內容簡介
《機械設計計算手冊》引用的標準規範取材於最新的國家標準和行業標準，並採用以國際單位為基礎的我國法定計量單位。編寫方式以直觀醒目的圖表形式為主，輔以必要的說明和算例，以幫助讀者使用手冊進行設計。本手冊將工程力學、機械原理與機械零件有機地結合在一起，共分三部分：第一部分為機械設計計算中常用資料、計量單位與材料，包括機械設計計算中常用資料與參數。計量單位及換算。材料與性能等；第二部分為機械設計計算中的力學知識，包括理論力學。材料力學等；第三部分為常用零部件的設計計算，內容包括機械零部件設計基礎。連線件，傳動件、軸系零部件以及其他零部件的設計計算過程。
目錄
第1篇 機械設計計算中常用資料、計量單位與材料
第1章 機械設計計算中常用資料與參數2
1.1 金屬材料熔點、熱導率及比熱容2
1.2 材料線脹係數2
1.3 常用材料的密度3
1.4 常用材料的彈性模量、切變模量及泊松比4
1.5 機械傳動和摩擦副的效率概略值4
1.6 各種傳動的傳動比推薦範圍（參考值）6
1.7 常用材料的摩擦因數7
1.8 常用材料的滾動阻力臂7
第2章 機械設計計算中常用計量單位及換算8
2.1 常用法定計量單位及換算關係8
2.2 公制重量單位表9
2.3 常用英美制重量單位表10
2.4 常用重量單位換算表10
2.5 壓力單位換算表10
2.6 常用長度單位換算表11
2.7 英寸與毫米對照表11
2.8 常用容量單位換算表11
第3章 機械設計計算中常用材料與性能12
3.1 鋼的常用熱處理方法及套用12
3.2 灰鑄鐵（GB/T9439-1988）13
3.3 球墨鑄鐵（GB/T1348-1988摘錄）14
3.4 一般工程用鑄造碳鋼（GB/T11352-1989摘錄）15
3.5 普通碳素結構鋼（GB/T700-2006摘錄）16
3.6 優質碳素結構鋼（GB/T699-1999摘錄）17
3.7 合金結構鋼（GB/T3077-1999摘錄）20
3.8 鑄造銅合金、鑄造鋁合金和鑄造軸承合金24
3.9 常用工程塑膠的物理性能27
3.1 0碳素結構鋼（GB/T700-1988）29
3.1 1彈簧鋼（GB/T1222-2007）30
3.1 2合金結構鋼（GB/T3077-1999）、不鏽鋼棒（GB/T1220-2007）31
3.1 3冷軋鋼板和鋼帶（GB/T708-1988）37
3.1 4熱軋鋼板（GB/T709-2006）37
3.1 5熱軋圓鋼和方鋼尺寸（GB/T702-2004）37
3.1 6熱軋等邊角鋼（GB/T9787-1988）38
3.1 7熱軋槽鋼（GB/T707-1988）40
3.1 8熱軋工字鋼（GB/T706-1988）41
第2篇 機械設計計算中的力學知識
第4章 理論力學43
4.1 力的基本概念和物體受力分析43
4.1.1 力的基本概念和物體受力分析43
4.1.2 約束和約束力44
4.1.3 物體的受力分析和受力圖47
4.2 平面匯交力系與平面力偶系48
4.2.1 平面匯交力系合成與平衡的幾何法48
4.2.2 平面匯交力系合成與平衡的解析法51
4.2.3 平面力對點之矩的概念及計算52
4.2.4 平面力偶53
4.3 平面任意力系55
4.3.1 平面任意力系向作用面內一點簡化55
4.3.2 平面任意力系的平衡條件和平衡方程58
4.4 空間力系60
4.4.1 空間匯交力系60
4.4.2 力對點的矩和力對軸的矩61
4.5 點的運動學64
4.5.1 矢量法64
4.5.2 直角坐標法66
4.5.3 自然法67
4.6 剛體的簡單運動71
4.6.1 剛體的平行移動71
4.6.2 剛體繞定軸的轉動72
4.6.3 轉動剛體內各點的速度和加速度73
4.6.4 以矢量表示角速度和角加速度76
4.7 點的合成運動78
4.7.1 相對運動、牽連運動、絕對運動78
4.7.2 點的速度合成定理80
4.7.3 點的加速度合成定理81
4.8 剛體的平面運動84
4.8.1 剛體平面運動的分解84
