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第1篇 机械设计计算中常用资料、计量单位与材料 2

第1章 机械设计计算中常用资料与参数 2

1.1金属材料熔点、热导率及比热容 2

1.2材料线胀系数 2

1.3常用材料的密度 3

1.4常用材料的弹性模量、切变模量及泊松比 4

1.5机械传动和摩擦副的效率概略值 4

1.6各种传动的传动比推荐范围（参考值） 6

1.7常用材料的摩擦因数 7

1.8常用材料的滚动阻力臂 7

第2章 机械设计计算中常用计量单位及换算 8

2.1常用法定计量单位及换算关系 8

2.2公制重量单位表 9

2.3常用英美制重量单位表 10

2.4常用重量单位换算表 10

2.5压力单位换算表 10

2.6常用长度单位换算表 11

2.7英寸与毫米对照表 11

2.8常用容量单位换算表 11

第3章 机械设计计算中常用材料与性能 12

3.1钢的常用热处理方法及应用 12

3.2灰铸铁（GB／T 9439—1988） 13

3.3球墨铸铁（GB／T 1348—1988摘录） 14

3.4一般工程用铸造碳钢（GB／T 11352—1989摘录） 15

3.5普通碳素结构钢（GB／T 700—2006摘录） 16

3.6优质碳素结构钢（GB／T 699—1999摘录） 17

3.7合金结构钢（GB／T 3077—1999摘录） 20

3.8铸造铜合金、铸造铝合金和铸造轴承合金 24

3.9常用工程塑料的物理性能 27

3.10碳素结构钢（GB／T 700—1988） 29

3.11弹簧钢（GB／T 1222—2007） 30

3.12合金结构钢（GB／T 3077—1999）、不锈钢棒（GB／T 1220—2007） 31

3.13冷轧钢板和钢带（GB／T 708—1988） 37

3.14热轧钢板（GB／T 709—2006） 37

3.15热轧圆钢和方钢尺寸（GB／T 702—2004） 37

3.16热轧等边角钢（GB／T 9787—1988） 38

3.17热轧槽钢（GB／T 707—1988） 40

3.18热轧工字钢（GB／T 706—1988） 41

第2篇 机械设计计算中的力学知识 43

第4章 理论力学 43

4.1力的基本概念和物体受力分析 43

4.1.1力的基本概念和物体受力分析 43

4.1.2约束和约束力 44

4.1.3物体的受力分析和受力图 47

4.2平面汇交力系与平面力偶系 48

4.2.1平面汇交力系合成与平衡的几何法 48

4.2.2平面汇交力系合成与平衡的解析法 51

4.2.3平面力对点之矩的概念及计算 52

4.2.4平面力偶 53

4.3平面任意力系 55

4.3.1平面任意力系向作用面内一点简化 55

4.3.2平面任意力系的平衡条件和平衡方程 58

4.4空间力系 60

4.4.1空间汇交力系 60

4.4.2力对点的矩和力对轴的矩 61

4.5点的运动学 64

4.5.1矢量法 64

4.5.2直角坐标法 66

4.5.3自然法 67

4.6刚体的简单运动 71

4.6.1刚体的平行移动 71

4.6.2刚体绕定轴的转动 72

4.6.3转动刚体内各点的速度和加速度 73

4.6.4以矢量表示角速度和角加速度 76

4.7点的合成运动 78

4.7.1相对运动、牵连运动、绝对运动 78

4.7.2点的速度合成定理 80

4.7.3点的加速度合成定理 81

4.8刚体的平面运动 84

4.8.1刚体平面运动的分解 84

