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第四篇 机械零件设计1

第13章 机械零件设计概论1

13.1 引言1

13.2 机械零件设计的基本要求、一般步骤和设计计算方法1

13.2.1 机械零件设计的基本要求1

13.2.2 机械零件设计的一般步骤2

13.2.3 机械零件设计计算方法2

13.3 载荷与应力的分类3

13.3.1 载荷分类3

13.3.2 应力分类4

13.4 机械零件的主要失效形式及设计准则8

13.4.1 机械零件的主要失效形式8

13.4.2 机械零件设计准则9

13.5 机械零件的强度计算11

13.5.1 机械零件的静强度11

13.5.2 机械零件的疲劳强度12

13.6 机械零件的表面强度17

13.6.1 表面挤压强度17

13.6.2 表面接触强度18

13.6.3 表面磨损强度19

13.7 机械零件的摩擦、磨损和润滑19

13.7.1 摩擦的种类及其性质19

13.7.2 磨损23

13.7.3 流体动力润滑原理24

13.7.4 润滑和润滑剂25

13.8 机械零件的常用材料及其选择原则32

13.8.1 机械零件的常用材料32

13.8.2 机械零件材料的选择原则33

13.9 零件设计中的工艺性33

习题38

第14章 螺纹连接与螺旋传动39

14.1 引言39

14.2 螺纹39

14.2.1 螺纹的类型39

14.2.2 螺纹参数41

14.2.3 螺纹紧固件的性能等级和材料42

14.2.4 螺纹的公差和精度42

14.3 螺纹连接的类型、预紧和防松42

14.3.1 螺纹连接的类型42

14.3.2 螺纹连接的预紧44

14.3.3 螺纹连接的防松46

14.4 螺栓组连接设计47

14.4.1 螺栓组连接的结构设计47

14.4.2 螺栓组连接的受力分析49

14.5 单个螺栓连接的强度计算52

14.5.1 受拉螺栓连接52

14.5.2 受剪螺栓连接56

14.5.3 许用应力57

14.6 提高螺栓连接强度的措施58

14.6.1 使螺纹牙受力均匀58

14.6.2 减小附加应力59

14.6.3 减轻应力集中60

14.6.4 降低应力幅60

14.6.5 改善螺纹制造工艺61

14.7 螺旋传动63

14.7.1 螺旋传动机构63

14.7.2 螺旋传动65

习题71

第15章 带传动和链传动74

15.1 引言74

15.1.1 带传动的特点74

15.1.2 链传动特点74

15.1.3 带传动、链传动的应用75

15.2 带和带轮75

15.2.1 平带和带轮75

15.2.2 V带和V带轮76

15.2.3 同步带和带轮81

15.3 带传动的工作情况分析82

15.3.1 带传动几何计算82

15.3.2 带传动作用力分析83

15.3.3 带的应力分析85

15.3.4 带传动的弹性滑动和打滑86

15.4 普通V带传动的设计87

15.4.1 单根V带基本额定功率87

15.4.2 V带传动的设计计算91

15.5 带传动的张紧装置及使用维护96

15.5.1 带传动张紧方法及装置96

15.2.2 带传动的使用维护96

15.6 滚子链和链轮98

15.6.1 滚子传动链结构98

15.6.2 滚子链链轮101

15.7 链传动的运动特性与受力分析103

15.7.1 链传动的运动特性103

15.7.2 链传动的动载荷105

15.7.3 链传动的受力分析105

15.8 滚子链传动的设计106

15.8.1 链传动的失效形式和设计准则106

15.8.2 滚子传动链的额定功率曲线和额定功率107

15.8.3 滚子传动链设计（GB/T18150—2006）108

15.8.4 主要参数选择112

15.9 链传动的正确使用和维护113

15.9.1 链传动的合理布置113

15.9.2 链传动的张紧113

15.9.3 链传动的润滑113

习题115

第16章 齿轮传动117

16.1 引言117

16.2 齿轮传动的失效形式和设计准则117

16.2.1 齿轮传动的主要失效形式与原因117

16.2.2 齿轮传动的设计准则119

16.3 齿轮的材料及其选择原则120

16.3.1 齿轮材料120

16.3.2 齿轮热处理122

16.3.3 许用应力123

16.4 齿轮传动的受力分析和计算载荷128

16.4.1 直齿圆柱齿轮传动的受力分析128

16.4.2 斜齿圆柱齿轮传动的受力分析129

16.4.3 圆锥齿轮传动的受力分析130

16.4.4 计算载荷132

16.5 直齿圆柱齿轮传动的强度计算136

16.5.1 齿面接触疲劳强度计算137

16.5.2 弯曲疲劳强度计算140

16.6 齿轮设计参数选择144

16.6.1 压力角α的选择144

16.6.2 小齿轮齿数z1的选择144

16.6.3 齿宽系数φd的选择144

16.6.4 齿面硬度的选择144

16.7 齿轮传动精度145

16.8 斜齿圆柱齿轮传动设计149

16.8.1 斜齿轮齿面接触疲劳强度计算149

16.8.2 斜齿轮齿根弯曲疲劳强度计算150

16.9 轴交角为90°直齿锥齿轮传动设计153

16.9.1 齿面接触疲劳强度计算153

16.9.2 齿根弯曲疲劳强度计算154

16.10 齿轮传动的效率与润滑154

16.10.1 齿轮传动的效率154

16.10.2 齿轮传动的润滑方式155

16.10.3 润滑剂的选择156

16.11 齿轮结构156

16.12 圆弧齿轮传动简介159

习题161

第17章 蜗杆传动163

17.1 引言163

17.1.1 蜗杆传动的特点163