4.8.2 求平面圖形內各點速度的基點法86
4.8.3 求平面圖形內各點速度的瞬心法88
4.8.4 用基點法求平面圖形內各點的加速度90
4.9 質點動力學基本方程93
4.9.1 牛頓運動三定律93
4.9.2 質點的運動微分方程94
4.10 動量定理95
4.10.1 動量95
4.10.2 衝量96
4.10.3 動量定理96
4.10.4 質點系動量守恆定律97
4.10.5 質點系的質心97
4.10.6 質心運動定理98
4.10.7 質心運動守恆定律98
4.10.8 解題的步驟99
4.11 動量矩定理101
4.11.1 動量矩101
4.11.2 動量矩定理102
4.11.3 剛體繞定軸的轉動微分方程102
4.11.4 轉動慣量103
4.11.5 剛體的平面運動微分方程103
4.12 動能定理107
4.12.1 動能107
4.12.2 勢能108
4.12.3 功108
4.12.4 動能定理109
4.12.5 功率109
4.12.6 功率方程109
4.12.7 機械效率110
4.12.8 機械能守恆定律110
4.13 達朗貝爾原理111
4.13.1 慣性力的概念111
4.13.2 質點的達朗貝爾原理112
4.13.3 質點系的達朗貝爾原理112
4.13.4 慣性力系的主矢和主矩113
第5章 材料力學116
5.1 材料力學的基礎知識116
5.1.1 材料力學的任務116
5.1.2 材料力學的基本假設116
5.1.3 外力、內力、截面法和應力的概念117
5.1.4 位移、變形及應變的概念119
5.2 軸向拉伸和壓縮121
5.2.1 軸力和軸力圖121
5.2.2 截面上的應力123
5.2.3 材料拉伸時的力學性質123
5.2.4 材料壓縮時的力學性能126
5.2.5 強度條件127
5.2.6 胡克定律和泊松比127
5.2.7 拉壓超靜定問題129
5.2.8 應力集中131
5.3 剪下和擠壓132
5.3.1 連線件的強度計算132
5.3.2 純剪下、切應力互等定理、剪下胡克定律134
5.4 扭轉135
5.4.1 外力偶矩、扭矩和扭矩圖135
5.4.2 圓軸扭轉時截面上的應力計算137
5.4.3 圓軸扭轉時的變形計算139
5.4.4 圓軸扭轉時的強度條件、剛度條件139
5.4.5 矩形截面桿自由扭轉理論的主要結論141
5.5 彎曲強度142
5.5.1 梁的載荷與支座142
5.5.2 剪力和彎矩143
5.5.3 純彎曲時梁的正應力145
5.5.4 正應力公式的推廣及強度條件146
5.5.5 矩形截面梁的切應力149
5.5.6 變截面梁等強度梁組合梁的計算150
5.5.7 簡單截面的慣性矩和慣性半徑151
5.6 彎曲變形155
5.6.1 撓曲線的近似微分方程155
5.6.2 用積分法求梁的變形156
5.6.3 用疊加法求梁的變形158
5.6.4 梁的剛度條件158
5.7 應力狀態與強度理論158
5.7.1 應力狀態的概念158
5.7.2 廣義胡克定律159
5.7.3 強度理論160
5.7.4 強度理論的套用161
5.8 組合變形桿的強度163
5.8.1 彎曲與拉伸的組合、截面核心163
5.8.2 彎曲與扭轉的組合167
5.8.3 非對稱純彎曲169
5.9 壓桿穩定169
5.9.1 基本概念169
5.9.2 細長桿的臨界力170
5.9.3 壓桿的臨界應力172
5.9.4 壓桿的穩定計算174
5.9.5 提高壓桿穩定性的措施175
第3篇 常用零部件的設計計算
第6章 機械零部件設計基礎知識178
6.1 機械設計總論178
6.1.1 零件常見的失效形式178
6.1.2 對機器的主要要求178
6.1.3 機械零件設計時的基本要求179
6.1.4 設計準則179
6.1.5 設計方法179
6.1.6 設計步驟181
6.1.7 材料選擇183
6.1.8 機械零部件設計中的標準化184
6.2 機械零件的強度計算184