4.8.2求平面图形内各点速度的基点法 86

4.8.3求平面图形内各点速度的瞬心法 88

4.8.4用基点法求平面图形内各点的加速度 90

4.9质点动力学基本方程 93

4.9.1牛顿运动三定律 93

4.9.2质点的运动微分方程 94

4.10动量定理 95

4.10.1动量 95

4.10.2冲量 96

4.10.3动量定理 96

4.10.4质点系动量守恒定律 97

4.10.5质点系的质心 97

4.10.6质心运动定理 98

4.10.7质心运动守恒定律 98

4.10.8解题的步骤 99

4.11动量矩定理 101

4.11.1动量矩 101

4.11.2动量矩定理 102

4.11.3刚体绕定轴的转动微分方程 102

4.11.4转动惯量 103

4.11.5刚体的平面运动微分方程 103

4.12动能定理 107

4.12.1动能 107

4.12.2势能 108

4.12.3功 108

4.12.4动能定理 109

4.12.5功率 109

4.12.6功率方程 109

4.12.7机械效率 110

4.12.8机械能守恒定律 110

4.13达朗贝尔原理 111

4.13.1惯性力的概念 111

4.13.2质点的达朗贝尔原理 112

4.13.3质点系的达朗贝尔原理 112

4.13.4惯性力系的主矢和主矩 113

第5章 材料力学 116

5.1材料力学的基础知识 116

5.1.1材料力学的任务 116

5.1.2材料力学的基本假设 116

5.1.3外力、内力、截面法和应力的概念 117

5.1.4位移、变形及应变的概念 119

5.2轴向拉伸和压缩 121

5.2.1轴力和轴力图 121

5.2.2截面上的应力 123

5.2.3材料拉伸时的力学性质 123

5.2.4材料压缩时的力学性能 126

5.2.5强度条件 127

5.2.6胡克定律和泊松比 127

5.2.7拉压超静定问题 129

5.2.8应力集中 131

5.3剪切和挤压 132

5.3.1连接件的强度计算 132

5.3.2纯剪切、切应力互等定理、剪切胡克定律 134

5.4扭转 135

5.4.1外力偶矩、扭矩和扭矩图 135

5.4.2圆轴扭转时截面上的应力计算 137

5.4.3圆轴扭转时的变形计算 139

5.4.4圆轴扭转时的强度条件、刚度条件 139

5.4.5矩形截面杆自由扭转理论的主要结论 141

5.5弯曲强度 142

5.5.1梁的载荷与支座 142

5.5.2剪力和弯矩 143

5.5.3纯弯曲时梁的正应力 145

5.5.4正应力公式的推广及强度条件 146

5.5.5矩形截面梁的切应力 149

5.5.6变截面梁 等强度梁 组合梁的计算 150

5.5.7简单截面的惯性矩和惯性半径 151

5.6弯曲变形 155

5.6.1挠曲线的近似微分方程 155

5.6.2用积分法求梁的变形 156

5.6.3用叠加法求梁的变形 158

5.6.4梁的刚度条件 158

5.7应力状态与强度理论 158

5.7.1应力状态的概念 158

5.7.2广义胡克定律 159

5.7.3强度理论 160

5.7.4强度理论的应用 161

5.8组合变形杆的强度 163

5.8.1弯曲与拉伸的组合、截面核心 163

5.8.2弯曲与扭转的组合 167

5.8.3非对称纯弯曲 169

5.9压杆稳定 169

5.9.1基本概念 169

5.9.2细长杆的临界力 170

5.9.3压杆的临界应力 172

