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第四篇 机械零件设计1

第1章 键和销联接1

1 键联接1

1.1 键的类型、特点和应用1

1.2 普通平键联接尺寸和公差配合3

1.3 平键联接的失效形式和强度验算5

1.4 矩形花键联接7

2 销联接11

2.1 常用销的类型、特点和应用11

2.2 销的标准元件12

3 滚动花键简介19

3.1 滚动花键副的结构20

3.2 滚动花键副的应用20

3.3 系列尺寸20

复习思考题20

习题21

第2章 螺纹联接24

1 螺纹的主要参数24

2 螺纹的种类、特点和应用25

3 螺旋副的受力分析、自锁和效率26

3.1 螺纹副中轴向力与圆周力的关系26

3.2 螺纹传动的效率27

3.3 螺纹的自锁28

4 螺纹联接的主要类型、拧紧和防松28

4.1 螺纹联接的主要类型28

4.2 螺纹联接的拧紧和防松29

5 螺纹联接的强度计算32

5.1 普通螺栓联接的强度计算32

5.2 铰制孔用螺栓联接的强度计算35

5.3 螺纹联接件材料的许用应力35

6 螺栓组联接的结构设计36

7 螺栓组的受力计算38

8 其它联接简介41

8.1 铆接41

8.2 焊接41

8.3 胶接41

8.4 成形联接43

8.5 过盈联接43

8.6 弹性环联接44

复习思考题45

习题46

第3章 螺旋传动48

1 螺旋传动的种类48

2 滑动螺旋副的设计计算49

2.1 耐磨性计算49

2.2 螺纹牙的强度校核50

2.3 螺杆横剖面的强度校核51

2.4 螺纹副的自锁条件校核51

2.5 螺杆的稳定性计算51

3 滚动螺旋副选用简介53

3.1 滚珠丝杠副的运动机理53

3.2 滚珠丝杠副的组成53

3.3 滚珠丝杠副代号及编号规则54

3.4 滚珠丝杠副尺寸系列56

3.5 滚珠丝杠副的计算和选用57

3.5.1 疲劳寿命计算57

3.5.2 滚珠丝杠副的临界压缩载荷和临界转速60

3.5.3 滚珠丝杠副的系统刚度63

3.5.4 滚珠丝杠在运转中温升引起的轴向位移及其补偿65

3.5.5 滚珠丝杠副的轴向载荷计算65

3.5.6 滚珠丝杠副计算举例65

复习思考题69

习题69

第4章 带传动70

1 带和带传动的类型、特点和应用70

2 V带传动73

2.1 V带和V带轮的术语、定义及符号73

2.2 V带的规格74

2.3 摩擦型带传动的工作情况分析77

2.3.1 带传动中的受力分析77

2.3.2 带的弹性滑动和打滑78

2.3.3 极限有效拉力及其影响因素79

2.3.4 带中应力分析80

2.3.5 摩擦型带传动的失效形式和设计准则81

2.4 V带传动的设计计算81

2.4.1 单根V带的额定功率值81

2.4.2 带传动设计步骤和传动参数选择86

2.5 V带带轮92

2.5.1 带轮的设计要求和带轮材料92

2.5.2 V带轮结构93

2.5.3 带轮的技术要求97

2.6 V带传动设计计算举例97

2.7 带传动的张紧和维护100

3 同步带传动简介102

复习思考题103

习题103

第5章 链传动104

1 链传动的组成、特点和应用104

2 滚子链传动105

2.1 滚子链的结构105

2.2 滚子链的基本参数和尺寸106

2.3 滚子链链轮齿形、结构、材料和公差107

2.4 滚子链传动的设计计算114

2.4.1 主要失效形式114

2.4.2 滚子链传动的额定功率曲线114

2.4.3 滚子链传动的设计计算步骤115

3 链传动的布置和张紧118

3.1 链传动的布置118

3.2 链传动的张紧119

4 齿形链传动简介123

复习思考题127

习题128

第6章 齿轮传动承载能力计算129

1 齿轮传动的失效形式和设计准则129

1.1 轮齿啮合工作情况分析129

1.2 轮齿的失效形式129

1.3 齿轮传动的设计准则131

2 常用齿轮材料和热处理131

3 齿轮传动强度计算134

3.1 轮齿的受力分析134

3.2 计算载荷137

3.3 齿轮传动强度计算140

