机械设计

本书为战略性新兴领域“十四五”高等教育系列教材。本书以通用零部件的设计理论与方法为核心内容，增加了现代设计方法和典型高端装备及其关键零部件的相关内容，采用了现行国家标准。 本书包括5篇，共18章，具体内容有：第1篇总论，包括绪论，机械零件强度与刚度设计，摩擦、磨损和润滑，现代设计技术；第2篇连接，包括螺纹连接，轴毂连接，铆接、焊接和胶接；第3篇机械传动，包括带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动；第4篇轴系部件，包括滑动轴承、滚动轴承、联轴器和离合器、轴；第5篇高端装备典型零部件，包括减速器和变速器、加工中心、工业机器人。 本书适合高等院校机械类专业学生使用，也可供相关专业的师生和工程技术人员学习或参考。

高等院校教师

前言 第1篇总论 第1章绪论/2 11机器和机械零件/2 111机器的组成/2 112机械零件/3 12课程的主要内容、性质和任务/3 13课程的特点和学习方法/4 14机器设计的一般要求和流程/4 141机器设计的一般要求/4 142设计流程/4 第2章机械零件强度与刚度设计/6 21机械零件设计概述/6 211机械零件设计的基本要求/6 212机械零件的设计流程/7 213机械零件的失效形式及设计准则/7 22载荷和应力的分类/9 221载荷的分类/9 222应力的分类/9 23变应力下机械零件的强度设计/10 231疲劳断裂过程及特征/10 232材料的疲劳极限和疲劳曲线/10 233机械零件的疲劳强度计算/13 24机械零件的表面强度设计/19 241机械零件的表面接触强度/20 242机械零件的表面挤压强度/21 243机械零件的表面磨损强度/22 25机械零件的刚度设计/22 251刚度的概念/22 252刚度设计/22 思考题与习题/23 第3章摩擦、磨损和润滑/24 31摩擦/24 311摩擦的类型/24 312摩擦状态的判断/26 32磨损/27 321磨损的分类/27 322磨损过程/28 33润滑/28 331润滑的类型/28 332润滑剂及其主要性能指标/29 333润滑方法/32 思考题与习题/33 第4章现代设计技术/35 41概述/35 411现代设计技术内涵/35 412现代设计技术特征/35 42计算机辅助设计技术/36 421计算机辅助设计系统功能/36 422产品三维建模方法/37 423计算机辅助设计软件/38 43优化设计/38 431数学模型/39 432优化设计流程/40 44可靠性设计/42 441可靠性概念/42 442“应力强度”干涉模型/42 443系统可靠性预测/43 444系统可靠性分配/44 45反求设计 /44 451反求设计内涵/44 452反求设计流程/45 思考题与习题/45第2篇连接 第5章螺纹连接/47 51螺纹/47 511螺纹的类型/47 512螺纹的主要参数/49 513螺纹副的效率和自锁/49 52螺纹连接的类型和标准紧固件/50 521螺纹连接的类型/50 522螺纹紧固件/51 53螺纹连接的预紧和防松/52 531螺纹连接的预紧/52 532螺纹连接的防松/54 54螺栓组连接的设计/56 541螺栓组连接的结构设计/56 542螺栓组连接的受力分析/57 55单个螺栓的强度计算/61 551受拉螺栓连接/61 552受剪螺栓连接/66 56螺纹连接件的材料及许用应力/68 561螺纹连接件的材料/68 562许用应力/68 57提高螺栓连接强度的措施/69 571均匀螺纹牙受载/69 572降低螺栓应力幅/70 573减小应力集中/71 574避免或减小附加弯曲应力/71 58现代螺纹连接/72 581飞机常用螺纹连接/72 582汽车常用螺纹连接/73 思考题与习题/73 第6章轴毂连接/76 61键连接/76 611键连接的类型和应用/76 612平键连接的选择和设计计算/78 62花键连接/80 621花键连接的类型/80 622花键连接的设计计算/81 63过盈连接/82 631圆柱面过盈连接/82 632圆锥面过盈连接/83 633胀紧套连接/83 64销连接/84 思考题与习题/85 第7章铆接、焊接和胶接/86 71铆接/86 711铆接的应用/86 712铆缝/86 713铆接的工作原理/87 714铆缝的损坏形式及设计/88 72焊接/89 721焊缝的形式/89 722焊接材料/90 723焊缝强度/90 73胶接/91 731胶接接头/91 