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第1篇 一般设计资料 3

第1章 常用基础资料和公式 3

1 常用资料和数据 3

字母 3

国内标准代号及各国国家标准代号 4

机械传动效率 5

常用材料的密度 6

松散物料的密度和安息角 6

材料弹性模量及泊松比 7

摩擦因数 8

金属材料熔点、热导率及比热容 10

材料线胀系数αl 10

液体材料的物理性能 11

气体材料的物理性能 11

2 法定计量单位和常用单位换算 12

2.1 法定计量单位 12

用于构成十进倍数单位和分数单位的SI词头（摘自GB 3100—1993） 12

常用物理量的法定计量单位（摘自GB 3102.1～3102.7—1993） 12

2.2 常用单位换算 30

长度单位换算 30

面积单位换算 30

体积、容积单位换算 31

质量单位换算 31

密度单位换算 31

速度单位换算 32

角速度单位换算 32

质量流量单位换算 32

体积流量单位换算 33

压力单位换算 33

力单位换算 34

力矩、转矩单位换算 34

功、能、热量单位换算 34

功率单位换算 35

比能单位换算 36

比热容与比熵单位换算 36

传热系数单位换算 36

热导率单位换算 36

黑色金属硬度及强度换算值之一（摘自GB/T 1172—1999） 37

黑色金属硬度及强度换算值之二（摘自GB/T 1172—1999） 38

3 优先数和优先数系 38

3.1 优先数系（摘自GB/T 321—2005、GB/T 19763—2005） 38

3.2 优先数的应用示例 41

4 数表与数学公式 44

4.1 数表 44

二项式系数（n p） 44

正多边形的圆内切、外接时，其几何尺寸 45

弓形几何尺寸 45

4.2 物理科学和技术中使用的数学符号（摘自GB 3102.11—1993） 46

4.3 数学公式 51

代数 51

平面三角 55

复数 59

坐标系及坐标变换 60

常用曲线 61

几种曲面 65

微积分 66

不定积分法则和公式 67

定积分及公式 69

微积分的应用 70

常微分方程 74

拉氏变换 75

应用拉氏变换解常系数线性微分方程 77

传递函数 78

矩阵 78

常用几何体的面积、体积及重心位置 87

5 常用力学公式 89

5.1 运动学、动力学基本公式 89

运动学基本公式 89

动力学基本公式 90

转动惯量 92

一般物体旋转时的转动惯量 93

常用旋转体的转动惯量 100

5.2 材料力学基本公式 101

主应力及强度理论公式 101

许用应力与安全系数 107

截面力学特性的计算公式 110

各种截面的力学特性 111

杆件计算的基本公式 119

受静载荷梁的内力及变位计算公式 123

单跨刚架计算公式 144

5.3 接触应力 147

5.4 动荷应力 151

惯性力引起的动应力 151

冲击载荷计算公式 153

振动应力 154

5.5 厚壁圆筒、等厚圆盘及薄壳中的应力 155

厚壁圆筒计算公式 155

等厚旋转圆盘计算公式 157

薄壳中应力与位移计算公式 157

5.6 平板中的应力 160

5.7 压杆、梁与壳的稳定性 168

等断面立柱受压稳定性计算 168

变断面立柱受压稳定性计算 175

梁的稳定性 175

线弹性范围壳的临界载荷 180

第2章 铸件设计的工艺性和铸件结构要素 181

1 铸造技术发展趋势及新一代精确铸造技术 181

2 常用铸造金属的铸造性和结构特点 190

铸铁和铸钢的特性与结构特点 190

用灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁制造汽车零件和钢锭模的技术经济比较 192

常用铸造有色合金的特性与结构特点 194

3 铸件的结构要素 195

最小壁厚 195

外壁、内壁与筋的厚度 196

壁的连接 196

壁厚的过渡 197

最小铸孔 197

铸造内圆角及过渡尺寸（JB/ZQ 4255—1997） 198

铸造外圆角（JB/ZQ 4256—1997） 198

铸造斜度 199

法兰铸造过渡斜度（JB/ZQ 4254—1997） 199

凸出部分最小尺寸（JB/ZQ 4169—1997） 199

加强筋 199

孔边凸台 200

内腔 200

凸座 200

4 铸造公差（摘自GB/T 6414—1999） 200

5 铸件设计的一般注意事项（摘自JB/ZQ 4169—1997） 201

6 铸铁件（摘自JB/T 5000.4—2007）、铸钢件（摘自JB/T 5000.6—2007）、有色金属铸件（摘自JB/T 5000.5—2007）等铸件通用技术条件 209