3.3.1 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算140

3.3.2 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算146

3.3.3 标准直齿圆锥齿轮传动的强度计算147

3.3.4 齿轮传动设计参数及许用应力选择148

4 齿轮结构设计150

5 变位齿轮传动强度计算简介157

6 齿轮传动设计举例157

复习思考题170

习题172

第7章 蜗杆传动承载能力计算174

1 蜗杆传动的失效形式174

2 蜗杆传动的材料选择174

3 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算174

3.1 蜗杆传动的设计计算准则174

3.2 蜗杆传动的受力分析174

3.3 蜗轮齿面接触疲劳强度计算175

3.4 蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度计算177

4 蜗杆传动的效率及热平衡计算178

4.1 蜗杆传动的效率178

4.2 蜗杆传动的热平衡计算179

5 蜗轮蜗杆的结构180

复习思考题187

习题187

第8章 滑动轴承188

1 滑动轴承的润滑状态188

2 润滑油粘度和牛顿粘性定律189

3 润滑剂190

4 滑动轴承的主要类型和结构191

4.1 径向滑动轴承191

4.2 止推滑动轴承193

5 轴承材料和轴瓦结构195

5.1 轴承材料195

5.2 标准轴套、轴瓦结构197

5.3 轴瓦结构的要求198

6 非液体摩擦滑动轴承计算199

6.1 径向轴承的条件性计算200

6.2 止推轴承的条件性计算201

7 液体动压滑动轴承203

7.1 液体动压润滑的基本方程——雷诺润滑方程式203

7.2 油楔承载机理204

7.3 单油楔圆柱形径向液体动压轴承计算205

7.4 参数选择210

7.5 径向液体动压滑动轴承的设计举例212

8 润滑方法和润滑装置215

8.1 手工间歇供油(脂)215

8.2 连续供油(脂)217

9 静压轴承简介219

10 气体润滑轴承简介221

复习思考题221

习题222

第9章 滚动轴承223

1 滚动轴承的构造、代号、基本类型及特性223

1.1 滚动轴承的构造223

1.2 滚动轴承的基本类型及特性223

1.3 滚动轴承代号228

2 滚动轴承类型的选择231

3 滚动轴承的载荷分布和失效形式232

3.1 滚动轴承上的载荷分布232

3.2 滚动轴承的主要失效形式233

4 滚动轴承的寿命计算233

4.1 额定寿命和额定动负荷233

4.2 寿命计算公式233

5 滚动轴承的当量动负荷237

5.1 深沟球轴承和角接触轴承的径向当量负荷237

5.2 推力球轴承的轴向当量动负荷239

5.3 向心滚子轴承的径向当量动负荷239

5.4 推力滚子轴承的轴向当量动负荷240

5.5 角接触轴承的轴向载荷240

6 同一支点上安装一对同型号角接触轴承的计算243

7 不稳定载荷作用下轴承寿命计算244

8 不同可靠性的修正额定寿命244

9 滚动轴承的静强度计算245

9.1 额定静负荷245

9.2 静强度校核公式245

9.3 当量静负荷计算245

10 滚动轴承极限转速校核246

11 滚动轴承部件的组合设计251

11.1 滚动轴承的配合251

11.2 滚动轴承的轴向固定251

11.3 滚动轴承游隙和部件组合的调整255

11.4 滚动轴承的预紧257

11.5 滚动轴承的装拆258

12 其它滚动轴承简介260

复习思考题264

习题264

第10章 联轴器与离合器267

1 概述267

2 联轴器268

2.1 固定式刚性联轴器269

2.2 移动式刚性联轴器269

2.3 弹性联轴器273

3 离合器275

3.1 离合器的分类和要求275

3.2 常用离合器275

3.2.1 操纵离合器275

3.2.2 自动离合器280

3.3 新型联轴器和离合器简介282

复习思考题283

习题284

第11章 轴285

1 轴的功用和分类285

2 轴的失效形式和设计准则286

