本書是根據(jù)教育部高等學校機械基礎課程教學指導分委員會最新制定的“機械設計課程教學基本要求”的精神，結合近年來教學改革實踐的經(jīng)驗編寫而成的，適用于高等學校機械類各專業(yè)本科的機械設計課程教學。
全書除緒論外，分上、下篇。上篇為機械系統(tǒng)零部件的工作能力設計，主要介紹機械系統(tǒng)零部件工作能力的設計理論和設計方法，包括機械零部件設計概述、機械系統(tǒng)傳動零部件的設計、機械系統(tǒng)支承零部件設計、機械系統(tǒng)連接零部件的設計、彈簧；下篇為機械系統(tǒng)的結構設計，主要介紹機械系統(tǒng)結構設計的基本問題和一般規(guī)律，包括機械系統(tǒng)結構設計的基本知識、機械系統(tǒng)的裝配結構設計、機械系統(tǒng)的功能結構設計、機械系統(tǒng)結構方案的創(chuàng)新設計、機械系統(tǒng)設計實例。
本書也可供機械工程領域的研究生和有關科研、工程設計人員參考。
本書是根據(jù)教育部高等學校機械基礎課程教學指導分委員會最新制定的“機械設計課程教學基本要求”的精神，結合近年來教學改革實踐的經(jīng)驗編寫而成的，適用于高等學校機械類各專業(yè)本科的機械設計課程教學。
為了適應21世紀社會對科技人才的需求，教育部組織實施了“面向21世紀教學內(nèi)容和課程體系改革計劃”，其中，機械設計系列課程是改革計劃的重要組成部分，其改革的總體目標是培養(yǎng)學生的綜合設計能力。機械設計課程作為高等學校機械類專業(yè)的一門主干技術基礎課，在培養(yǎng)學生綜合設計能力的全局中，承擔著學生機械系統(tǒng)結構設計能力的培養(yǎng)任務，在機械設計系列課程體系中占有十分重要的地位。隨著機械產(chǎn)品的設計逐漸向高速化、高效化、精密化和智能化方向發(fā)展，從系列課程體系和內(nèi)容改革的總體目標出發(fā)，許多現(xiàn)有的機械設計教材的結構體系和內(nèi)容已越來越不能適應科技的發(fā)展和人才培養(yǎng)的需求。21世紀是一個以世界性的激烈的經(jīng)濟競爭為特色的世紀，有人說“21世紀將是設計的世紀”，正是指的這樣的時代特點。為了使學生在未來的工作中能夠設計出性能優(yōu)良、在國際市場上具有競爭力的產(chǎn)品，必須從機械設計系列課程體系和內(nèi)容改革的總體目標出發(fā)，改革現(xiàn)有教材的體系和內(nèi)容。本書就是為了適應這一需要而編寫的。
本書是在總結清華大學多年來機械設計課程教學改革、教學研究和教學實踐成果的基礎上編寫而成的。其主要特點如下：
(1) 從機械設計課程在機械設計系列課程總體框架中所處的地位出發(fā)，以培養(yǎng)學生具有初步的機械系統(tǒng)結構設計能力為目標，舍棄了傳統(tǒng)的以機械零部件工作能力設計為主線的課程體系，建立了“以設計為主線，分析為設計服務，落腳點是機械系統(tǒng)結構設計”的新體系。根據(jù)這一新體系，對現(xiàn)有教材內(nèi)容進行了結構性調(diào)整、重組和更新。重組后的教材內(nèi)容除緒論外，分上、下篇。上篇為機械系統(tǒng)零部件的工作能力設計，主要介紹機械系統(tǒng)零部件工作能力的設計理論和設計方法，按照機械系統(tǒng)傳動零部件設計、機械系統(tǒng)支承零部件設計和機械系統(tǒng)連接零部件設計的體系進行編寫；下篇為機械系統(tǒng)的結構設計，主要介紹機械系統(tǒng)結構設計的基本問題和一般規(guī)律，按照機械系統(tǒng)的裝配結構設計和機械系統(tǒng)的功能結構設計的體系編寫。通過這一新體系，力求達到使學生初步具有機械系統(tǒng)結構設計能力的教學目標。
(2) 為了加強學生理論聯(lián)系實際的能力，教材中及時總結科研成果，引入了若干科研和工程設計案例，使課程內(nèi)容跟上現(xiàn)代科技發(fā)展的步伐。
(3) 在下篇“機械系統(tǒng)的結構設計”中，增加了“機械系統(tǒng)結構方案的創(chuàng)新設計”和“機械系統(tǒng)設計實例”兩章，內(nèi)容上的更新，有利于培養(yǎng)學生的綜合設計能力和創(chuàng)新設計能力，提高學生解決工程實際問題的能力。
