现代机械设计手册.第2卷（第二版）

Name: 现代机械设计手册.第2卷（第二版）
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《现代机械设计手册》第二版是顺应“中国制造2025”智能装备设计新要求的、技术先进、数据可靠的一套现代化的机械设计大型工具书，涵盖现代机械零部件设计、智能装备及控制设计、现代机械设计方法三部分内容。具有以下六大特色。

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内容简介

《现代机械设计手册》第二版是顺应“中国制造2025”智能装备设计新要求、技术先进、数据可靠的一部现代化的机械设计大型工具书，涵盖现代机械零部件及传动设计、智能装备及控制设计、现代机械设计方法三部分内容。第二版重点加强机械智能化产品设计（3D打印、智能零部件、节能元器件）、智能装备（机器人及智能化装备）控制及系统设计、现代设计方法及应用等内容。

《现代机械设计手册》共6卷，其中第1卷包括机械设计基础资料，零件结构设计，机械制图和几何精度设计，机械工程材料，连接件与紧固件；第2卷包括轴和联轴器，滚动轴承，滑动轴承，机架、箱体及导轨，弹簧，机构，机械零部件设计禁忌，带传动、链传动；第3卷包括齿轮传动，减速器、变速器，离合器、制动器，润滑，密封；第4卷包括液力传动，液压传动与控制，气压传动与控制；第5卷包括智能装备系统设计，工业机器人系统设计，传感器，控制元器件和控制单元，电动机；第6卷包括机械振动与噪声，疲劳强度设计，可靠性设计，优化设计，逆向设计，数字化设计，人机工程与产品造型设计，创新设计，绿色设计。

目　　录

第6篇轴和联轴器

第1章轴

1.1轴的分类、材料和设计方法6-3

1.1.1轴的分类6-3

1.1.2轴的常用材料6-3

1.1.3轴的设计方法概述6-5

1.2轴的结构设计6-5

第6篇 轴和联轴器 
 
第1章轴 
 
1.1轴的分类、材料和设计方法6-3 
 
1.1.1轴的分类6-3 
 
1.1.2轴的常用材料6-3 
 
1.1.3轴的设计方法概述6-5 
 
1.2轴的结构设计6-5 
 
1.2.1零件在轴上的定位与固定6-6 
 
1.2.2轴的结构与工艺性6-8 
 
1.2.3轴伸的结构尺寸6-8 
 
1.2.4提高轴疲劳强度的结构措施6-13 
 
1.2.5轴的结构示例6-14 
 
1.3轴的强度校核计算6-15 
 
1.3.1仅受扭转的强度校核计算6-15 
 
1.3.2受弯扭联合作用的强度校核计算6-16 
 
1.3.3考虑应力集中的强度校核计算6-17 
 
1.4轴的刚度校核计算6-21 
 
1.4.1轴的扭转刚度校核计算6-21 
 
1.4.2轴的弯曲刚度校核计算6-21 
 
1.5轴的临界转速校核计算6-22 
 
1.5.1不带圆盘均质轴的临界转速6-23 
 
1.5.2带圆盘的轴的临界转速6-23 
 
1.6设计计算举例及轴的工作图6-24 
 
1.7轴的可靠度计算6-27 
 
1.7.1轴可靠度计算的基本方法6-27 
 
1.7.2轴可靠度计算举例6-28 
 
1.8轴的计算机辅助设计与分析6-28 
 
1.8.1轴的计算机辅助设计6-28 
 
1.8.2轴的强度校核的有限元计算6-29 
 
1.8.3轴的刚度校核的有限元计算6-32 
 
1.8.4轴临界转速的有限元计算6-32 
 
 
 
第2章软轴 
 
2.1软轴的结构组成和规格6-34 
 
2.1.1软轴6-34 
 
2.1.2软管6-36 
 
2.1.3软轴接头6-36 
 
2.1.4软管接头6-37 
 
2.2常用软轴的典型结构6-37 
 
2.3防逆转装置6-38 
 
2.4软轴的选择与使用6-39 
 
2.4.1软轴的选择6-39 
 
2.4.2软轴使用时的注意事项6-40 
 
 
 