3 轴的材料和毛坯287

4 轴的结构设计287

4.1 轴的组成部分287

4.2 轴的结构设计任务和原则289

4.3 轴的结构设计步骤289

5 轴的强度计算297

5.1 按扭转强度条件计算297

5.2 按弯曲和扭转组合强度条件计算297

5.3 按疲劳强度计算安全系数300

5.4 按静强度计算安全系数303

6 轴的刚度计算312

6.1 轴的弯曲刚度计算313

6.2 轴的扭转刚度计算313

7 轴的振动概念314

复习思考题316

习题316

第12章 齿轮与蜗杆减速器318

1 减速器的类型和特点318

2 通用减速器的选择要点319

3 非标准减速器的设计323

3.1 传动装置的总体设计323

3.2 电动机的选用324

3.3 传动装置总传动比的计算和各级传动比的分配324

3.4 传动装置运动和动力参数的计算326

3.5 传动件和轴的计算329

3.5.1 传动件的设计计算329

3.5.2 轴径估算和联轴器选择330

3.6 减速器的构造330

3.6.1 轴系部件331

3.6.2 箱体331

3.6.3 附件338

3.7 减速器的润滑与密封346

3.7.1 传动件的润滑346

3.7.2 滚动轴承的润滑351

3.7.3 减速器的密封355

3.8 圆柱齿轮减速器装配草图设计365

3.8.1 减速器装配图设计概述365

3.8.2 圆柱齿轮减速器装配图设计第一阶段366

3.8.3 圆柱齿轮减速器装配图设计第二阶段370

3.9 圆锥—圆柱齿轮减速器装配草图设计378

3.9.1 圆锥—圆柱齿轮减速器装配图设计第一阶段378

3.9.2 圆锥—圆柱齿轮减速器装配图设计第二阶段383

3.10 蜗杆减速器装配草图设计385

3.10.1 蜗杆减速器装配图设计第一阶段385

3.10.2 蜗杆减速器装配图设计第二阶段389

3.11 减速器装配图总成设计——装配图设计第三阶段390

4 减速器结构装配图例400

4.1 一级圆柱齿轮减速器400

4.2 二级圆柱齿轮减速器400

4.3 圆锥、圆锥—圆柱齿轮减速器400

4.4 蜗杆、蜗杆—齿轮、齿轮—蜗杆减速器400

5 减速器箱体零件图例412

第13章 弹簧421

1 弹簧的功用和分类421

1.1 弹簧的功用421

1.2 弹簧的分类421

2 弹簧的材料与制造422

2.1 弹簧的材料和许用应力422

2.2 弹簧的制造424

3 圆柱形压缩(拉伸)螺旋弹簧的设计计算424

3.1 圆柱形压缩(拉伸)螺旋弹簧的结构424

3.2 圆柱形压缩(拉伸)螺旋弹簧的几何尺寸425

3.3 圆柱形压缩(拉伸)螺旋弹簧的特性曲线426

3.4 弹簧的强度计算427

3.5 弹簧的变形计算429

3.6 弹簧的稳定性验算430

3.7 受变载荷螺旋弹簧的计算433

3.7.1 强度验算433

3.7.2 受振动载荷弹簧的强度计算434

4 圆柱形扭转螺旋弹簧的设计计算436

4.1 圆柱形扭转螺旋弹簧的结构436

4.2 圆柱形扭转螺旋弹簧的特性曲线437

4.3 扭转弹簧的强度计算437

4.4 扭转弹簧的变形计算437

4.5 扭转弹簧的主要尺寸和参数计算438

复习思考题439

习题440

第5篇 机器动力学442

第1章 机械的运转及速度波动的调节442

1 概述442

1.1 机械运转的三个阶段442

1.2 作用在机械上的驱动力和生产阻力443

2 机械的运动方程式444

2.1 机械运动方程的一般表达式444

2.2 机械系统的等效动力学模型445

2.2.1 等效质量和等效转动惯量445

2.2.2 等效力和等效力矩446

2.2.3 机械的等效动力学模型447

2.3 机械运动方程式的几种形式447

3 稳定运动状态下机械的周期性速度波动及调节448

3.1 产生周期性速度波动的原因448

3.2 机械运转的平均角速度ωｍ和不均匀系数δ449

3.3 周期性速度波动的调节——飞轮设计方法450

3.3.1 飞轮调速的基本原理450

3.3.2 飞轮设计方法451

4 机械的非周期性速度波动及调节453

复习思考题454

习题454

第2章 机械的平衡456