參加本書編寫的有： 劉向鋒（緒論、第4章、第6章、第7章），劉瑩（第1章部分、第2章），高志（第1章部分、第5章、第9章、第10章），肖麗英（第3章、第8章）。全書由劉向鋒擔任主編，負責全書的統(tǒng)稿、修改和定稿。
衷心感謝清華大學精密儀器與機械學系學術委員會和本書的責任編輯。他們以全力支持教學改革為己任，在機械設計課程的改革和本教材的編寫過程中，給予了熱情的關注和大力支持。
作為清華大學機械設計系列課程負責人，申永勝教授也在本書的編寫過程中給予了熱情的關注和指導，在此表示誠摯的謝意。
限于編者的水平和時間倉促，誤漏欠妥之處在所難免，敬請廣大學界同仁和讀者批評指正。
0 緒論1
0.1 機械設計的任務、要求和一般程序1
0.2 機械設計課程的性質(zhì)和任務2
0.3 機械設計課程的內(nèi)容3
0.4 學習機械設計課程的方法4
上篇 機械系統(tǒng)零部件的工作能力設計
1 機械零部件設計概述7
1.1 機械零部件設計應滿足的要求7
1.1.1 工作能力要求7
1.1.2 工藝性要求8
1.1.3 經(jīng)濟性要求8
1.2 工作能力設計的基本方法9
1.3 機械零件的強度設計10
1.3.1 機械零件的靜強度設計10
1.3.2 機械零件的疲勞強度設計10
1.3.3 機械零件的接觸疲勞強度18
1.4 機械零部件的材料選擇19
1.4.1 機械零件的常用材料20
1.4.2 機械零件材料的選擇原則20
1.5 機械零部件的標準化21
附錄23
習題26
2 機械系統(tǒng)傳動零部件的設計29
2.1 傳動總論及機械傳動方案的設計29
2.1.1 傳動系統(tǒng)的功用及主要類型29
2.1.2 機械傳動設計的一般原則29
2.1.3 機械傳動系統(tǒng)的運動和動力學計算33
2.2 V帶傳動設計36
2.2.1 V帶傳動的主要幾何尺寸及相關國家標準36
2.2.2 V帶傳動的工作原理38
2.2.3 單根V帶傳動的額定功率40
2.2.4 V帶傳動設計舉例42
2.2.5 帶傳動的張緊裝置46
2.3 鏈傳動設計47
2.3.1 傳動鏈與鏈輪47
2.3.2 鏈傳動的運動特性及其影響48
2.3.3 鏈傳動的設計50
2.3.4 滾子鏈傳動設計舉例54
2.3.5 鏈傳動的張緊56
2.4 齒輪傳動設計56
2.4.1 齒輪傳動的受力分析57
2.4.2 齒輪傳動的失效方式及設計準則、常用材料及熱處理61
2.4.3 齒輪常用材料及熱處理64
2.4.4 齒輪傳動的精度66
2.4.5 齒輪傳動的疲勞強度設計66
2.4.6 齒輪傳動的主要參數(shù)選擇與設計舉例76
2.5 蝸桿傳動設計80
2.5.1 蝸桿傳動與齒輪傳動工作能力設計的主要區(qū)別80
2.5.2 蝸桿傳動的受力分析82
2.5.3 蝸桿傳動的失效形式及常用材料84
2.5.4 蝸桿傳動的工作能力設計85
2.5.5 蝸桿傳動主要參數(shù)的選擇與設計舉例91
2.6 螺旋傳動設計96
2.6.1 螺紋的主要參數(shù)96
2.6.2 滑動螺旋副的受力、失效分析及常用材料98
2.6.3 滑動螺旋傳動的工作能力設計98
2.6.4 滑動螺旋傳動設計計算的一般步驟102
習題102
3 機械系統(tǒng)支承零部件設計109
3.1 軸109
3.1.1 軸的分類與材料109
3.1.2 軸的工作能力設計111
3.1.3 提高軸的強度的措施117
3.2 滾動軸承121
3.2.1 滾動軸承的結構和國家標準122
3.2.2 滾動軸承的類型選擇126
3.2.3 滾動軸承的受力和失效分析127
3.2.4 滾動軸承的壽命計算128
3.2.5 滾動軸承的靜態(tài)承載能力計算134
3.3 滑動軸承137
3.3.1 滑動軸承的典型結構137
3.3.2 滑動軸承的軸瓦結構和材料139
3.3.3 非流體潤滑滑動軸承的承載能力設計143
3.3.4 流體動壓滑動軸承的承載能力設計145
3.3.5 滑動軸承與滾動軸承的性能比較155
習題157
4 機械系統(tǒng)連接零部件的設計162
4.1 螺紋連接162