第3章联轴器 
 
3.1联轴器的分类、特点及应用6-41 
 
3.2联轴器的选用(JB/T 7511—1994)6-41 
 
3.2.1联轴器的转矩6-41 
 
3.2.2挠性或弹性联轴器计算6-43 
 
3.2.3选用联轴器有关的系数6-44 
 
3.2.4联轴器选用示例6-46 
 
3.3联轴器的性能、参数及尺寸6-47 
 
3.3.1联轴器轴孔和连接型式与尺寸(GB/T 3852—2017)6-48 
 
3.3.2凸缘联轴器(GB/T 5843—2003)6-53 
 
3.3.3弹性柱销联轴器(GB/T 5014—2017)6-56 
 
3.3.4弹性套柱销联轴器(GB/T 4323—2017)6-63 
 
3.3.5弹性柱销齿式联轴器(GB/T 5015—2017)6-66 
 
3.3.6弹性块联轴器(JB/T 9148—1999)6-78 
 
3.3.7弹性环联轴器(GB/T 2496—2008)6-82 
 
3.3.8梅花形弹性联轴器(GB/T 5272—2017)6-85 
 
3.3.9膜片联轴器(JB/T 9147—1999)6-93 
 
3.3.10蛇形弹簧联轴器(JB/T 8869—2000)6-103 
 
3.3.11弹性阻尼簧片联轴器(GB/T 12922—2008)6-120 
 
3.3.12鼓形齿式联轴器6-134 
 
3.3.13滚子链联轴器(GB/T 6069—2017)6-148 
 
3.3.14十字轴式万向联轴器6-149 
 
3.3.15钢球式节能安全联轴器6-168 
 
3.3.16蛇形弹簧安全联轴器（JB/T 7682—1995）6-178 
 
3.3.17联轴器标准一览表6-181 
 
 
 
参考文献6-184 
 
 
 
第7篇 滚动轴承 
 
第1章滚动轴承的分类、结构型式及代号 
 
1.1滚动轴承的常用分类7-3 
 
1.2滚动轴承其他分类7-5 
 
1.3带座外球面球轴承分类7-5 
 
1.4滚动轴承的代号7-6 
 
1.4.1基本代号7-7 
 
1.4.2常用滚动轴承的基本结构型式和代号构成7-8 
 
1.4.3滚针轴承的基本结构型式和代号构成7-15 
 
1.4.4前置代号7-18 
 
1.4.5后置代号7-18 
 
1.4.6代号编制规则7-24 
 
1.4.7带附件轴承代号7-24 
 
1.4.8非标准轴承代号7-24 
 
1.4.9非标准轴承代号示例7-25 
 
1.4.10符合GB/T 273.1—2011规定的圆锥滚子轴承代号7-25 
 
1.4.10.1圆锥滚子轴承代号构成7-25 
 
1.4.10.2基本代号7-25 
 
1.4.10.3后置代号7-25 
 
1.5带座外球面球轴承代号7-26 
 
1.5.1带座轴承代号的构成及排列7-26 
 
1.5.2带座轴承基本结构及代号构成7-26 
 
1.5.3带附件的带座轴承代号7-29 
 
1.6专用轴承的分类和代号7-29 
 
 
 
第2章滚动轴承的特点与选用 
 
2.1滚动轴承结构类型的特点及适用范围7-31 
 
2.2滚动轴承的选用7-33 
 
2.2.1轴承的类型选用7-33 
 
2.2.2滚动轴承的尺寸选择7-35 
 
2.2.3滚动轴承的游隙选择7-39 
 
2.2.4滚动轴承公差等级的选用7-47 
 
2.2.5滚动轴承公差7-47 
 
2.2.5.1向心轴承公差（圆锥滚子轴承除外）7-51 
 
2.2.5.2圆锥滚子轴承公差7-57 
 
2.2.5.3向心轴承外圈凸缘公差7-62 
 
2.2.5.4圆锥孔公差7-63 
 
2.2.5.5推力轴承公差7-64 
 
 
 
