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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—2010摘录）13

3.3 球墨铸铁（GB/T 1348—2009摘录）14

3.4 一般工程用铸造碳钢（GB/T 11352—2009摘录）14

3.5 普通碳素结构钢（GB/T 700—2006摘录）15

3.6 优质碳素结构钢（GB/T 699—1999摘录）16

3.7 合金结构钢（GB/T 3077—1999摘录）19

3.8 铸造铜合金、铸造铝合金和铸造轴承合金23

3.9 常用工程塑料的力学性能26

3.10 弹簧钢（GB/T 1222—2007）28

3.11 冷轧钢板和钢带（GB/T 708—2006）29

3.12 热轧钢板和钢带（GB/T 709—2006）29

3.13 热轧圆钢和方钢尺寸（GB/T 702—2004）30

3.14 热轧型钢（GB/T 706—2008摘录）30

3.14.1 热轧等边角钢30

3.14.2 热轧槽钢33

3.14.3 热轧工字钢34

第2篇 机械设计计算中的力学知识36

第4章 理论力学36

4.1 力的基本概念和物体受力分析36

4.1.1 力的基本概念和物体受力分析36

4.1.2 约束和约束力37

4.1.3 物体的受力分析和受力图40

4.2 平面汇交力系与平面力偶系41

4.2.1 平面汇交力系合成与平衡的几何法41

4.2.2 平面汇交力系合成与平衡的解析法44

4.2.3 平面力对点之矩的概念及计算45

4.2.4 平面力偶46

4.3 平面任意力系48

4.3.1 平面任意力系向作用面内一点简化48

4.3.2 平面任意力系的平衡条件和平衡方程51

4.4 空间力系53

4.4.1 空间汇交力系53

4.4.2 力对点的矩和力对轴的矩54

4.5 点的运动学57

4.5.1 矢量法57

4.5.2 直角坐标法59

4.5.3 自然法60

4.6 刚体的简单运动64

4.6.1 刚体的平行移动64

4.6.2 刚体绕定轴的转动65

4.6.3 转动刚体内各点的速度和加速度66

4.6.4 以矢量表示角速度和角加速度69

4.7 点的合成运动71

4.7.1 相对运动、牵连运动、绝对运动71

4.7.2 点的速度合成定理73

4.7.3 点的加速度合成定理74

4.8 刚体的平面运动77

4.8.1 刚体平面运动的分解77

4.8.2 求平面图形内各点速度的基点法79

4.8.3 求平面图形内各点速度的瞬心法81

4.8.4 用基点法求平面图形内各点的加速度83

4.9 质点动力学基本方程86

4.9.1 牛顿运动三定律86

4.9.2 质点的运动微分方程87

4.10 动量定理88

4.10.1 动量88

4.10.2 冲量89

4.10.3 动量定理89

4.10.4 质点系动量守恒定律90

4.10.5 质点系的质心90

4.10.6 质心运动定理91

4.10.7 质心运动守恒定律91

4.10.8 解题的步骤92

4.11 动量矩定理94

4.11.1 动量矩94

4.11.2 动量矩定理95

4.11.3 刚体绕定轴的转动微分方程95

4.11.4 转动惯量96

4.11.5 刚体的平面运动微分方程96

4.12 动能定理100

4.12.1 动能100

4.12.2 势能101

4.12.3 功101

4.12.4 动能定理102

4.12.5 功率102

4.12.6 功率方程102

4.12.7 机械效率103

4.12.8 机械能守恒定律103

4.13 达朗贝尔原理104

4.13.1 惯性力的概念104

4.13.2 质点的达朗贝尔原理105

4.13.3 质点系的达朗贝尔原理105

4.13.4 惯性力系的主矢和主矩106

第5章 材料力学109

5.1 材料力学的基础知识109

5.1.1 材料力学的任务109

5.1.2 材料力学的基本假设109

5.1.3 外力、内力、截面法和应力的概念110

5.1.4 位移、变形及应变的概念112

5.2 轴向拉伸和压缩114

5.2.1 轴力和轴力图114

5.2.2 截面上的应力116

5.2.3 材料拉伸时的力学性质116

5.2.4 材料压缩时的力学性能119

5.2.5 强度条件120

5.2.6 胡克定律和泊松比120

5.2.7 拉压超静定问题122

5.2.8 应力集中124

5.3 剪切和挤压125

5.3.1 连接件的强度计算125

5.3.2 纯剪切、切应力互等定理、剪切胡克定律127

5.4 扭转128