4.1.1 螺紋連接的類型162
4.1.2 單個螺栓連接的強度計算166
4.1.3 螺紋連接件的材料與許用應力171
4.1.4 螺栓組連接的受力分析與計算173
4.1.5 提高螺紋連接強度的措施177
4.2 軸轂連接181
4.2.1 軸轂連接的主要類型182
4.2.2 鍵連接的設計186
4.2.3 花鍵連接的設計189
4.3 聯(lián)軸器和離合器190
4.3.1 聯(lián)軸器190
4.3.2 離合器197
習題200
5 彈簧203
5.1 概述203
5.1.1 彈簧的用途203
5.1.2 彈簧的類型203
5.2 彈簧的材料和制造方法204
5.2.1 彈簧的常用材料204
5.2.2 彈簧的制造方法208
5.3 圓柱螺旋壓縮(拉伸)彈簧的設計208
5.3.1 圓柱螺旋彈簧的基本尺寸208
5.3.2 彈簧的強度209
5.3.3 彈簧的剛度210
5.3.4 彈簧的特性曲線210
5.3.5 彈簧的結構211
5.3.6 圓柱螺旋壓縮(拉伸)彈簧的設計計算212
5.4 圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的設計218
5.4.1 圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的強度和剛度218
5.4.2 圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的結構218
5.4.3 圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的設計計算219
5.5 其他彈簧簡介220
5.5.1 碟形彈簧220
5.5.2 平面渦卷彈簧220
5.5.3 橡膠彈簧221
5.5.4 空氣彈簧222
習題223
下篇 機械系統(tǒng)的結構設計
6 機械系統(tǒng)結構設計的基本知識227
6.1 概述227
6.2 制造工藝性229
6.2.1 毛坯的成形方法229
6.2.2 零件的成形方法229
6.2.3 工藝流程229
6.3 裝配工藝性233
習題236
7 機械系統(tǒng)的裝配結構設計237
7.1 軸系結構設計237
7.1.1 軸的結構設計237
7.1.2 輪體的結構設計243
7.1.3 軸系的結構設計247
7.2 螺紋連接的組合設計257
7.2.1 螺紋連接件的布局257
7.2.2 結構空間的合理性258
7.2.3 螺紋連接的防松和裝配要求260
7.3 機械系統(tǒng)的精度設計262
習題264
8 機械系統(tǒng)的功能結構設計268
8.1 潤滑系統(tǒng)設計268
8.1.1 常用潤滑劑268
8.1.2 常用潤滑方式和潤滑裝置介紹271
8.1.3 典型零件的潤滑方式選擇273
8.2 密封結構設計277
8.2.1 靜密封結構277
8.2.2 動密封結構278
習題280
9 機械系統(tǒng)結構方案的創(chuàng)新設計281
9.1 機械系統(tǒng)結構方案的變異設計281
9.1.1 工作表面的變異281
9.1.2 連接的變異283
9.1.3 支承的變異286
9.1.4 材料的變異288
9.2 提高機械系統(tǒng)性能的結構設計289
9.2.1 有利于提高強度的結構設計290
9.2.2 有利于提高剛度的結構設計292
9.2.3 有利于提高精度的結構設計294
9.2.4 有利于提高工藝性的結構設計297
9.3 機械系統(tǒng)的宜人化設計300
9.3.1 適合人的生理特征的結構設計300
9.3.2 適合人的心理特征的結構設計302
9.4 新型機械結構設計305
9.4.1 柔性(彈性)結構設計305
9.4.2 快速連接結構設計307
9.4.3 組合結構設計308
習題310
10 機械系統(tǒng)設計實例313
10.1 高桿燈提升裝置設計313
10.2 硬幣自動計數(shù)、包卷機設計317
參考文獻320
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