732胶接剂/91 思考题与习题/92 第3篇机 械 传 动 第8章带传动/94 81概述/94 811带传动的组成/94 812带传动的分类/94 813带传动的特点和应用/95 82带与带轮/96 821平带和带轮/96 822V带和带轮/96 83带传动的几何计算/99 84带传动的理论基础/100 841带传动的受力分析/100 842带的应力分析/102 843带传动的弹性滑动和打滑/103 85带传动的性能设计/104 851带传动的失效形式和设计准则/104 852单根V带传递的功率/105 853V带的设计计算/105 86带传动的张紧与维护/113 861带传动的张紧/113 862带传动的安装和维护/114 87设计案例/115 88高速和磁力金属带传动/116 881高速带传动/116 882磁力金属带传动/116 思考题与习题/117 第9章链传动/118 91概述/118 911工作原理和优缺点/118 912链的种类/118 913应用范围/118 92链传动的结构特点/119 921传动链/119 922链轮/121 93链传动的运动分析/122 931传动比、链速和速度不均匀性/122 932链传动的动载荷/124 94链传动的受力分析/125 95滚子链传动的性能设计/125 951设计条件与要求/125 952主要参数选择/128 953设计流程/129 96链传动的布置、张紧与润滑/130 961链传动的合理布置/130 962链传动的张紧方法/131 963链传动的润滑/131 97设计案例/132 思考题与习题/134 第10章齿轮传动/135 101概述/135 1011齿轮传动的特点/135 1012齿轮传动的分类/135 1013设计齿轮传动的基本要求/136 102齿轮传动的失效形式及设计准则/136 1021齿轮传动的失效形式/136 1022齿轮传动的设计准则/138 103齿轮常用材料及其热处理/139 1031齿轮材料/139 1032齿轮热处理/140 104圆柱齿轮传动的载荷计算/142 1041直齿圆柱齿轮传动的受力分析/142 1042斜齿圆柱齿轮传动的受力分析/143 1043齿轮传动的计算载荷/143 105直齿圆柱齿轮传动的强度计算/147 1051齿面接触疲劳强度计算/147 1052齿根弯曲疲劳强度计算/153 1053齿轮传动的精度和设计参数/158 1054静强度校核计算/159 1055齿轮热功率计算/160 106斜齿圆柱齿轮传动的强度计算/161 1061齿面接触疲劳强度计算/161 1062齿根弯曲疲劳强度计算/162 1063静强度校核计算/163 107圆柱齿轮传动设计案例/163 1071直齿圆柱齿轮传动/163 1072斜齿圆柱齿轮传动/166 108标准直齿锥齿轮传动/169 1081设计参数/170 1082受力分析/171 1083强度计算/171 1084设计案例/174 109齿轮传动的效率和润滑/176 1091齿轮传动的效率/176 1092齿轮传动的润滑/177 1010齿轮结构/178 思考题与习题/180 第11章蜗杆传动/182 111概述/182 1111蜗杆传动的特点/182 1112蜗杆传动的类型/182 112蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算/185 1121蜗杆传动的主要参数/185 1122蜗杆传动的几何尺寸计算/189 113蜗杆传动的失效形式、计算准则和材料选择/191 1131蜗杆传动的失效形式/191 1132蜗杆传动的计算准则/191 1133蜗杆传动的材料选择/191 114蜗杆传动的承载能力计算/192 1141蜗杆传动的受力分析/192 1142蜗杆传动的效率计算/193 1143蜗杆传动的强度计算/195 1144蜗杆的刚度计算/197 1145蜗杆传动的热平衡计算/199 1146蜗杆传动的精度等级/199 115圆柱蜗杆和蜗轮的结构/200 1151圆柱蜗杆的结构/200 1152蜗轮的结构/201 116蜗杆传动的布置与润滑/201 1161蜗杆传动的布置方式/201 1162蜗杆传动的润滑/202 117设计案例/202 思考题与习题/205 第4篇轴 系 部 件 第12章滑动轴承/207 121概述/207 122滑动轴承的主要类型/207 1221径向滑动轴承/207 1222止推轴承/208 