5.4.1 外力偶矩、扭矩和扭矩图128

5.4.2 圆轴扭转时截面上的应力计算130

5.4.3 圆轴扭转时的变形计算132

5.4.4 圆轴扭转时的强度条件、刚度条件132

5.4.5 矩形截面杆自由扭转理论的主要结论134

5.5 弯曲强度135

5.5.1 梁的载荷与支座135

5.5.2 剪力和弯矩136

5.5.3 纯弯曲时梁的正应力138

5.5.4 正应力公式的推广及强度条件139

5.5.5 矩形截面梁的切应力142

5.5.6 变截面梁 等强度梁 组合梁的计算143

5.5.7 简单截面的惯性矩和惯性半径144

5.6 弯曲变形148

5.6.1 挠曲线的近似微分方程148

5.6.2 用积分法求梁的变形149

5.6.3 用叠加法求梁的变形151

5.6.4 梁的刚度条件151

5.7 应力状态与强度理论151

5.7.1 应力状态的概念151

5.7.2 广义胡克定律152

5.7.3 强度理论153

5.7.4 强度理论的应用154

5.8 组合变形杆的强度156

5.8.1 弯曲与拉伸的组合、截面核心156

5.8.2 弯曲与扭转的组合160

5.8.3 非对称纯弯曲162

5.9 压杆稳定162

5.9.1 基本概念162

5.9.2 细长杆的临界力163

5.9.3 压杆的临界应力165

5.9.4 压杆的稳定计算167

5.9.5 提高压杆稳定性的措施168

第3篇 常用零部件的设计计算171

第6章 机械零部件设计基础知识171

6.1 机械设计总论171

6.1.1 零件常见的失效形式171

6.1.2 对机器的主要要求171

6.1.3 机械零件设计时的基本要求172

6.1.4 设计准则172

6.1.5 设计方法172

6.1.6 设计步骤174

6.1.7 材料选择176

6.1.8 机械零部件设计中的标准化177

6.2 机械零件的强度计算177

6.2.1 应力的种类177

6.2.2 静应力时机械零件的强度计算177

6.2.3 材料的疲劳特性180

6.2.4 机械零件的疲劳强度计算182

6.2.5 机械零件的接触强度195

6.3 摩擦、磨损及润滑概述196

6.3.1 摩擦196

6.3.2 磨损197

6.3.3 润滑剂、添加剂和润滑方法197

本章附录 机械零件疲劳强度计算的几个系数197

（1）零件结构的理论应力集中系数ασ（ατ）197

（2）疲劳强度降低系数或有效应力集中系数kσ（kτ）198

（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）198

附表6-1 轴上环槽处的理论应力集中系数199

附表6-2 轴肩圆角处的理论应力集中系数200

附图6-1 钢材的敏性系数q201

附图6-2 钢材的尺寸及截面形状系数201

附图6-3 圆截面钢材的扭转剪切尺寸系数ετ201

附表6-3 轴上横向孔处的理论应力集中系数202

附表6-4 轴上键槽处的有效应力集中系数202

附表6-5 外花键的有效应力集中系数202

附表6-6 公称直径12mm的普通螺纹的拉压有效应力集中系数202

附表6-7 螺纹连接件的尺寸系数εσ202

附表6-8 零件与轴过盈配合处的kσ/εσ值203

（4）表面质量系数βσ（βτ）203

（5）强化系数βq203

附图6-4 钢材的表面质量系数βσ203

附表6-9 表面高频淬火的强化系数βq204

附表6-10 化学热处理的强化系数βq204

附表6-11 表面硬化加工的强化系数βq204

第7章 连接零件设计计算205

7.1 螺纹连接205

7.1.1 螺纹类型与主要参数205

7.1.2 螺纹副的受力关系、效率和自锁207

7.1.3 螺纹连接的类型和标准连接件208

7.1.4 螺纹连接的预紧与防松209

7.1.5 螺栓组连接的设计计算210

7.1.6 螺纹连接的强度计算212

7.1.7 螺纹连接件的材料及许用应力216

7.2 键、花键连接221

7.2.1 键连接221

7.2.2 花键连接226

7.3 销连接229

7.4 过盈连接232

7.4.1 过盈连接的特点及应用232

7.4.2 过盈连接的工作原理及装配方法232

7.4.3 过盈连接的设计计算232

本章附录240

附表7-1 普通螺纹基本尺寸（GB/T 196—2003摘录）240

附表7-2 梯形螺纹最大实体牙型尺寸（GB/T 5796—2005摘录）242

附表7-3 梯形螺纹基本尺寸（GB/T 5796—2005摘录）243

附表7-4 六角头螺栓、全螺纹—A和B级（GB/T 5783—2000摘录）244

附表7-5 六角头铰制孔用螺栓A和B级（GB/T 27—1988摘录）246