6.2.1 應力的種類184
6.2.2 靜應力時機械零件的強度計算184
6.2.3 材料的疲勞特性187
6.2.4 機械零件的疲勞強度計算189
6.2.5 機械零件的接觸強度202
6.3 摩擦、磨損及潤滑概述203
6.3.1 摩擦203
6.3.2 磨損204
6.3.3 潤滑劑、添加劑和潤滑方法204
本章附錄機械零件疲勞強度計算的幾個係數204
(1)零件結構的理論應力集中係數ασ（ατ）204
(2)疲勞強度降低係數或有效應力集中係數kσ（kτ）205
(3)絕對尺寸及截面形狀影響係數(簡稱尺寸及截面形狀係數)εσ（ετ）205
附表6.1 軸上環槽處的理論應力集中係數206
附表6.2 軸肩圓角處的理論應力集中係數207
附圖6.1 鋼材的敏性係數q208
附圖6.2 鋼材的尺寸及截面形狀係數208
附圖6.3 圓截面鋼材的扭轉剪下尺寸係數ετ208
附表6.3 軸上橫向孔處的理論應力集中係數209
附表6.4 軸上鍵槽處的有效應力集中係數209
附表6.5 外花鍵的有效應力集中係數209
附表6.6 公稱直徑12mm的普通螺紋的拉壓有效應力集中係數209
附表6.7 螺紋連線件的尺寸係數εσ209
附表6.8 零件與軸過盈配合處的kσ/εσ值210
(4)表面質量係數βσ（βτ）210
(5)強化係數βq210
附圖6.4 鋼材的表面質量係數βσ210
附表6.9 表面高頻淬火的強化係數βq211
附表6.1 0化學熱處理的強化係數βq211
附表6.1 1表面硬化加工的強化係數βq211
第7章 連線零件設計計算212
7.1 螺紋連線212
7.1.1 螺紋類型與主要參數212
7.1.2 螺紋副的受力關係、效率和自鎖214
7.1.3 螺紋連線的類型和標準連線件215
7.1.4 螺紋連線的預緊與防松216
7.1.5 螺栓組連線的設計計算217
7.1.6 螺紋連線的強度計算219
7.1.7 螺紋連線件的材料及許用應力223
7.2 鍵、花鍵連線228
7.2.1 鍵連線228
7.2.2 花鍵連線233
7.3 過盈連線236
7.3.1 過盈連線的特點及套用236
7.3.2 過盈連線的工作原理及裝配方法236
7.3.3 過盈連線的設計計算236
本章附錄244
附表7.1 普通螺紋基本尺寸（GB/T196-2003摘錄）244
附表7.2 梯形螺紋最大實體牙型尺寸（GB/T5796-2005摘錄）246
附表7.3 梯形螺紋基本尺寸（GB/T5796-2005摘錄）247
附表7.4 六角頭螺栓、全螺紋-A和B級(GB/T5783-2000摘錄)248
附表7.5 六角頭鉸制孔用螺栓A和B級（GB/T27-1988摘錄）250
附表7.6 雙頭螺柱bm=d（GB/T897-1988摘錄）、
bm=1.2 5d（GB/T898-1988摘錄）、
bm=1.5 d（GB/T899-1988摘錄）251
附表7.7 1型六角螺母-A和B級（GB/T6170-2000摘錄）、六角薄螺母-A和B級-倒角
（GB/T6172-2000摘錄）253
附表7.8 小墊圈、平墊圈254
附表7.9 標準型彈簧墊圈（GB/T93-1987摘錄）、輕型彈簧墊圈（GB/T859-1987摘錄）255
附表7.1 0普通平鍵的型式和尺寸（GB/T1096-2003摘錄）256
附表7.1 1圓柱銷（GB/T119-2000摘錄）、圓錐銷（GB/T117-2003摘錄）258
第8章 傳動零件設計計算259
8.1 傳動形式的選擇259
8.2 帶傳動設計計算260
8.2.1 分類261
8.2.2 帶傳動的設計計算原理261
8.2.3 普通V帶傳動設計計算264
8.2.4 窄V帶傳動設計計算273
8.2.5 V帶輪設計279
8.2.6 同步帶傳動283
8.2.7 帶傳動的張緊293
8.3 鏈傳動設計計算296
8.3.1 鏈傳動的受力分析296
8.3.2 滾子鏈和鏈輪297
8.3.3 滾子鏈的傳動設計302
8.3.4 鏈傳動的布置、張緊和潤滑306
