机械设计2025|PDF|Epub|mobi|kindle电子书版本百度云盘下载

机械设计PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1篇 基础篇3

第1章 设计介绍3

1.1 设计3

机械设计3

迭代4

1.2 典型设计过程5

1.3 问题的提出与计算6

定义阶段6

初步设计阶段7

详细设计阶段7

归档阶段7

1.4 工程模型7

估计与一阶分析7

工程草图8

1.5 计算机辅助设计与工程8

计算机辅助设计（CAD）8

计算机辅助工程（CAE）11

计算精度12

1.6 工程报告12

1.7 安全系数和设计规范12

安全系数12

选择安全系数13

设计与安全规范14

1.8 统计考虑15

1.9 单位15

1.10 小结19

本章使用的重要公式20

1.11 参考文献20

1.12 网上资料20

1.13 参考书目21

1.14 习题21

第2章 材料和工艺23

2.0 引言23

2.1 材料性能定义24

拉伸试验25

延伸性和脆性26

压缩试验27

弯曲试验28

扭转试验28

疲劳强度和耐力的极限29

耐冲击30

断裂韧度31

蠕变和温度的影响32

2.2 材料性能的统计性质32

2.3 均匀性和各向同性33

2.4 硬度33

热处理35

表面（壳）硬化35

有色金属材料热处理36

机械成形和硬化36

2.5 涂层和表面处理38

原电池作用38

电镀39

化学镀39

阳极氧化40

等离子喷涂涂层40

化学涂层40

2.6 常用金属材料的特性40

铸铁40

铸钢41

锻钢41

钢的编号系统42

铝44

钛46

镁46

铜合金46

2.7 常用非金属材料的特性47

高分子聚合物47

陶瓷48

复合材料48

2.8 材料的选择49

2.9 小结51

本章使用的重要公式52

2.10 参考文献53

2.11 网上资料53

2.12 参考书目54

2.13 习题55

第3章 运动与受力分析59

3.0 简介59

3.1 自由度59

3.2 机构60

3.3 自由度（运动能力）的计算61

3.4 常见单自由度机构62

平面四杆机构和Grashof准则62

六杆机构63

曲柄滑块及滑块曲柄四杆机构64

凸轮机构65

3.5 连杆机构运动分析65

运动分类65

矢量复数66

矢量闭环方程66

3.6 平面四杆机构分析67

求解四杆机构位置67

求解平面四杆机构速度69

角速度比和机械效益70

求解四杆机的加速度71

3.7 曲柄滑块机构分析73

求解四杆曲柄滑块机构位置73

求解四杆曲柄滑块机构速度74

求解四杆曲柄滑块机构加速度74

其他连杆机构75

3.8 凸轮机构设计和分析75

时序图76

svaj图77

双休止凸轮机构多项式函数77

单休止凸轮机构多项式函数79

压力角81

曲率半径82

3.9 力分析的载荷分类83

3.10 自由体图84

3.11 载荷分析84

三维分析85

二维分析86

静态载荷分析86

3.12 二维静态载荷案例研究86

3.13 三维静态载荷案例研究100

3.14 动载案例研究104

3.15 振动加载107

固有频率108

动载109

3.16 冲击载荷111

能量计算方法111

3.17 梁载荷分析115

剪切和力矩115

奇异函数116

叠加124

3.18 小结125

本章使用的重要公式125

3.19 参考文献127

3.20 网上资料127

3.21 参考书目128

3.22 习题129

第4章 应力、应变与挠度142

4.0 引言142

4.1 应力143

4.2 应变145

4.3 主应力145

4.4 平面应力和平面应变148

平面应力148

平面应变148

4.5 莫尔圆148

4.6 作用应力与主应力对比152

4.7 轴向拉伸152

4.8 直接剪应力、直接挤压应力与撕裂153

直接剪切153

直接挤压154

撕裂失效155

4.9 梁与弯曲应力155

梁纯弯曲155

横向载荷引起的剪切158

4.10 梁挠度161

用奇异函数求挠度163

静不定梁169

4.11 卡氏法172

卡氏法求挠度173

利用卡氏法求解冗余约束力173

4.12 扭转174

4.13 组合应力180

4.14 弹簧系数182

4.15 应力集中183

静态载荷作用下的应力集中184

动态载荷作用下的应力集中185

确定几何应力——应力集中系数185

避免应力集中的设计187

4.16 轴向压缩——压杆189

长细比189

短压杆190

长压杆190