第3章 锻造和冲压设计的工艺性及结构要素 210

1 锻造 210

1.1 金属材料的可锻性 210

1.2 锻造零件的结构要素（摘自GB/T 12361—2003、JB/T 9177—1999） 211

模锻斜度（摘自GB/T 12361—2003） 211

圆角半径（摘自GB/T 12361—2003、JB/T 9177—1999） 211

截面形状变化部位外圆角半径值（a）和内圆角半径值（b）（摘自GB/T 12361—2003） 212

收缩截面、多台阶截面、齿轮轮辐、曲轴的凹槽圆角半径（摘自JB/T 9177—1999） 212

最/小底厚（摘自JB/T 9177—1999） 213

最小壁厚、筋宽及筋端圆角半径（摘自JB/T 9177—1999） 214

腹板最小厚度（摘自JB/T 9177—1999） 215

最小冲孔直径、盲孔和连皮厚度（摘自JB/T 9177—1999） 215

扁钢辗成圆柱形端尺寸 216

圆钢锤扁尺寸 216

1.3 锻件设计注意事项 216

2 冲压 218

2.1 冷冲压零件推荐用钢 218

2.2 冷冲压件的结构要素 219

冲裁件的结构要素（摘自JB/T 4378.1—1999） 219

弯曲件的结构要素（摘自JB/T 4378.1—1999） 219

拉深件和翻孔件的结构要素 220

铁皮咬口类型、用途和余量 221

卷边直径 221

通风罩冲孔（摘自JB/ZQ 4262—1997） 222

零件弯角处必须容纳另一个直角零件的做法 222

最小可冲孔眼的尺寸（为板厚的倍数） 222

翻孔尺寸及其距离边缘的最小距离 222

加固筋的形状、尺寸及间距 223

弯曲件尾部弯出长度 223

冲出凸部的高度 223

箱形零件的圆角半径、法兰边宽度和工件高度 223

冲裁件最小许可宽度与材料的关系 223

箍压时直径缩小的合理比例 223

2.3 冲压件的尺寸和角度公差、形状和位置未注公差（摘自GB/T 13914、13915、13916—2002）、未注公差尺寸的极限偏差（摘自GB/T 15055—1994） 224

