刚度设计400

17.4 三级定轴齿轮减速器的润滑与密封设计401

17.4.1 减速器润滑设计401

17.4.2 减速器密封设计401

17.5 三级定轴减速器技术方案401

17.6 行星齿轮传动设计条件与流程402

17.6.1 工作条件402

17.6.2 性能指标402

17.6.3 设计流程与内容403

17.7 行星齿轮减速器的整体结构方案规划403

17.7.1 单级行星齿轮机构的结构方案403

17.7.2 两级行星齿轮传动的构件合并与结构方案405

17.7.3 三级行星齿轮减速器的结构方案设计405

17.8 三级行星齿轮传动强度设计406

17.8.1 传动比分配406

17.8.2 运动与动力参数407

17.8.3 力学模型407

17.8.4 齿轮副强度设计408

17.8.5 行星轮轴强度设计409

17.8.6 行星架结构与强度设计409

17.8.7 轴承选型与寿命设计410

17.8.8 箱体结构与强度、刚度设计411

17.9 行星齿轮减速器的润滑与密封设计412

17.10 变桨减速器技术方案图412

习题412

知识拓展413

第18章 螺旋传动414

18.1 螺旋副概述414

18.1.1 螺旋副414

18.1.2 螺旋副的类型及应用414

18.1.3 螺旋副的技术性能设计415

18.2 螺旋传动设计条件与流程420

18.2.1 螺旋传动设计条件421

18.2.2 螺旋传动设计流程421

18.3 螺旋传动结构方案规划423

18.3.1 螺旋副结构与选型423

18.3.2 转动副结构方案423

18.3.3 移动副结构方案424

18.3.4 螺旋传动的总体结构方案425

18.4 螺旋传动的技术性能设计426

18.4.1 螺旋传动的力学模型426

18.4.2 滚动螺旋副性能设计427

18.4.3 转动副技术性能设计428

18.4.4 移动副技术性能设计428

18.4.5 螺旋传动的润滑428

18.5 螺旋传动的技术方案429

18.6 静压螺旋副简介430

习题430

知识拓展430

第19章 联轴器、离合器、制动器432

19.1 联轴器432

19.1.1 联轴器的类型及特点432

19.1.2 联轴器的选用439

19.2 离合器441

19.2.1 离合器的类型及特点441

19.2.2 离合器的选用446

19.3 制动器447

19.3.1 制动器的类型及特点447

19.3.2 制动器的选用449

习题451

知识拓展452

第六篇 典型机器456

第20章 立式加工中心技术方案设计456

20.1 立式加工中心的设计条件与流程456

20.1.1 设计条件456

20.1.2 设计流程457

20.2 立式加工中心整机运动与结构方案458

20.2.1 整体运动方案设计458

20.2.2 整体布局方案设计459

20.2.3 整机移动副结构形式460

20.2.4 X/Y/Z子系统结构方案461

20.2.5 主轴子系统结构方案462

20.2.6 整机结构方案463

20.3 立式加工中心技术性能设计464

20.3.1 整机力学模型464

20.3.2 移动副结构参数与滚动导轨载荷467

20.3.3 X/Y/Z子系统技术性能设计469

20.3.4 主轴技术性能设计471

20.4 立式加工中心支承件结构设计472

20.5 立式加工中心整机结构方案与技术性能474

习题476

知识拓展477

参考文献479