8.4 齒輪傳動設計計算310
8.4.1 齒輪傳動的特點、類型與設計要求310
8.4.2 齒輪傳動的失效形式與設計步驟311
8.4.3 漸開線齒輪參數、基本齒廓與模數系列313
8.4.4 齒輪傳動的幾何尺寸計算316
8.4.5 漸開線圓柱齒輪傳動的設計計算323
8.4.6 漸開線直齒圓錐齒輪傳動的設計計算326
8.4.7 齒輪傳動設計計算的有關數據及係數的確定329
8.4.8 齒輪材料與許用應力336
8.4.9 齒輪的結構設計338
8.5 蝸桿傳動設計計算354
8.5.1 蝸桿傳動的主要類型、特點和套用356
8.5.2 普通圓柱蝸桿傳動的基本參數356
8.5.3 普通圓柱蝸桿傳動的幾何計算357
8.5.4 普通圓柱蝸桿傳動承載能力計算363
8.5.5 普通圓柱蝸桿傳動設計計算過程370
8.6 螺旋傳動設計計算373
8.6.1 螺旋傳動的類型和套用373
8.6.2 螺旋傳動的結構375
8.6.3 螺旋傳動的設計計算376
第9章 軸系零部件設計計算385
9.1 滑動軸承385
9.1.1 滑動軸承的套用場合與設計步驟385
9.1.2 滑動軸承的類型與結構386
9.1.3 滑動軸承的失效形式及常用材料389
9.1.4 軸瓦結構389
9.1.5 不完全液體潤滑滑動軸承設計計算392
9.1.6 液體動壓潤滑徑向滑動軸承設計計算395
9.2 滾動軸承405
9.2.1 滾動軸承的類型及選用405
9.2.2 滾動軸承壽命計算、靜載荷分析和尺寸的選擇408
9.2.3 軸承裝置的設計414
9.3 聯軸器和離合器421
9.3.1 聯軸器的種類和特性421
9.3.2 聯軸器的選擇422
9.3.3 離合器425
9.4 軸426
9.4.1 類型與材料426
9.4.2 軸的結構設計427
9.4.3 軸的計算430
9.4.4 軸的設計計算步驟436
本章附錄444
附表9.1 深溝球軸承(GB/T276-1994摘錄)444
附表9.2 圓柱滾子軸承(GB/T283-2007摘錄)447
附表9.3 角接觸球軸承(GB/T292-2007摘錄)451
附表9.4 圓錐滾子軸承（GB/T297-1994摘錄）456
附表9.5 推力球軸承（GB/T301-1995摘錄）461
附表9.6 凸緣聯軸器（GB/T5843-2003摘錄）465
附表9.7 GICL型鼓形齒式聯軸器（ZBJ19013-1989摘錄）467
附表9.8 滾子鏈聯軸器（GB/T6069-2002摘錄）469
附表9.9 彈性套柱銷聯軸器（GB/T4323-2002摘錄）471
附表9.10 彈性柱銷聯軸器（GB/T5014-2003摘錄）473
附表9.11 梅花形彈性聯軸器（GB/T5272-2002摘錄）475
附表9.12 尼龍滑塊聯軸器（JB/ZQ4384-1986摘錄）477
附表9.13 標準尺寸（直徑、長度、高度等）（GB/T2822-1997摘錄）479
第10章 其他零部件設計480
10.1 彈簧480
10.1.1 彈簧的類型480
10.1.2 彈簧的設計計算481
10.2 機架和機座493
10.2.1 機架493
10.2.2 機座498
10.3 箱體500
10.4 減速器和變速器505
10.4.1 減速器505
10.4.2 變速器508
參考文獻512
前言
《機械設計計算手冊》是依據工科院校在校本專科生學習機械原理、機械設計課程，以及進行課程設計和畢業設計的需要而編寫的，也可以供機械工程從業人員進行機械設計時參考。
本書將工程力學、機械原理與機械零件有機地結合在一起，共分三部分：第一部分為機械設計計算中常用資料、計量單位與材料。包括機械設計計算中常用資料與參數，機械設計計算中常用計量單位及換算，機械設計計算中常用材料與性能等內容。第二部分為機械設計計算中的力學知識，包括理論力學、材料力學等內容。第三部分為常用零部件的設計計算，內容包括機械零部件設計基礎，連線件、傳動件、軸系零部件以及其他零部件的設計計算過程。