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）247

附表7-7 1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）249

附表7-8 小垫圈、平垫圈250

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）251

附表7-10 普通平键的型式和尺寸（GB/T 1096—2003摘录）252

附表7-11 圆柱销（GB/T 119—2000摘录）、圆锥销（GB/T 117—2003摘录）254

第8章 传动零件设计计算255

8.1 传动形式的选择255

8.2 带传动设计计算256

8.2.1 分类257

8.2.2 带传动的设计计算原理257

8.2.3 普通V带传动设计计算260

8.2.4 窄V带传动设计计算269

8.2.5 V带轮设计275

8.2.6 同步带传动279

8.2.7 带传动的张紧289

8.3 链传动设计计算292

8.3.1 链传动的受力分析292

8.3.2 滚子链和链轮293

8.3.3 滚子链传动的设计298

8.3.4 链传动的布置、张紧和润滑302

8.4 齿轮传动设计计算306

8.4.1 齿轮传动的特点、类型与设计要求306

8.4.2 齿轮传动的失效形式与设计步骤307

8.4.3 渐开线齿轮参数、基本齿廓与模数系列309

8.4.4 齿轮传动的几何尺寸计算312

8.4.5 渐开线圆柱齿轮传动的设计计算319

8.4.6 渐开线直齿圆锥齿轮传动的设计计算322

8.4.7 齿轮传动设计计算的有关数据及系数的确定325

8.4.8 齿轮材料与许用应力332

8.4.9 齿轮的结构设计334

8.5 蜗杆传动设计计算350

8.5.1 蜗杆传动的主要类型、特点和应用350

8.5.2 普通圆柱蜗杆传动的基本参数352

8.5.3 普通圆柱蜗杆传动的几何计算353

8.5.4 普通圆柱蜗杆传动承载能力计算359

8.5.5 普通圆柱蜗杆传动设计计算过程366

8.6 螺旋传动设计计算369

8.6.1 螺旋传动的类型和应用369

8.6.2 螺旋传动的结构371

8.6.3 螺旋传动的设计计算372

第9章 轴系零部件设计计算381

9.1 滑动轴承381

9.1.1 滑动轴承的应用场合与设计步骤381

9.1.2 滑动轴承的类型与结构382

9.1.3 滑动轴承的失效形式及常用材料385

9.1.4 轴瓦结构385

9.1.5 不完全液体润滑滑动轴承设计计算388

9.1.6 液体动压润滑径向滑动轴承设计计算391

9.2 滚动轴承401

9.2.1 滚动轴承的类型及选用401

9.2.2 滚动轴承寿命计算、静载荷分析和尺寸的选择404

9.2.3 轴承装置的设计410

9.3 联轴器和离合器417

9.3.1 联轴器的种类和特性417

9.3.2 联轴器的选择418

9.3.3 离合器421

9.4 轴422

9.4.1 类型与材料422

9.4.2 轴的结构设计423

9.4.3 轴的计算426

9.4.4 轴的设计计算步骤432

本章附录440

附表9-1 深沟球轴承（GB/T 276—1994摘录）440

附表9-2 圆柱滚子轴承（GB/T 283—2007摘录）443

附表9-3 角接触球轴承（GB/T 292—2007摘录）447

附表9-4 圆锥滚子轴承（GB/T 297—1994摘录）452

附表9-5 推力球轴承（GB/T 301—1995摘录）457

附表9-6 凸缘联轴器（GB/T 5843—2003摘录）461

附表9-7 GICL型鼓形齿式联轴器（ZBJ 19013—1989摘录）463

附表9-8 滚子链联轴器（GB/T 6069—2002摘录）465

附表9-9 弹性套柱销联轴器（GB/T 4323—2002摘录）467

附表9-10 弹性柱销联轴器（GB/T 5014—2003摘录）469

附表9-11 梅花形弹性联轴器（GB/T 5272—2002摘录）471

附表9-12 尼龙滑块联轴器（JB/ZQ 4384—1986摘录）473

附表9-13 标准尺寸（直径、长度、高度等）（GB/T 2822—2005摘录）475

第10章 其他零部件设计476

10.1 弹簧476

10.1.1 弹簧的类型476

10.1.2 弹簧的设计计算477

10.2 机架和机座489

10.2.1 机架489

10.2.2 机座494

10.3 箱体496

10.4 减速器和变速器501

10.4.1 减速器501

10.4.2 变速器504

参考文献508