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第一篇 设计基础1

第一章 机械工程设计概论1

1·1课程概述1

目录1

1·2安全因素2

1·3生态学因素4

1·4社会因素5

1·5整体设计考虑7

1·6功和能8

1·7功率8

2·2应变的定义、测量和莫尔图表示10

第二章 弹性应变、挠度和稳定性10

2·1引言10

2·3应变的分析——等角应变片组12

2·4应变的分析——直角应变片组13

2·5弹性应力－应变的关系和三维莫尔圆14

2·6挠度和刚度系数简单的情况14

2·7梁的挠度16

2·8由卡氏定理确定弹性变形17

2·9用卡氏方法确定多余反力19

2·10欧拉压杆侧弯——弹性木稳定性19

2·11各种端部条件的有效柱长20

2·12压杆设计方法J．B．约翰逊抛物线22

2·13偏心柱载荷——正割公式23

2·14当量压杆应力24

2·15纵向弯曲的其它形式24

第三章 失效理论、安全系数和可靠性26

3·1引言26

3·2失效型式26

3·3断裂力学基本概念27

3·4断裂力学的应用28

3·5静载下的强度理29

3·7最大剪应力理论30

3·6最大正应力理论30

3·8最大歪形能理论（最大八面体剪应力理论）31

3·9修正莫尔理论33

3·10强度理论的选择与应用33

3·11安全系数——概念与定义34

3·12安全系数的具体取值34

3·13可靠性36

3·14正态分布37

3·15可靠性预测中的干涉原理39

第四章 疲劳40

4·1引言40

4·2基本概念41

4·3标准旋转…弯曲疲劳强度S′a42

4·4反复弯曲与反复轴向载荷下的疲劳强度45

4·5反复扭转载荷作用下的疲劳强度46

4·6反复双向载荷作用下的疲劳强度47

4·7表面和尺寸对疲劳强度的影响47

4·8对称反复载荷作用下疲劳强度小结49

4·9平均应力对疲劳强度的影响49

4·10在对称循环疲劳载荷作用下应力集中的影响53

4·11在非对称循环疲劳载荷作用下应力集中的影响56

4·12在随机变化载荷作用下的疲劳寿命预测58

4·13表面处理对零件疲劳强度的影响59

4·14机械表面处理（喷丸处理等）60

4·15热表面硬化处理及化学表面硬化处理（高频淬火及渗碳等）61

第五章 表面损伤62

5·1引言62

5·2腐蚀基本原理62

5·3腐蚀——电极和电解质的不均匀性65

5·4防腐蚀设计66

5·5受静应力作用的金属零件的腐蚀68

5·6受交变应力作用的零件腐蚀69

5·7气蚀损伤70

5·8磨损类型70

5·9粘性磨损71

5·10研磨性磨损73

5·11微振磨损73

5·12磨损的分析方法74

5·13曲面接触应力75

5·14表面疲劳破坏79

5·15结束语81

第二篇 设计实践83

第六章 螺纹紧固件和传动螺旋83

6·1引言83

6·2螺纹形式、术语和标准83

6·3传动螺旋84

6·4螺旋静应力90

6·5螺纹紧固件的型式94

6·6紧固件的材料和制造方法95

6·7螺旋拧紧与初拉力96

6·8螺纹松动与防松99

6·9在使连接分离的外载荷作用下的螺栓拉力101

6·10受静载荷作用下螺栓（螺钉）的选择104

6·11疲劳载荷作用下螺栓（螺钉）的选择——基本原理105

6·12疲劳载荷作用下螺栓的选择——用专门试验数据的方法108

6·13提高螺栓连接疲劳强度的措施109

7·1引言111

7·2铆接111

第七章 铆接、焊接和粘接111

7·3焊接法114

7·4承受静轴向和垂直方向剪切载荷的焊接115

7·5承受静扭转和弯曲载荷作用的焊接118

7·6受疲劳载荷的焊缝118

7·7钎焊和软焊120

7·8胶合剂121

第八章 弹簧124

8·1引言124

8·2扭杆弹簧124

8·3圆柱形螺旋弹簧的应力和变形方程式125

8·4圆柱螺旋压缩弹簧——静载荷下的应力和强度分析130

8·5螺旋压缩弹簧的端部结构型式132

8·6螺旋压缩弹簧的纵向弯曲分析133

8·7静载荷作用下螺旋压缩弹簧的设计方法133

8·8疲劳载荷作用下螺旋压缩弹簧的设计方法134

8·9螺旋拉伸弹簧138

8·10板弹簧（包括片弹簧）139

8·11扭转弹簧141

8·12其它形式的弹簧142

9·1润滑剂种类146

9·2滑动轴承型式146

第九章 润滑和滑动轴承146

9·3润滑型式147

9·4流体动力润滑的基本概念148

9·5粘度150

9·6温度和压力对粘度的影响152

9·7轴承摩擦的Petroff（彼得洛夫）公式153

9·8流体动力润滑理论154

9·9流体动力轴承设计图表156

9·10供油方式161

9·11热扩散及油膜温度平衡162

9·12轴承材料164

9·13流体动力轴承设计165

9·14边界和混合膜润滑166

9·15推力轴承167

9·16弹性流体动力润滑169

第十章 滚动轴承171

10·1旋转轴两种支承方式的比较171

10·2滚动轴承的历史173

10·3滚动轴承的类型173

10·4滚动轴承的设计180

10·5滚动轴承的装配182

10·6滚动轴承的“样本信息”182

10·7轴承的选择182

10·8承受适当推力载荷时轴承的安装186

第十一章 正齿轮188

11·1引言和历史188

11·2轮齿形状和名称188

11·3干涉和重合度194

11·4齿轮受力分析196

11·5齿轮轮齿的强度197

11·6轮齿弯曲应力的基本分析（路易斯方程式）197

11·7轮齿弯曲强度的精确分析——基本概念199

11·8轮齿弯曲强度的精确分析——推荐的方法201

11·9轮齿表面的耐久性——基本概念203

11·10轮齿表面疲劳分析——推荐的方法206

11·11正齿轮的设计程序208

11·12齿轮材料209

11·13轮系209

第十二章 斜齿轮、圆锥齿轮和蜗杆传动214

12·1引言214

12·2斜齿轮的各部名称及几何尺寸216

12·3斜齿轮受力分析217

12·4斜齿轮轮齿弯曲及表面疲劳强度219

12·5螺旋齿轮220

12·6圆锥齿轮的各部名称及几何尺寸221

12·7圆锥齿轮受力分析222

12·8圆锥齿轮轮齿弯曲和表面疲劳强度223

12·9圆锥齿轮系、差动轮系225

12·10蜗杆传动各部名称及几何尺寸226

12·11蜗杆传动受力分析及效率228

12·12蜗杆传动的弯曲和表面疲劳强度231

12·13蜗杆传动发热计算232

第十三章 轴及轴上附件234

13·1引言234

13·2轴的支承234

13·3轴上零件234

13·4转轴动力学236

13·5轴设计总结237

13·6键、销和花键联接239

13·7联轴器和万向联轴节241

第十四章 其它传动零件244

14·1引言244

14·2平型带244

14·3三角胶带246

14·4齿形带248

14·5滚子链248

14·6齿形链250

14·7流体动力传动的历史250

14·8液力联轴器252

14·9液力变矩器255