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《機械結構設計:技巧與禁忌》可為從事機械設計的工程技術人員提供幫助,也可供高等院校相關專業師生學習參考。
內容簡介
《機械結構設計:技巧與禁忌》從技巧與禁忌兩個方麵分析瞭各種常用機械結構在設計過程中需要注意的問題以及容剔巳的錯誤。主要內容包括:螺鏇副、轉動副、移動副、杆類構件、盤類構件、軸類構件、鍵、花鍵、銷及其他連接、機架、減速器、聯軸器與離閤器、彈簧和密封等。《機械結構設計:技巧與禁忌》吸取瞭大量工程實踐的精華,列舉瞭豐富的結構實例,通過對這些實例進行正誤對比、較好較差對比等解析,為讀者闡述瞭機械結構設計的基本方法和一般技巧。《機械結構設計:技巧與禁忌》盡量選用具有普遍性和通用性的結構,實用性強,便於讀者在實際工作過程中參考。
目錄
緒論
0.1 機械結構設計的概念與步驟
0.1.1 機械結構設計的概念
0.1.2 機械結構設計的步驟
0.2 機械結構設計的基本要求
0.2.1 功能要求
0.2.2 使用要求
0.2.3 結構工藝性要求
0.2.4 人機學要求
0.3 機械結構設計的發展方嚮
第1章 螺鏇副的結構設計技巧與禁忌
1.1 螺紋連接結構設計技巧與禁忌
1.1.1 螺紋的形成及類型選擇技巧與禁忌
1.1.2 螺紋連接主要類型設計技巧與禁忌
1.1.3 螺紋連接防鬆結構設計技巧與禁忌
1.1.4 螺栓組連接的結構設計技巧與禁忌
1.2 螺鏇傳動結構設計技巧與禁忌
1.2.1 螺鏇傳動的分類與基本形式
1.2.2 傳力螺鏇傳動結構設計技巧與禁忌
1.2.3 傳導螺鏇傳動結構設計技巧與禁忌
1.2.4 調整螺鏇傳動結構設計技巧與禁忌
第2章 轉動副的結構設計技巧與禁忌
2.1滑動軸承結構設計技巧與禁忌
2.1.1滑動軸承的主要結構形式
2.1.2 滑動軸承支撐結構應受力閤理
2.1.3 滑動軸承的固定
2.1.4 滑動軸承的安裝與拆卸
2.1.5 滑動軸承的調整
2.1.6 滑動軸承的供油
2.1.7 防止階梯磨損
2.2 滾動軸承結構設計技巧與禁忌
2.2.1 滾動軸承的主要結構類型及選用原則
2.2.2 滾動軸承類型的選擇
2.2.3 滾動軸承軸係支承固定形式
2.2.4 滾動軸承的配置
2.2.5 滾動軸承遊隙及軸上零件位置的調整
2.2.6 滾動軸承的配閤
2.2.7 滾動軸承的裝拆
2.2.8 滾動軸承的潤滑與密封
第3章 移動副的結構設計技巧與禁忌
3.1 滑動摩擦導軌結構設計技巧與禁忌
3.1.1 滑動摩擦導軌的類型及結構
3.1.2 滑動摩擦導軌的結構設計技巧與禁忌
3.2 滾動摩擦導軌結構設計技巧與禁忌
3.2.1 滾動摩擦導軌的類型及結構
3.2.2 滾動摩擦導軌的結構設計技巧與禁忌
第4章 杆類構件的結構設計技巧與禁忌
4.1 連杆結構設計技巧與禁忌
4.1.1 連杆的結構
4.1.2 連杆的結構設計技巧與禁忌
4.2 推拉杆結構設計技巧與禁忌
4.2.1 推拉杆的結構
4.2.2 推拉杆的結構設計技巧與禁忌
4.3 擺杆結構設計技巧與禁忌
4.3.1 擺杆的結構
4.3.2 擺杆的結構設計技巧與禁忌
第5章 盤類構件的結構設計技巧與禁忌
5.1 齒輪結構設計技巧與禁忌
5.1.1 齒輪類型與傳動形式選擇技巧與禁忌
5.1.2 齒輪的結構設計技巧與禁忌
5.2 蝸輪結構設計技巧與禁忌
5.2.1 蝸輪的結構形式
5.2.2 蝸輪的結構設計技巧與禁忌
5.3 帶輪結構設計技巧與禁忌
5.3.1 帶輪的類型與結構
5.3.2 帶輪的結構設計技巧與禁忌
5.4 鏈輪結構設計技巧與禁忌
5.4.1 鏈輪的結構形式
5.4.2 鏈輪的結構設計技巧與禁忌
5.5 盤形凸輪結構設計技巧與禁忌
5.5.1 凸輪的分類
5.5.2 盤形凸輪的結構設計技巧與禁忌
5.6 棘輪結構設計技巧與禁忌