第3章滚动轴承的计算 
 
3.1滚动轴承寿命计算7-68 
 
3.1.1基本概念和术语7-68 
 
3.1.2符号7-69 
 
3.1.3基本额定寿命的计算7-70 
 
3.1.4修正额定寿命的计算7-70 
 
3.1.5系统方法的寿命修正系数aISO7-70 
 
3.1.6疲劳载荷极限Cu7-70 
 
3.1.7寿命修正系数aISO的简化方法7-71 
 
3.1.8污染系数eC7-73 
 
3.1.9黏度比κ的计算7-79 
 
3.2基本额定动载荷的计算7-80 
 
3.2.1轴承的基本额定动载荷C7-80 
 
3.2.2双列或多列推力轴承轴向基本额定动载荷Ca7-82 
 
3.3基本额定静载荷的计算7-82 
 
3.4当量载荷的计算7-83 
 
3.5轴承组的基本额定载荷和当量载荷7-86 
 
3.6变化工作条件下的平均载荷7-86 
 
3.7变化工作条件下的寿命计算7-87 
 
3.8轴承极限转速的确定方法7-87 
 
3.9额定热转速7-88 
 
3.9.1定义及符号7-89 
 
3.9.2额定热转速的计算7-89 
 
3.10滚动轴承的摩擦计算7-92 
 
3.10.1轴承的摩擦力矩7-92 
 
3.10.2轴承的摩擦因数7-93 
 
3.11圆柱滚子轴承的轴向承载能力7-93 
 
3.12轴承需要的小轴向载荷的计算7-93 
 
 
 
第4章滚动轴承的应用设计 
 
4.1滚动轴承的配合7-95 
 
4.1.1滚动轴承配合的特点7-95 
 
4.1.2轴承（普通、6级）与轴和外壳配合的常用公差带7-95 
 
4.1.3轴承配合的选择7-95 
 
4.1.4轴承与轴和外壳孔的配合公差带选择7-96 
 
4.1.5配合表面的形位公差与表面粗糙度7-98 
 
4.1.6轴承与空心轴、铸铁和轻金属轴承座配合的选择7-99 
 
4.1.7轴承与实心轴配合过盈量的估算7-99 
 
4.2滚动轴承的轴向紧固7-100 
 
4.2.1轴向定位7-100 
 
4.2.2轴向固定7-101 
 
4.2.3轴向紧固装置7-101 
 
4.3滚动轴承的预紧7-102 
 
4.3.1预紧方式7-102 
 
4.3.2定位预紧7-102 
 
4.3.3定压预紧7-102 
 
4.3.4卸紧载荷7-102 
 
4.3.5小轴向预紧载荷7-102 
 
4.3.6径向预紧7-102 
 
4.4滚动轴承的密封7-105 
 
4.4.1选择轴承密封形式应考虑的因素7-105 
 
4.4.2轴承的主要密封形式7-105 
 
4.4.3轴承的自身密封7-105 
 
4.4.4轴承的支承密封7-105 
 
4.5滚动轴承的安装与拆卸7-108 
 
4.5.1圆柱孔轴承的安装7-108 
 
4.5.2圆锥孔轴承的安装7-108 
 
4.5.3角接触轴承的安装7-108 
 
4.5.4推力轴承的安装7-108 
 
4.5.5滚动轴承的拆卸7-108 
 
4.6游隙的调整方法7-109 
 
4.7轴承的组合设计7-110 
 
4.7.1轴承的配置7-110 
 
4.7.2常见的支承结构简图7-112 
 
4.7.3滚动轴承组合设计的典型结构7-114 
 
4.8滚动轴承通用技术规则7-115 
 
4.8.1外形尺寸7-115 
 
4.8.2公差等级与公差7-115 
 
4.8.3倒角尺寸值7-115 
 
4.8.4游隙7-115 
 
4.8.5表面粗糙度7-115 
 
4.8.6轴承套圈和滚动体材料及热处理7-116 
 
4.8.7残磁限值7-116 
 
4.8.8振动限值7-116 
 
4.8.9密封性7-116 
 
4.8.10清洁度7-116 
 
4.8.11外观质量7-116 
 
4.8.12互换性7-116 
 
4.8.13额定载荷、额定寿命和额定热转速7-116 
 
4.8.14测量方法7-116 
 
4.8.15标志7-117 
 
4.8.16检验规则7-117 
 
4.8.17包装7-117 
 
4.8.18轴承用零件和附件7-117 
 
4.9轴承的应用7-117 
 
 
 