5.9.4压杆的稳定计算 174

5.9.5提高压杆稳定性的措施 175

第3篇 常用零部件的设计计算 178

第6章 机械零部件设计基础知识 178

6.1机械设计总论 178

6.1.1零件常见的失效形式 178

6.1.2对机器的主要要求 178

6.1.3机械零件设计时的基本要求 179

6.1.4设计准则 179

6.1.5设计方法 179

6.1.6设计步骤 181

6.1.7材料选择 183

6.1.8机械零部件设计中的标准化 184

6.2机械零件的强度计算 184

6.2.1应力的种类 184

6.2.2静应力时机械零件的强度计算 184

6.2.3材料的疲劳特性 187

6.2.4机械零件的疲劳强度计算 189

6.2.5机械零件的接触强度 202

6.3摩擦、磨损及润滑概述 203

6.3.1摩擦 203

6.3.2磨损 204

6.3.3润滑剂、添加剂和润滑方法 204

本章附录 机械零件疲劳强度计算的几个系数 204

（1）零件结构的理论应力集中系数ασ（ατ） 204

（2）疲劳强度降低系数或有效应力集中系数kσ（kτ） 205

（3）绝对尺寸及截面形状影响系数（简称尺寸及截面形状系数）εσ（ετ） 205

附表6-1轴上环槽处的理论应力集中系数 206

附表6-2轴肩圆角处的理论应力集中系数 207

附图6-1钢材的敏性系数q 208

附图6-2钢材的尺寸及截面形状系数 208

附图6-3圆截面钢材的扭转剪切尺寸系数ε 208

附表6-3轴上横向孔处的理论应力集中系数 209

附表6-4轴上键槽处的有效应力集中系数 209

附表6-5外花键的有效应力集中系数 209

附表6-6公称直径12 mm的普通螺纹的拉压有效应力集中系数 209

附表6-7螺纹连接件的尺寸系数εσ 209

附表6-8零件与轴过盈配合处的kσ／εσ值 210

（4）表面质量系数βσ（βτ） 210

（5）强化系数βq 210

附图6-4钢材的表面质量系数βσ 210

附表6-9表面高频淬火的强化系数βq 211

附表6-10化学热处理的强化系数βq 211

附表6-11表面硬化加工的强化系数βq 211

第7章 连接零件设计计算 212

7.1螺纹连接 212

7.1.1螺纹类型与主要参数 212

7.1.2螺纹副的受力关系、效率和自锁 214

7.1.3螺纹连接的类型和标准连接件 215

7.1.4螺纹连接的预紧与防松 216

7.1.5螺栓组连接的设计计算 217

7.1.6螺纹连接的强度计算 219

7.1.7螺纹连接件的材料及许用应力 223

7.2键、花键连接 228

7.2.1键连接 228

7.2.2花键连接 233

7.3过盈连接 236

7.3.1过盈连接的特点及应用 236

7.3.2过盈连接的工作原理及装配方法 236

7.3.3过盈连接的设计计算 236

本章附录 244

附表7-1普通螺纹基本尺寸（GB／T 196—2003摘录） 244

附表7-2梯形螺纹最大实体牙型尺寸（GB／T 5796—2005摘录） 246

附表7-3梯形螺纹基本尺寸（GB／T 5796—2005摘录） 247

附表7-4六角头螺栓、全螺纹—A和B级（GB／T 5783—2000摘录） 248

附表7-5六角头铰制孔用螺栓A和B级（GB／T 27—1988摘录） 250

附表7-6双头螺柱bm=d（GB／T 897—1988摘录）、bm=1.25d（GB／T 898—1988摘录）、bm=1.5d（GB／T 899—1988摘录） 251