端部条件191

中等压杆192

偏心压杆196

4.17 圆筒的应力198

厚壁圆筒198

薄壁圆筒199

4.18 静态应力和变形分析的案例研究199

4.19 小结213

本章使用的重要公式215

4.20 参考文献218

4.21 参考书目218

4.22 习题220

第5章 静态失效理论234

5.0 引言234

5.1 静加载下韧性材料的失效236

von Mises-Hencky理论（畸变能理论）236

最大剪应力理论241

最大正应力理论243

试验数据与失效理论比较243

5.2 脆性材料在静载下的失效246

双向和单向材料246

Coulomb-Mohr理论247

Mohr修正理论248

5.3 断裂力学252

断裂力学理论254

断裂韧度因子Kc256

5.4 使用静态载荷失效的理论259

5.5 静态失效案例研究分析260

5.6 小结268

本章用到的重要公式269

5.7 参考文献271

5.8 参考书目271

5.9 习题272

第6章 疲劳失效理论285

6.0 引言285

疲劳失效历史286

6.1 疲劳失效机理288

裂纹萌生阶段288

裂纹扩展阶段289

断裂290

6.2 疲劳失效模型291

疲劳区域291

应力－寿命法292

应变－寿命法292

线弹性断裂力学法292

6.3 机械设计的考虑292

6.4 疲劳载荷293

旋转机械加载293

服务设备加载294

6.5 测量疲劳失效准则295

对称循环应力295

复合应力均值和幅值300

断裂力学准则301

实际组件测试304

6.6 估算疲劳失效准则306

估计理论疲劳强度Sf′或持久极限Se’306

理论疲劳强度和持久极限修正系数306

计算修正疲劳强度Sf或修正持久极限Se312

创建估计S-N图313

6.7 缺口与应力集中317

缺口敏感度317

6.8 残余应力321

6.9 高周疲劳设计325

6.10 单向对称应力设计325

单向对称应力设计步骤326

6.11 单向波动应力设计331

创建修正Goodman图332

波动应力中的应力集中效应334

确定波动应力的安全系数335

波动应力设计步骤337

6.12 多向应力疲劳设计343

频率和相位的关系343

简单多向对称应力344

简单多向波动应力344

复杂多向应力345

6.13 高周疲劳设计的一般方法346

6.14 疲劳设计案例研究350

6.15 小结360

本章使用的重要公式361

6.16 参考文献363

6.17 参考书目365

6.18 习题366

第7章 表面失效379

7.0 引言379

7.1 表面结构381

7.2 表面配副383

7.3 摩擦383

表面粗糙度对摩擦的影响384

速度对摩擦的影响384

滚动摩擦384

润滑剂对摩擦的影响385

7.4 粘着磨损385

粘着磨损系数387

7.5 磨粒磨损388

磨粒磨损材料390

抗磨损材料390

7.6 腐蚀磨损391

腐蚀疲劳391

微动腐蚀391

7.7 表面疲劳392

7.8 球面接触394

球面接触压力和接触区395

球面接触的静态应力分布395

7.9 圆柱面接触398

平行柱面接触的接触压力和接触区域398

平行柱面接触上的静态应力分布399

7.10 一般接触401

一般接触中的接触压力和接触区域401

一般接触下的应力分布402

7.11 动态接触应力405

滑移对接触应力的影响405

7.12 表面疲劳失效模型——动态接触411

7.13 表面疲劳强度413

7.14 小结419

避免表面失效的设计419

本章使用的重要公式420

7.15 参考文献422

7.16 习题423

第8章 有限元分析429

8.0 引言429

应力和应变计算430

8.1 有限元方法431

8.2 单元类型432

单元维数与自由度（DOF）432

单元的阶433

h元与p元434

单元纵横比434

8.3 网格划分434

网格密度435

网格细化435

收敛性436

8.4 边界条件439

8.5 施加载荷446

8.6 测试模型（验证）447

8.7 模态分析450

8.8 案例研究451

8.9 小结460

8.10 参考文献460

8.11 参考书目461

8.12 网上资料461

8.13 习题461

第2篇 机械设计篇465

第9章 设计案例研究465

9.0 引言465

9.1 案例8 便携式空气压缩机466

9.2 案例9 干草捆卷扬机469

9.3 案例10 凸轮试验机472

9.4 小结477

9.5 参考文献477

9.6 设计项目477