17.1.2 蜗杆传动的应用163

17.1.3 蜗杆传动的类型164

17.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算166

17.2.1 普通圆柱蜗杆传动的主要参数166

17.2.2 普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算170

17.3 蜗杆传动的失效形式和材料选择171

17.3.1 失效形式171

17.3.2 材料选择171

17.3.3 计算准则172

17.4 普通圆柱蜗杆传动的设计计算172

17.4.1 蜗杆传动中的作用力分析172

17.4.2 计算载荷173

17.4.3 普通圆柱蜗杆传动的强度计算173

17.4.4 蜗杆轴挠度计算176

17.5 蜗杆传动的润滑与热平衡计算176

17.5.1 蜗杆传动的齿面滑动速度υs176

17.5.2 蜗杆传动的效率176

17.5.3 蜗杆传动的润滑178

17.5.4 蜗杆传动的热平衡计算179

17.6 蜗杆、蜗轮的结构180

习题186

第18章 轴及相关零件187

18.1 引言187

18.2 轴187

18.2.1 轴的分类、材料和一般设计步骤187

18.2.2 轴的结构设计190

18.2.3 轴的计算194

18.3 轴毂连接202

18.3.1 键连接202

18.3.2 花键连接206

18.3.3 无键连接208

18.3.4 销连接209

18.3.5 过盈连接210

18.4 联轴器和离合器211

18.4.1 联轴器212

18.4.2 离合器221

习题225

第19章 滚动轴承228

19.1 引言228

19.2 滚动轴承的类型、代号和选择229

19.2.1 滚动轴承的分类229

19.2.2 滚动轴承的代号232

19.2.3 滚动轴承类型的选择234

19.3 滚动轴承的受载情况、应力情况和失效234

19.3.1 滚动轴承的受载情况234

19.3.2 滚动轴承零件的应力情况235

19.3.3 滚动轴承的失效236

19.4 滚动轴承的尺寸选择和寿命计算237

19.4.1 滚动轴承尺寸选择计算准则237

19.4.2 按额定动载荷计算237

19.4.3 按额定静载荷计算245

19.5 滚动轴承的极限转速246

19.6 滚动轴承轴系的支承结构设计247

19.6.1 滚动轴承轴系的轴向位置固定247

19.6.2 滚动轴承的轴向固定方法249

19.6.3 轴承间隙及轴系轴向位置的调整251

19.6.4 滚动轴承的配合252

19.6.5 滚动轴承的拆装253

19.7 滚动轴承的润滑和密封254

19.7.1 滚动轴承的润滑254

19.7.2 滚动轴承的密封255

习题256

第20章 滑动轴承258

20.1 引言258

20.2 滑动轴承的结构258

20.2.1 径向滑动轴承的结构258

20.2.2 止推滑动轴承的结构260

20.3 轴瓦（轴套）材料和结构260

20.3.1 轴瓦（轴套）材料260

20.3.2 轴瓦（轴套）结构263

20.4 混合润滑滑动轴承的设计265

20.4.1 失效和设计准则265

20.4.2 设计内容266

20.5 液体动压径向滑动轴承的设计268

20.5.1 形成流液动力润滑的条件和雷诺方程268

20.5.2 液体动压径向滑动轴承的工作过程270

20.5.3 液体动压径向滑动轴承的承载能力及最小油膜厚度270

20.5.4 液体动压滑动轴承的热平衡计算272

20.5.5 液体动压滑动轴承主要参数及其选择274

20.6 液体静压滑动轴承简介277

习题278

第21章 弹簧279

21.1 引言279

21.2 弹簧的材料、许用应力及制造280

21.2.1 弹簧的材料及许用应力280

21.2.2 圆柱螺旋弹簧的结构形式283

21.2.3 弹簧的制造285

21.3 圆柱压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算285

21.3.1 弹簧的几何参数计算285

21.3.2 弹簧的特性线287

21.3.3 圆截面圆柱螺旋弹簧的计算288

21.3.4 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计292

习题294

第22章 机架与直线导轨295

22.1 机架295

22.1.1 机架的功能和分类295

22.1.2 机架设计的要求和步骤296

22.2 直线导轨299

22.2.1 导轨的功能和导轨设计的基本要求299

22.2.2 滑动导轨简介300

22.2.3 滚动导轨简介302

习题304

第五篇 现代机械设计方法概论305

第23章 现代设计方法特征及内容305

23.1 引言305

23.2 现代设计方法的特征306

23.2.1 现代设计方法的产生背景306

23.2.2 现代设计方法的特征307

23.3 现代设计方法的主要内容308

习题309

第24章 部分现代设计方法简介310

24.1 优化设计310

24.1.1 优化设计概述310

24.1.2 优化设计问题的数学模型311

24.1.3 优化方法的选择及其程序化314

24.1.4 计算结果的处理314

24.2 有限元法314

24.2.1 有限元法概述314

24.2.2 有限元法的应用315

24.2.3 有限元分析过程315

24.2.4 常用有限元软件317

24.3 机械可靠性设计318

24.3.1 可靠性概述318

24.3.2 机械零件可靠性设计319

24.3.3 机械系统可靠性设计321

习题323

附录A324

参考文献333