附表7-71型六角螺母—A和B级（GB／T 6170—2000摘录）、六角薄螺母—A和B级—倒角（GB／T 6172—2000摘录） 253

附表7-8小垫圈、平垫圈 254

附表7-9标准型弹簧垫圈（GB／T 93—1987摘录）、轻型弹簧垫圈（GB／T 859—1987摘录） 255

附表7-10普通平键的型式和尺寸（GB／T 1096—2003摘录） 256

附表7-11圆柱销（GB／T 119—2000摘录）、圆锥销（GB／T 117—2003摘录） 258

第8章 传动零件设计计算 259

8.1传动形式的选择 259

8.2带传动设计计算 260

8.2.1分类 261

8.2.2带传动的设计计算原理 261

8.2.3普通V带传动设计计算 264

8.2.4窄V带传动设计计算 273

8.2.5V带轮设计 279

8.2.6同步带传动 283

8.2.7带传动的张紧 293

8.3链传动设计计算 296

8.3.1链传动的受力分析 296

8.3.2滚子链和链轮 297

8.3.3滚子链的传动设计 302

8.3.4链传动的布置、张紧和润滑 306

8.4齿轮传动设计计算 310

8.4.1齿轮传动的特点、类型与设计要求 310

8.4.2齿轮传动的失效形式与设计步骤 311

8.4.3渐开线齿轮参数、基本齿廓与模数系列 313

8.4.4齿轮传动的几何尺寸计算 316

8.4.5渐开线圆柱齿轮传动的设计计算 323

8.4.6渐开线直齿圆锥齿轮传动的设计计算 326

8.4.7齿轮传动设计计算的有关数据及系数的确定 329

8.4.8齿轮材料与许用应力 336

8.4.9齿轮的结构设计 338

8.5蜗杆传动设计计算 354

8.5.1蜗杆传动的主要类型、特点和应用 356

8.5.2普通圆柱蜗杆传动的基本参数 356

8.5.3普通圆柱蜗杆传动的几何计算 357

8.5.4普通圆柱蜗杆传动承载能力计算 363

8.5.5普通圆柱蜗杆传动设计计算过程 370

8.6螺旋传动设计计算 373

8.6.1螺旋传动的类型和应用 373

8.6.2螺旋传动的结构 375

8.6.3螺旋传动的设计计算 376

第9章 轴系零部件设计计算 385

9.1滑动轴承 385

9.1.1滑动轴承的应用场合与设计步骤 385

9.1.2滑动轴承的类型与结构 386

9.1.3滑动轴承的失效形式及常用材料 389

9.1.4轴瓦结构 389

9.1.5不完全液体润滑滑动轴承设计计算 392

9.1.6液体动压润滑径向滑动轴承设计计算 395

9.2滚动轴承 405

9.2.1滚动轴承的类型及选用 405

9.2.2滚动轴承寿命计算、静载荷分析和尺寸的选择 408

9.2.3轴承装置的设计 414

9.3联轴器和离合器 421

9.3.1联轴器的种类和特性 421

9.3.2联轴器的选择 422

9.3.3离合器 425

9.4轴 426

9.4.1类型与材料 426

9.4.2轴的结构设计 427

9.4.3轴的计算 430

9.4.4轴的设计计算步骤 436

本章附录 444

附表9-1深沟球轴承（GB／T 276—1994摘录） 444

附表9-2圆柱滚子轴承（GB／T 283—2007摘录） 447

附表9-3角接触球轴承（GB／T 292—2007摘录） 451

附表9-4圆锥滚子轴承（GB／T 297—1994摘录） 456

附表9-5推力球轴承（GB／T 301—1995摘录） 461

附表9-6凸缘联轴器（GB／T 5843—2003摘录） 465

附表9-7 GICL型鼓形齿式联轴器（ZBJ 19013—1989摘录） 467

附表9-8滚子链联轴器（GB／T 6069—2002摘录） 469

附表9-9弹性套柱销联轴器（GB／T 4323—2002摘录） 471

附表9-10弹性柱销联轴器（GB／T 5014—2003摘录） 473

附表9-11梅花形弹性联轴器（GB／T 5272—2002摘录） 475

附表9-12尼龙滑块联轴器（JB／ZQ 4384—1986摘录） 477

附表9-13标准尺寸（直径、长度、高度等）（GB／T 2822—1997摘录） 479

第10章 其他零部件设计 480

10.1弹簧 480

10.1.1弹簧的类型 480

10.1.2弹簧的设计计算 481

10.2机架和机座 493

10.2.1机架 493

10.2.2机座 498

10.3箱体 500

10.4减速器和变速器 505

10.4.1减速器 505

10.4.2变速器 508

参考文献 512