第10章 轴、键与联轴器486

10.0 引言486

10.1 轴上载荷487

10.2 轴上零件与应力集中488

10.3 轴的材料489

10.4 轴的功率490

10.5 轴的载荷490

10.6 轴的应力491

10.7 组合载荷作用下轴的失效491

10.8 轴的设计492

总体考虑492

受对称循环弯曲和恒定扭矩作用的轴设计493

受波动循环弯曲应力和波动循环转矩的轴设计494

10.9 轴的变形502

梁502

扭杆502

10.10 键和键槽505

平键505

楔键506

半圆键506

键应力507

键材料507

键设计507

键的应力集中508

10.11 花键511

10.12 过盈配合512

过盈配合的应力513

微动腐蚀515

10.13 飞轮设计516

转动系统中的能量变化517

确定飞轮惯量519

飞轮中的应力520

失效准则521

10.14 轴的临界转速523

轴和梁的横向振动的Rayleigh法525

轴的谐振526

扭转振动527

两个圆盘安装在同一根轴上的情况528

多个圆盘安装在同一根轴上的情况529

扭转振动的控制529

10.15 联轴器531

刚性联轴器531

挠性联轴器532

10.16 案例研究535

便携式空气压缩机传动轴的设计535

10.17 小结538

本章使用的重要公式539

10.18 参考文献540

10.19 习题541

第11章 轴承与润滑548

11.0 引言548

附加说明549

11.1 润滑剂550

11.2 黏度551

11.3 润滑的类型552

全膜润滑553

边界润滑554

11.4 滑动轴承材料组合555

11.5 流体动压润滑理论556

无载荷Petroff转矩方程556

偏心径向滑动轴承的Reynolds方程557

径向滑动轴承中的转矩和功率损失561

11.6 流体动压轴承的设计562

载荷系数设计——Ocvirk数562

设计流程564

11.7 高副接触567

11.8 滚动轴承572

滚动轴承与滑动轴承的对比572

滚动轴承分类573

11.9 滚动轴承的失效577

11.10 滚动轴承选型578

基本额定动载荷C578

轴承额定寿命修订578

基本额定静载荷C0580

径向与轴向载荷组合作用580

计算流程581

11.11 轴承安装细节582

11.12 特殊轴承584

11.13 案例研究585

11.14 小结586

本章使用的重要公式587

11.15 参考文献589

11.16 习题591

第12章 直齿圆柱齿轮596

12.0 引言596

12.1 齿轮啮合理论598

啮合基本定律598

渐开线齿形599

压力角600

齿轮啮合的几何形状600

齿轮与齿条601

改变中心距601

齿侧间隙602

相对啮合运动603

12.2 轮齿的参数命名603

12.3 干涉与根切606

变位齿轮606

12.4 重合度607

12.5 轮系609

简单轮系609

复杂轮系609

同轴式复杂轮系610

周转轮系或行星轮系611

12.6 齿轮制造613

成形法加工齿轮613

切削加工614

粗加工过程614

精加工过程615

齿轮质量615

12.7 直齿圆柱齿轮的载荷616

12.8 直齿圆柱齿轮的应力618

弯曲应力619

接触应力626

12.9 齿轮材料629

材料强度630

AGMA齿轮材料的弯曲疲劳强度630

AGMA齿轮材料的接触疲劳强度632

12.10 齿轮传动润滑637

12.11 直齿圆柱齿轮设计637

12.12 案例研究638

12.13 小结643

本章使用的重要公式643

12.14 参考文献644

12.15 习题645

第13章 斜齿轮、锥齿轮和蜗轮蜗杆650

13.0 引言650

13.1 斜齿轮652

斜齿轮几何尺寸652

斜齿轮受力分析653

当量齿数653

重合度654

斜齿轮上的应力654

13.2 锥齿轮660

锥齿轮的几何尺寸和名称661

锥齿轮安装661

锥齿轮受力分析662

锥齿轮应力663

13.3 蜗杆机构668

蜗轮蜗杆材料669

蜗杆机构润滑669

蜗杆机构受力分析669

蜗杆机构的几何尺寸669

标定方法670

蜗杆机构设计671

13.4 案例研究672

13.5 小结674

本章使用的重要公式675

13.6 参考文献677

13.7 习题678

第14章 弹簧设计682

14.0 引言682

14.1 弹簧刚度684

14.2 弹簧类型685

14.3 弹簧材料687

弹簧钢丝687

板簧材料690