5.6.1 棘輪的結構形式
5.6.2 棘輪的結構設計技巧與禁忌
5.7 槽輪結構設計技巧與禁忌
5.7.1 槽輪的結構形式
5.7.2 槽輪的結構設計技巧與禁忌
5.8 不完全齒輪結構設計技巧與禁忌
5.8.1 不完全齒輪的結構形式
5.8.2 不完全齒輪的結構設計技巧與禁忌
第6章 軸類構件的結構設計技巧與禁忌
6.1 軸結構設計原則
6.2 軸結構設計技巧與禁忌
6.2.1 符閤力學要求的軸上零件布置
6.2.2 閤理確定軸上零件的裝配方案
6.2.3 軸上零件的定位與固定
6.2.4 軸的結構工藝性
6.2.5 提高軸的疲勞強度
6.2.6 符閤力學要求的軸結構設計
6.2.7 軸的剛度與軸上零件布置
6.2.8 軸的剛度與軸上零件結構
第7章 鍵、花鍵、銷及其它連接結構設計技巧與禁忌
7.1 鍵連接結構設計技巧與禁忌
7.1.1 鍵連接的類型與結構形式
7.1.2 鍵連接的結構設計技巧與禁忌
7.2 花鍵連接結構設計技巧與禁忌
7.2.1 花鍵連接的類型與結構形式
7.2.2 花鍵連接的結構設計技巧與禁忌
7.3 銷連接結構設計技巧與禁忌
7.3.1 銷連接的類型與結構形式
7.3.2 銷連接的結構設計技巧與禁忌
7.4 過盈連接結構設計技巧與禁忌
7.4.1 過盈連接的結構形式
7.4.2 過盈連接的結構設計技巧與禁忌
7.5 焊接結構設計技巧與禁忌
7.5.1 焊接的特點和結構形式
7.5.2 焊接的結構設計技巧與禁忌
7.6 膠接結構設計技巧與禁忌
7.6.1 膠接的特點和結構形式
7.6.2 膠接的結構設計技巧與禁忌
7.7 鉚接結構設計技巧與禁忌
7.7.1 鉚接的特點和結構形式
7.7.2 鉚接的結構設計技巧與禁忌
第8章 機架的結構設計技巧與禁忌
8.1 機架的分類和設計原則及要點
8.1.1 機架的分類
8.1.2 機架結構設計原則
8.1.3 機架結構設計要點
8.2 機架結構設計技巧與禁忌
8.2.1 鑄造機架結構設計基本原則
8.2.2 鑄造機架結構設計技巧與禁忌
8.2.3 焊接機架結構設計基本原則
8.2.4 焊接機架結構設計技巧與禁忌
第9章 減速器的結構設計技巧與禁忌
9.1 常用減速器的形式、特點及應用
9.2 常用減速器形式選擇技巧與禁忌
9.2.1 圓柱齒輪減速器形式選擇技巧與禁忌
9.2.2 圓錐�蒼倉�齒輪減速器形式選擇技巧與禁忌
9.2.3 蝸杆及蝸杆�渤萋旨跛倨饜問窖≡竇記捎虢�忌
9.2.4 減速器與電動機一體便於安裝調整
9.2.5 減速器形式選擇其它有關問題
9.3 減速器傳動比分配技巧與禁忌
9.3.1 單級減速器傳動比的選擇
9.3.2 兩級和兩級以上減速器傳動比分配
9.4 減速器結構設計技巧與禁忌
9.4.1 減速器的箱體應具有足夠的剛度
9.4.2 箱體結構要具有良好的工藝性
9.4.3 減速器潤滑的設計技巧與禁忌
9.4.4 減速器分箱麵的設計技巧與禁忌
9.4.5 窺視孔與通氣器的設計技巧與禁忌
9.4.6 起吊裝置的設計技巧與禁忌
9.4.7 放油裝置的設計技巧與禁忌
第10章 聯軸器與離閤器的結構設計技巧與禁忌
10.1 聯軸器結構設計技巧與禁忌
10.1.1 聯軸器的類型及結構形式
10.1.2 聯軸器的類型選擇技巧與禁忌
10.1.3 聯軸器的位置設計技巧與禁忌
10.1.4 聯軸器的結構設計技巧與禁忌
10.2 離閤器結構設計技巧與禁忌
10.2.1 離閤器的類型及結構形式
10.2.2離閤器的類型選擇技巧與禁忌
10.2.3 離閤器的位置設計技巧與禁忌
第11章 彈簧的結構設計技巧與禁忌
11.1 彈簧的類型和結構
11.2 彈簧結構設計技巧與禁忌
11.2.1 圓柱螺鏇彈簧結構設計技巧與禁忌
11.2.2 遊絲結構設計技巧與禁忌
11.2.3 片簧結構設計技巧與禁忌
11.2.4 環形彈簧結構設計技巧與禁忌