平冲压件和成形冲压件尺寸公差 224

冲压件形状和位置未注公差（摘自GB/T 13916—2002） 229

2.4 冷挤压件结构要素 230

冷挤压件的分类 231

确定结构要素的一般原则 231

冷挤压件结构要素 232

2.5 冷冲压、冷挤压零件的设计注意事项 232

3 锻件通用技术条件（碳素钢和合金结构钢）（摘自JB/T 5000.8—2007） 235

第4章 焊接和铆接设计工艺性 236

1 焊接 236

1.1 金属常用焊接方法分类、特点及应用 236

1.2 金属的可焊性 240

钢的可焊性 240

铸铁的可焊性 241

有色金属的可焊性 242

常用异种金属间的可焊性 243

1.3 焊接材料及其选择 246

不同焊接方法采用的焊接材料及其作用 246

焊条、焊丝及焊剂的分类、特点和应用 249

对焊条、焊丝及焊剂工艺性能的要求 256

不同药皮类型焊条工艺性等比较 258

选择焊条的基本原则 260

几种常用钢材的焊条选择举例 261

几种常用钢材埋弧焊焊剂与焊丝的选配举例 266

焊条的型号和牌号 271

不锈钢焊条型号表示 273

焊条、焊丝和焊剂 280

1.4 焊缝 304

焊接及相关工艺方法代号及注法（摘自GB/T 5185—2005） 304

焊缝符号表示方法（摘自GB/T 324—1988、GB/T 12212—1990） 305

碳钢、低合金钢焊缝坡口的基本型式与尺寸（摘自GB/T 985—1988） 318

不同厚度钢板的对接焊接 322

有色金属焊接坡口型式及尺寸 322

焊缝强度计算 323

焊缝许用应力 327

1.5 焊接结构的一般尺寸公差和形位公差（摘自GB/T 19804—2005） 329

角度尺寸公差 329

1.6 钎焊 331

各种钎焊方法的比较及应用范围 331

钎料和钎剂的选择原则 332

钎料的选择 333

典型钎焊的接头型式 334

钎焊接头的间隙 335

钎料 336

钎剂 340

1.7 塑料焊接 343

热塑性塑料的可焊性 343

塑料焊接温度 343

硬聚氯乙烯塑料焊接接头型式及尺寸 343

1.8 焊接结构设计注意事项 344

2 铆接 350

2.1 铆接设计注意事项 350

2.2 型钢焊接接头尺寸、螺栓和铆钉连接规线、最小弯曲半径及截切 351

等边角钢 351

不等边角钢 353

热轧普通槽钢 355

热轧普通工字钢 356

板材最小弯曲半径 357

管材最小弯曲半径 358

扁钢、圆钢弯曲的推荐尺寸 359

角钢坡口弯曲c值 360

角钢截切角推荐值 360

3 焊接件通用技术条件（摘自JB/T 5000.3—2007） 360

第5章 零部件冷加工设计工艺性与结构要素 362

1 金属材料的切削加工性 362

2 一般标准 365

标准尺寸（摘自GB/T 2822—2005） 365

标准角度（参考） 366

锥度与锥角系列（摘自GB/T 157—2001） 366

棱体的角度与斜度（摘自GB/T 4096—2001） 367

莫氏和公制锥度（附斜度对照） 368

60°中心孔（摘自GB/T 145—2001） 368

75°、90°中心孔 369

零件倒圆与倒角（摘自GB/T 6403.4—1986） 369

球面半径（摘自GB/T 6403.1—1986） 370

圆形零件自由表面过渡圆角半径和静配合连接轴用倒角 370

燕尾槽（摘自JB/ZQ 4241—1997） 370

T形槽（摘自GB/T 158—1996） 371

砂轮越程槽（摘自GB/T 6403.5—1986） 372

刨切、插、珩磨越程槽 373

退刀槽（摘自JB/ZQ 4238—1997） 373

滚人字齿轮退刀槽（摘自JB/ZQ 4238—1997） 374

弧形槽端部半径（摘自GB 1127—1997） 374

分度盘和标尺刻度（摘自JB/ZQ 4260—1997） 375

滚花（摘自GB/T 6403.3—1986） 375

锯缝尺寸（摘自JB/ZQ 4246—1997） 375

3 冷加工设计注意事项 376

4 切削加工件通用技术条件（重型机械）（摘自JB/T 5000.9—2007） 387

第6章 热处理 390

1 钢铁热处理 390

1.1 铁-碳合金平衡图及钢的结构组织 390

1.2 热处理方法分类、特点和应用 392

整体热处理方法、特点和应用 392

表面热处理、化学热处理方法、特点和应用 397

形变热处理方法、特点和应用 403

1.3 常用材料的热处理 412