123滑动轴承的失效形式及常用材料/209 1231滑动轴承的失效形式/209 1232滑动轴承的常用材料/209 124轴瓦结构和轴承润滑/212 1241轴瓦结构/22 1242轴承润滑材料/213 1243轴承润滑方法/214 125不完全液体润滑滑动轴承的性能设计/215 1251不完全液体润滑径向滑动轴承的条件性设计计算/215 1252不完全液体润滑止推轴承的条件性设计计算/215 126液体动压润滑径向滑动轴承的性能设计/216 1261雷诺润滑方程式/216 1262油楔承载机理/217 1263主要几何参数/218 1264工作能力设计/219 127新型滑动轴承简介/221 1271液体静压滑动轴承/221 1272气体滑动轴承/222 思考题与习题/222 第13章滚动轴承/224 131概述/224 1311滚动轴承的结构/224 1312滚动轴承的材料/224 1313滚动轴承的特点/225 132滚动轴承的主要类型、代号及选择/225 1321滚动轴承的主要类型/225 1322滚动轴承的代号/226 1323滚动轴承类型的选择/228 133滚动轴承的工作情况/230 1331向心轴承的载荷分布/230 1332轴承工作过程中主要元件的应力变化/230 1333滚动轴承的失效形式/230 134滚动轴承的性能计算/231 1341滚动轴承的寿命计算/231 1342滚动轴承的静载荷计算/235 1343滚动轴承的极限转速计算/236 135滚动轴承的装置设计/238 1351滚动轴承支点固定结构型式/238 1352滚动轴承的轴向固定方法/239 1353滚动轴承的配合及装拆/240 1354滚动轴承的游隙及轴上零件位置的调整方法/241 1355提高轴系刚度的措施/242 136滚动轴承的润滑和密封/242 1361滚动轴承的润滑/242 1362滚动轴承的密封/243 思考题与习题/244 第14章联轴器和离合器/246 141概述/246 142联轴器/246 1421联轴器的特性及分类/246 1422联轴器的类型/247 1423联轴器的选择/251 143离合器/252 1431摩擦式离合器/253 1432嵌合式离合器/254 1433安全离合器/255 思考题与习题/256 第15章轴/257 151概述/257 1511轴的分类/257 1512轴的材料/258 1513轴设计的主要问题/261 152轴的结构设计/261 1521轴的组成/261 1522轴上零件装配方案拟定/261 1523轴上零件的定位与固定/262 1524各轴段直径和长度的确定/263 1525轴的结构工艺性/264 153轴的性能计算/264 1531轴的强度计算/264 1532轴的刚度计算/267 1533轴的稳定性计算/269 154轴的设计案例/270 155提高轴的强度、刚度的措施/274 思考题与习题/276 第5篇高端装备典型零部件 第16章减速器和变速器/279 161减速器/279 1611减速器的主要类型及特性/279 1612传动比分配/281 1613减速器的结构/282 162变速器/283 1621变速器分类及特性/283 1622有级变速器/284 1623机械式无级变速器/285 163航空发动机减速器/287 1631功用及设计要求/287 1632类型与结构/288 1633设计方法及流程/291 思考题与习题/294 第17章加工中心/295 171概述/295 1711加工中心的工作原理/295 1712加工中心的组成与分类/295 172加工中心结构与布局/298 1721立式加工中心/298 1722卧式加工中心/300 1723五轴联动加工中心/304 1724超高速加工中心/306 173主轴部件结构设计/308 1731主轴/308 1732主轴轴承/312 思考题与习题/314 第18章工业机器人/315 181概述/315 1811工业机器人的定义/315 1812工业机器人的组成/315 1813工业机器人的类型/316 1814工业机器人的主要技术参数/318 182工业机器人的设计原则与设计流程/319 1821工业机器人的设计原则/319 1822工业机器人的设计流程/320 183工业机器人机械系统关键部件与机构/321 1831手部/321 1832腕部/324 1833臂部/325 1834机身/327 1835行走机构/328 思考题与习题/330 参考文献/331