11.2.5 碟形彈簧結構設計技巧與禁忌
11.2.6 橡膠彈簧結構設計技巧與禁忌
第12章 密封的結構設計技巧與禁忌
12.1 密封的結構類型
12.2 氈圈密封結構設計技巧與禁忌
12.3 唇形密封圈密封結構設計技巧與禁忌
12.4 O形密封圈密封結構設計技巧與禁忌
12.5 迷宮密封結構設計技巧與禁忌
參考文獻
前言/序言
機械結構設計是機械産品設計和開發的必要支撐。隨著科學技術的飛速發展,一方麵,人們對機械結構設計有瞭越來越高的要求,對性能優異的機械結構的需求日益增長;另一方麵,在當今科技日新月異的發展形勢下,隻掌握一般的常規結構設計已不能滿足工作要求。機械結構是復雜多樣的,初學者往往缺少經驗,稍不注意就容易犯一些不易被發現的錯誤,即便是有經驗的多年從業者也可能設計齣性能不是最佳的結構,這些都將給工作造成不良後果。因此,對機械設計人員而言,掌握機械結構設計的常用技巧和常見禁忌非常必要。為瞭幫助機械從業人員更好地做好機械産品的設計和開發,我們編寫瞭此書。
本書介紹瞭常用機械的一般結構,從技巧與禁忌兩方麵分析瞭各種常用機械結構在設計過程中需要注意的問題,以及容易犯的錯誤。本書吸取瞭大量工程實踐的精華,列舉瞭大量結構實例,以機械結構改善前後的對比圖例、正確和錯誤的對比圖例、較好和較差的對比圖例等,使讀者獲得更多啓示,幫助讀者在短時間內快速掌握機械結構設計的基本方法和一般技巧,避免設計齣不良結構和禁忌結構,從而提高設計質量,減少錯誤的發生。本書內容包括螺鏇副(主要是螺紋連接和螺鏇傳動)、轉動副(主要是滑動軸承和滾動軸承)、移動副(主要是導軌)、杆類構件(包括連杆、推拉杆和擺杆)、盤類構件(包括齒輪、蝸輪、帶輪、鏈輪、盤形凸輪、棘輪、槽輪和不完全齒輪)、軸類構件(主要是直軸)、鍵、花鍵、銷及其它連接(包括過盈連接、焊接、膠接和鉚接)、機架、減速器、聯軸器與離閤器、彈簧和密封等常用機械結構,盡量選用具有普遍性和通用性的結構,使讀者能夠在自身工作中進行參考和類比。
本書是作者總結多年教學經驗和科研成果,並在廣泛收集資料的基礎上編寫的,適閤廣大機械工程技術人員和機械專業高等院校師生閱讀。
本書由潘承怡、嚮敬忠共同編寫完成,由潘承怡負責統稿。
由於作者水平所限,書中難免有不足之處,敬請讀者批評指正。
鑄就永恒:結構設計的藝術與科學 一部深入探究材料、力學與美學的工程學著作 內容概述: 本書並非專注於特定的機械設計手冊或標準規範的解讀,而是將視角拔高,聚焦於“結構設計”這一核心工程思維的建立與深化。我們探討的不是“如何畫圖”的技巧,而是“為何如此設計”的哲學。通過對曆史上經典結構的剖析與當代前沿設計的案例研究,本書旨在培養讀者對結構行為的直觀理解、對潛在失效模式的預見能力,以及在多重約束條件下實現創新性、可靠性與經濟性完美平衡的綜閤素養。 全書結構分為五個核心部分,層層遞進,構建起一個完整的結構設計認知體係: --- 第一部分:結構認知的基石——從本構關係到宏觀錶現 本部分著重於打牢理論基礎,但側重於如何將抽象的理論轉化為工程師的直覺。 1. 材料的“性格”與行為預測: 我們超越瞭簡單的屈服強度和彈性模量。深入探討瞭材料在不同尺度、不同加載速率下的真實錶現。例如,如何理解疲勞的微觀起源,以及蠕變對長期承載結構壽命的決定性影響。重點分析瞭復閤材料、增材製造(3D打印)材料在結構應用中的非傳統力學行為,以及如何在新材料特性不完全清晰的情況下,建立保守而有效的安全判據。 2. 幾何對力流的塑形: 結構設計本質上是對力流的引導與控製。本章詳細分析瞭界麵、連接點、孔洞、截麵突變等幾何特徵如何成為應力集中點,以及如何通過巧妙的圓角、漸變過渡和拓撲優化來“撫平”應力波。探討瞭殼體、梁、柱、拱等基本構件在實際復雜受力下的真實受力狀態,而非教科書中的理想化模型。 3. 穩定性:無形中的巨大威脅: 穩定性分析是結構安全的隱形門檻。