材料在热处理中的特性 412

淬透性曲线图及其应用 414

合金元素对钢组织性能和热处理工艺的影响 417

常用材料的工作条件和热处理 420

1.4 如何正确地提出零件的热处理要求 431

工作图上应注明的热处理要求 431

金属热处理工艺分类及代号的表示方法（摘自GB/T 12603—1990） 432

热处理技术要求在零件图上的表示方法（摘自JB/T 8555—1997） 434

常见的热处理技术要求的标注错例 438

制定热处理要求的要点 439

几类典型零件的热处理实例 446

1.5 热处理对零件结构设计的要求 454

一般要求 454

感应加热表面淬火的特殊要求 462

2 有色金属热处理 464

2.1 有色金属材料热处理方法及选用 464

2.2 铝及铝合金热处理 465

变形铝合金的热处理方法和应用 465

铸造铝合金的热处理方法和应用 467

2.3 铜及铜合金热处理 468

2.4 钛及钛合金热处理 469

2.5 镁合金的热处理 470

第7章 表面技术 473

1 表面技术的分类和功能 473

1.1 表面技术的含义和分类 473

1.2 表面技术的功能 474

2 不同表面技术的特点 477

2.1 表面技术的特点与应用 477

2.2 各种薄膜气相沉积技术的特点对比 485

3 电镀 486

电镀层的分类 487

金属镀层的特点及应用 488

镀层选择 489

4 复合电镀 492

复合电镀的优缺点 492

复合电镀的类型和应用 492

5 （电）刷镀 494

不同工况下镀层的选择 494

在不同金属材料上的电刷镀 495

单一镀层安全厚度和夹心镀层 496

6 纳米复合电刷镀 496

纳米复合电刷镀技术原理、特点和应用 496

纳米复合电刷镀层的性能 497

7 热喷涂 499

不同热喷涂方法的技术特性比较 500

喷涂基体表面基本设计要求 501

热喷涂材料的选择原则 501

涂层类别、特性及其喷涂材料选择 502

热喷涂应用实例 507

8 塑料粉末热喷涂 510

塑料粉末热喷涂的特点、涂料类别、涂层性能和应用 511

塑料粉末喷涂方法的原理、特点和应用 512

塑料涂层的应用实例 513

塑料喷涂对被涂件结构的一般要求 514

9 粉末渗镀锌（摘自JB/T 5067—2007） 514

镀层厚度等级及厚度值 514

10 化学镀、热浸镀、真空镀膜 515

化学镀、热浸镀、真空镀膜的特点及应用 515

离子镀TiN、TiC化合物镀膜 516

11 化学转化膜法（金属的氧化、磷化和钝化处理）和金属着色处理 516

金属的氧化、磷化和钝化处理的特点与应用 516

金属着色处理 517

12 喷丸、滚压和表面纳米化 518

喷丸原理与应用 518

滚压原理与参数 518

滚珠滚压加工对碳钢零件表面性质的改善程度 519

表面强化使疲劳强度增加的百分数 519

各种表面强化方法的特点 520

表面纳米化 520

13 高能束表面强化技术 521

高能束表面强化技术的含义、特点及比较 521

激光束、电子束表面强化和离子束注入技术的分类、特点及应用 521

14 涂装 528

涂装技术的涂层体系和涂料的设计选用 528

按不同因素选择涂料 529

耐热涂层 532

三防（防湿热、防盐雾、防霉菌）涂层系统 533

各种涂装类别所用油漆的通用技术要求（摘自JB/T 5000.12—2007） 535

涂装通用技术条件（摘自JB/T 5000.12—2007） 537

15 复合表面技术 539

15.1 以增强耐磨性为主的复合涂层 539

电镀、化学镀复合材料及其复合涂层 539

多层涂层 542

功能梯度涂层 545

含表面热处理的复合强化层 546

含激光处理的复合强化层及其他表面技术的复合 550

15.2 以增强耐蚀性为主的复合涂层 554

耐蚀复合镀层和多层镍-铬镀层 554

镍镉扩散镀层和金属-非金属复合涂层 555

有机复合膜层 557

自蔓延技术制备钢基陶瓷复合材料和耐高温热腐蚀复合涂层 558

15.3 以增强固体润滑性为主的复合涂层 561

复合镀固体润滑材料和气相沉积复合膜和多层膜 561

含扩渗改性的表面膜层 565

金属塑料复合材料 567

黏结固体润滑膜 568

15.4 以提高疲劳强度等综合性能的表面复合涂层 571

16 陶瓷涂层 572

17 表面技术的设计选择 575

17.1 表面（复合表面）技术设计选择的一般原则 575

17.2 涂覆层界面结合的类型、原理和特点 578