1 机械平衡的目的与分类456

1.1 机械平衡的目的456

1.2 机械平衡问题的分类456

2 刚性转子的平衡457

2.1 刚性转子的静平衡计算457

2.2 刚性转子的动平衡458

3 刚性转子的平衡实验459

3.1 静平衡实验460

3.2 动平衡实验简介460

3.3 转子的平衡精度和许用不平衡质径积461

4 平面机构的静平衡463

复习思考题466

习题466

第6篇 机械设计常用标准和规范468

第1章 一般资料和数据468

1 常用量的名称、符号及法定计量单位468

2 黑色金属硬度及强度换算值469

3 常用材料的物理性能474

4 摩擦系数475

5 常用材料的弹性模量及泊松比476

第2章 一般标准477

1 优先数和优先系列477

2 锥度的标准系列478

3 齿轮滚刀外径、弧形键槽铣刀外径尺寸479

4 空刀槽、越程槽尺寸479

5 零件倒圆与倒角482

6 中心孔483

7 球面半径484

8 润滑槽485

9 滚花486

10 螺栓和螺钉通孔486

11 外螺纹零件的末端488

12 T形槽489

第3章 公差配合491

1 标准公差与基本偏差491

1.1 标准公差491

1.2 基本偏差491

2 轴和孔的极限偏差493

2.1 轴的极限偏差493

2.2 孔的极限偏差499

3 未注公差尺寸的极限偏差505

4 优先、常用和一般用途公差带505

5 选用公差与配合的参考资料505

5.1 基准制的选择505

5.2 公差等级的选择505

5.3 配合的选择507

第4章 形状和位置公差(简称形位公差)511

1 形状和位置公差代号及其注法511

2 被测要素的标注方法511

3 基准要素的标注方法513

4 形位公差数值和有关符号的标注方法514

5 选择形位公差的参考资料516

5.1 轴、齿轮、箱体等零件形位公差推荐标注的项目516

5.2 各种加工方法所能达到的形位公差等级517

5.3 与形位公差等级相适用的最低表面粗糙度519

5.4 形位公差带的大小520

6 未注形位公差的规定523

第5章 表面粗糙度(GB/T131—93)525

1 表面粗糙度的符号525

2 表面粗糙度代号525

3 选择表面粗糙度的参考资料527

第6章 螺纹联接和螺纹联接结构要素539

1 螺纹539

1.1 普通螺纹539

1.2 梯形螺纹540

2 螺栓543

3 螺钉546

4 螺母556

5 垫圈560

6 螺纹零件的结构要素564

6.1 普通螺纹收尾、肩距、退刀槽、倒角564

6.2 粗牙螺栓、螺钉的旋入深度和螺纹孔尺寸566

6.3 沉孔尺寸566

6.4 最小扳手空间位置567

第7章 滚动轴承的尺寸和主要参数568

1 常用滚动轴承的尺寸和主要参数568

2 滚动轴承的配合578

3 角接触轴承的轴向游隙580

4 止推轴承的轴向游隙581

5 滚动轴承座582

第8章 滑动轴承座584

第9章 联轴器588

1 凸缘联轴器588

2 弹性柱销联轴器590

3 弹性套柱销联轴器591

4 梅花形弹性联轴器592

5 铰链联轴器593

第10章 轴系零件紧固件594

1 挡圈594

2 圆螺母和止动垫圈604

3 轴上固定螺钉用的孔605

第11章 齿轮传动与蜗杆传动公差606

1 渐开线圆柱齿轮精度(GB10095—88)606

1.1 精度等级与检验要求606

1.2 齿轮副的侧隙规定606

1.3 齿轮各项误差的公差数值表609

1.4 齿轮毛坯公差611

1.5 图样标注611

2 齿条精度(GB10096—88)613

2.1 推荐的检验项目613

2.2 各项误差的公差数值表613

3 圆锥齿轮精度(GB11365—89)616

3.1 精度等级616

3.2 齿轮精度的标注617

3.3 齿轮精度数值表618

4 圆柱蜗杆、蜗轮精度(GB10089—88)630

4.1 精度等级631

4.2 蜗杆、蜗轮的检验与公差631

4.3 蜗杆传动的检验与公差636

4.4 蜗杆传动的侧隙规定638

4.5 蜗杆、蜗轮毛坯尺寸和形状公差640

4.6 蜗杆、蜗轮和蜗杆传动精度的标注643