14.4 螺旋压缩弹簧692

弹簧长度693

端部结构693

有效圈数694

弹簧指数694

弹簧变形694

弹簧刚度694

螺旋压缩弹簧线圈应力694

非圆簧丝螺旋弹簧696

残余应力697

压缩弹簧屈曲698

压缩弹簧颤振699

压缩弹簧许用强度699

弹簧钢丝扭转剪切S-N图700

修正后的簧丝Goodman图702

14.5 静载荷作用下螺旋压缩弹簧的设计703

14.6 疲劳载荷作用下螺旋压缩弹簧的设计707

14.7 螺旋拉伸弹簧713

拉伸弹簧有效圈数713

拉伸弹簧弹簧刚度714

拉伸弹簧弹簧指数714

拉伸弹簧预载荷714

拉伸弹簧变形715

拉伸弹簧线圈应力715

拉伸弹簧端部应力715

拉伸弹簧颤振716

拉伸弹簧的材料强度716

螺旋拉伸弹簧设计716

14.8 圆柱螺旋扭转弹簧722

扭转弹簧参数723

扭转弹簧圈数723

扭转弹簧变形723

扭转弹簧弹簧刚度724

簧圈闭合724

扭转弹簧簧圈应力724

扭转弹簧材料参数725

扭转弹簧安全系数725

螺旋扭转弹簧设计726

14.9 碟形弹簧垫圈728

碟形弹簧垫圈负载挠度函数730

碟形弹簧垫圈应力730

碟形弹簧垫圈静载荷731

动载荷732

叠簧732

碟形弹簧设计732

14.10 案例分析734

设计一个用于凸轮试验机的回位弹簧734

14.11 小结738

本章使用的重要公式739

14.12 参考文献741

14.13 习题742

第15章 螺纹与紧固件747

15.0 引言747

15.1 标准螺纹形式750

拉应力区751

标准螺纹尺寸751

15.2 传动螺旋753

矩形、梯形和锯齿形螺纹753

螺旋传动应用754

传动螺纹的力和转矩分析755

摩擦系数757

传动螺旋的自锁和反向驱动757

螺旋效率757

滚动螺旋758

15.3 螺纹上的应力760

轴向应力761

剪应力761

最小螺母长度761

最小螺纹孔配合762

扭转应力762

15.4 螺纹紧固件的类型762

根据用途分类762

根据螺纹类型分类763

根据头部样式分类763

螺母和垫圈764

15.5 螺纹紧固件的制造766

螺纹切削766

螺纹滚压766

头部成形766

15.6 标准螺栓和机用螺钉强度767

15.7 拉伸下紧固件的预紧力768

静载下的预紧螺栓770

动载下的预紧螺栓774

15.8 连接刚度系数确定779

两同材质板材连接780

两不同材质板材连接781

垫圈连接782

15.9 预紧力控制786

旋转螺母法787

定力矩紧固件787

载荷指示垫片787

螺栓转矩引起的扭转应力788

15.10 紧固件的剪切789

定位销790

紧固件组质心791

紧固件剪切载荷的确定791

15.11 设计案例 设计空气压缩机的头螺栓793

15.12 小结797

本章使用的重要公式797

15.13 参考文献799

15.14 参考书目800

15.15 习题801

第16章 焊接806

16.0 引言806

16.1 焊接过程808

常用焊接类型809

为什么设计师应该关注焊接过程？810

16.2 焊接接头和焊缝类型810

接头坡口准备811

焊接规范812

16.3 焊接接头设计原则813

16.4 焊缝的静载荷815

16.5 焊缝的静强度815

焊缝的残余应力815

加载方向816

角焊缝和PJP焊缝在静载荷下的许用剪切应力816

16.6 焊缝的动载荷818

平均应力对焊件疲劳强度的影响819

焊件疲劳强度需要修正系数吗？820

疲劳强度对焊接结构的影响820

焊件是否存在持久极限？823

受压时会疲劳失效吗？823

16.7 焊缝线处理825

16.8 偏心受载的焊接模式830

16.9 机器中焊件设计注意事项831

16.10 小结832

本章使用的重要公式832

16.11 参考文献833

16.12 习题833

第17章 离合器与制动器836

17.0 引言836

17.1 制动器和离合器分类837

17.2 离合器／制动器的选择和规格842

17.3 离合器与制动器的材料843

17.4 圆盘摩擦离合器843

均匀压力844

均匀磨损844

17.5 盘式制动器846

17.6 鼓式制动器847

短瓦外鼓式制动器847

长瓦外鼓式制动器849

长瓦内鼓式制动器852

17.7 小结852

本章使用的重要公式853

17.8 参考文献854

17.9 参考书目854

17.10 习题855

附录A 材料性能859

附录B 梁的表格867

附录C 应力集中系数871

附录D 部分习题参考答案879