17.3 镀层和不同材料相互接触时的接触腐蚀等级 580

17.4 镀层厚度系列及应用范围 581

17.5 不同金属及合金基体材料的镀覆层的选择 587

17.6 表面处理的表示方法 588

金属镀覆和化学处理 588

表面涂料涂覆（摘自GB/T 4054—1983） 590

18 有色金属表面处理 591

铝及铝合金的氧化与着色 591

镁合金的表面处理 594

第8章 装配工艺性 597

1 装配类型和方法 597

2 装配工艺设计注意事项 597

3 转动件的平衡 606

3.1 基本概念 606

3.2 静平衡和动平衡的选择 607

3.3 平衡品质的确定（摘自GB/T 9239—1988 ） 607

3.4 转子许用不平衡量向校正平面的分配（摘自GB/T 9239—1988） 609

3.5 转子平衡品质等级在图样上的标注方法（参考） 611

4 装配通用技术条件（摘自JB/T 5000.10—2007） 612

4.1 一般要求 612

4.2 装配连接方式 612

4.3 典型部件的装配 613

4.3.1 滚动轴承 613

4.3.2 滑动轴承 614

4.3.3 齿轮与齿轮箱装配 616

4.3.4 带和链传动装配 616

4.3.5 联轴器装配 617

4.3.6 制动器、离合器装配 617

4.4 平衡试验及其他 617

4.5 总装及试车 618

5 配管通用技术条件（摘自JB/T 5000.11—2007） 618

第9章 工程用塑料和粉末冶金零件设计要素 622

1 工程用塑料零件设计要素 622

1.1 塑料分类、成形方法及应用 622

1.2 工程常用塑料的选用 623

1.3 工程用塑料零件的结构要素 624

1.4 塑料零件的尺寸公差和塑料轴承的配合间隙 625

1.5 工程用塑料零件的设计注意事项 626

2 粉末冶金零件设计要素 629

2.1 粉末冶金的特点及主要用途 629

2.2 粉末冶金零件最小厚度、尺寸范围及其精度 629

2.3 粉末冶金零件设计注意事项 629

第10章 人机工程学有关功能参数 632

1 人体尺寸百分位数在产品设计中的应用 632

1.1 人体尺寸百分位数的选择（摘自GB/T 12985—1991） 632

1.2 以主要百分位和年龄范围的中国成人人体尺寸数据（摘自GB/T 10000—1988） 634

1.3 工作空间人体尺寸（摘自GB/T 13547—1992） 640

人体立姿尺寸 640

人体坐姿、跪姿、俯卧姿及爬姿尺寸 641

1.4 工作岗位尺寸设计的原则及其数值（摘自GB/T 14776—1993） 643

1.4.1 工作岗位尺寸设计 645

1.4.2 工作岗位尺寸设计举例 647

2 人体必需和可能的活动空间 649

2.1 人体必需的空间 649

2.2 人手运动的范围 649

2.3 上肢操作时的最佳运动区域 649

2.4 腿和脚运动的范围 649

3 操作者有关尺寸 650

3.1 坐着工作时手工操作的最佳尺寸 650

3.2 工作坐位的推荐尺寸 651

3.3 运输工具的坐位及驾驶室尺寸 652

3.4 站着工作时手工操作的有关尺寸 652

4 手工操作的主要数据 653

4.1 操作种类和人力关系 653

4.2 操纵机构的功能参数及其选择 655

5 工业企业噪声有关数据 657

6 照明 658

7 综合环境条件的不同舒适度区域和振动引起疲劳的极限时间 658

8 安全隔栅及其他 659

8.1 安全隔栅 659

8.2 梯子（摘自GB 4053.1,4053.2—1993）及防护栏杆（摘自GB 4053.3—1993） 660

8.3 倾斜通道 662

第11章 符合造型、载荷、材料等因素要求的零部件结构设计准则 663

1 符合造型要求的结构设计准则 663

2 符合载荷要求的结构设计准则 664

3 符合公差要求的结构设计准则 669

4 符合材料及其相关因素要求的结构设计准则 671

铸钢、铸铁件等及材料相关因素要求的结构设计准则 671

镁合金件合理的结构设计 674

第12章 装运要求及设备基础 678

1 装运要求 678

1.1 包装通用技术条件（摘自JB/T 5000.13—2007） 678

1.2 有关运输要求 679

2 设备基础设计的一般要求 681

2.1 混凝土基础的类型 681

2.2 地脚螺栓 682

地脚螺栓的种类和选用 683

地脚螺栓的外露长度 683

2.3 设备和基础的连接方法及适应范围 683

3 垫铁种类、型式、规格及应用 685

参考文献 687