本書細緻區分瞭屈麯(Buckling)與失穩(Collapse)的機製差異。特彆關注瞭薄壁結構、細長杆件以及復雜約束邊界條件下的臨界載荷計算與估算方法。探討瞭如何通過預應力、增加側嚮支撐或改變截麵慣性矩的分布,從根本上抵抗失穩的風險。 --- 第二部分:設計的約束與權衡——效率、可靠性與生命周期 本部分將理論實踐化,探討設計決策背後的綜閤考量。 4. 結構效率的量化: 結構設計的目標不僅是“不壞”,更是“以最少的材料做最多的功”。本章引入瞭應力重量比、剛度重量比等指標,並展示瞭如何利用拓撲優化(Topological Optimization)的原理來指導直覺設計,而非僅僅依賴軟件的計算結果。討論瞭在滿足剛度要求優先於強度要求時,設計策略如何徹底轉變。 5. 載荷譜的構建與極端事件分析: 真實世界的載荷是動態、隨機且不可預測的。本書強調瞭如何從工程經驗和運行數據中提取齣最具代錶性的載荷工況譜。深入討論瞭罕見事件(如地震、超載、熱衝擊)的概率評估,以及在冗餘設計、失效保護(Fail-Safe)和損傷容限(Damage Tolerance)設計哲學之間的取捨。 6. 製造工藝對最終性能的鎖定: 結構設計必須在藍圖階段就考慮製造的可行性與經濟性。本章對比瞭傳統切削、鑄造、焊接與現代增材製造(AM)對材料微觀結構和殘餘應力的影響。強調瞭“設計公差”的實際意義——一個在圖紙上完美的結構,在實際製造公差下可能變得脆弱不堪。 --- 第三部分:動態世界中的結構響應 本部分聚焦於時間變量對結構性能的影響,這是靜態分析無法觸及的領域。 7. 振動與模態分析的工程應用: 不僅僅是計算固有頻率,更關鍵的是如何理解固有頻率與工作頻率的耦閤關係。詳細分析瞭共振的破壞機製,並提供瞭在設計早期階段避免或抑製有害振動的係統性方法,例如通過改變質量分布、增加阻尼元件或采用非對稱約束。 8. 衝擊與高頻載荷的能量管理: 在碰撞、爆炸或快速啓停等工況下,材料錶現齣慣性效應。本章探討瞭如何利用材料的吸能特性(如吸能格架、潰縮區設計)和結構的延展性來吸收和耗散衝擊能量,保護核心部件。 9. 疲勞——纍計損傷的陰影: 疲勞是機械結構最常見的失效模式。本書深入探討瞭應力循環次數、平均應力效應(如Goodman、Soderberg圖解的現代應用)以及裂紋萌生與擴展的機製。核心在於教會讀者如何設定閤理的壽命目標,並設計齣能夠有效避免高應力集中和應力循環的幾何形狀。 --- 第四部分:結構可靠性的高級範式 超越傳統的安全係數(Factor of Safety),邁嚮基於概率的可靠性評估。 10. 概率與不確定性量化: 認識到輸入參數(材料強度、載荷大小)本身就是隨機變量。引入可靠性指標(Reliability Index)和性能函數,指導工程師在確定性設計與概率性評估之間找到平衡點,尤其適用於高價值、長壽命或高風險係統(如航空航天、核電)。 11. 結構健康監測(SHM)的接口設計: 現代結構設計越來越需要集成感知能力。本章探討瞭如何預留傳感器安裝位置、布綫路徑,以及如何設計結構本身以便於無損檢測(NDT),使結構在服役過程中能自我報告其損傷狀態。 --- 第五部分:跨界思維與結構美學 12. 結構形態的演化與仿生學: 結構設計的高級境界是找到自然界早已驗證的、高度優化的形式。通過對骨骼、樹木、蜂巢等自然結構的分析,揭示其背後的力學原理,並將其應用於人造結構設計中,實現輕量化和高剛度的統一。 13. 結構形式與功能的融閤: 結構不僅僅是承載體,它也定義瞭産品的外觀和使用體驗。探討如何將結構本身轉化為美學元素,使功能性的需求(如散熱、維護通道、強度分布)自然地凝結成具有辨識度的設計語言。 本書旨在引導讀者從“工程師的工具箱”中走齣來,掌握“結構大師”的思維模式,無論麵對何種工程挑戰,都能構建齣既堅固可靠、又富有創新性的結構解決方案。