第5章常用滚动轴承的基本尺寸及性能参数 
 
5.1深沟球轴承7-118 
 
5.2调心球轴承7-137 
 
5.3角接触球轴承7-149 
 
5.4圆柱滚子轴承7-163 
 
5.5调心滚子轴承7-188 
 
5.6滚针轴承7-211 
 
5.7圆锥滚子轴承7-226 
 
5.8推力球轴承7-246 
 
5.9推力角接触球轴承7-259 
 
5.10推力调心滚子轴承7-261 
 
5.11推力圆柱滚子轴承7-264 
 
5.12推力圆锥滚子轴承7-264 
 
5.13推力滚针轴承7-265 
 
5.14带座外球面球轴承7-266 
 
5.15组合轴承7-295 
 
5.16智能轴承7-304 
 
5.16.1分类7-304 
 
5.16.2国内外情况7-304 
 
5.16.3市场应用7-304 
 
5.17锥形衬套7-304 
 
5.18轴承座7-321 
 
5.18.1二螺柱立式轴承座7-321 
 
5.18.2四螺柱立式轴承座7-325 
 
5.19止推环7-326 
 
 
 
附录7-328 
 
附录一滚动轴承现行标准目录7-328 
 
附录二轴承工业现行国际标准目录7-333 
 
附录三滚动轴承新旧标准代号对照7-337 
 
附录四国外著名轴承公司通用轴承代号7-344 
 
附录五国内外轴承公差等级对照7-349 
 
附录六国内外轴承游隙对照7-349 
 
 
 
参考文献7-351 
 
 
 
第8篇 滑动轴承 
 
第1章滑动轴承分类、特点与应用及选择 
 
1.1各类滑动轴承的特点与应用8-3 
 
1.2滑动轴承类型的选择8-4 
 
1.2.1滑动轴承性能比较8-4 
 
1.2.2选择轴承类型的特性曲线8-6 
 
1.3滑动轴承设计资料8-7 
 
 
 
第2章滑动轴承材料 
 
2.1对轴承材料的性能要求8-9 
 
2.2滑动轴承材料及其性能8-9 
 
 
 
第3章不完全流体润滑轴承 
 
3.1径向滑动轴承的选用与验算8-18 
 
3.2推力滑动轴承的选用与验算8-18 
 
3.3滑动轴承的常见型式8-19 
 
3.3.1整体滑动轴承8-19 
 
3.3.2对开式滑动轴承8-20 
 
3.3.3法兰滑动轴承8-23 
 
3.4轴套与轴瓦8-25 
 
3.4.1轴套8-25 
 
3.4.2轴套的固定（JB/ZQ 4616—2006）8-30 
 
3.4.3轴瓦8-31 
 
3.5滑动轴承的结构要素8-36 
 
3.5.1润滑槽8-36 
 
3.5.2轴承合金浇铸槽8-36 
 
3.6滑动轴承间隙与配合的选择8-37 
 
3.7滑动轴承润滑8-40 
 
3.8滑动轴承座技术条件（JB/T 2564—2007）8-42 
 
3.9关节轴承8-43 
 
3.9.1关节轴承的分类、结构型式与代号8-43 
 
3.9.1.1关节轴承分类8-43 
 
3.9.1.2关节轴承代号方法8-43 
 
3.9.1.3关节轴承主要类型的结构特点8-45 
 
3.9.2关节轴承寿命及载荷的计算8-50 
 
3.9.2.1定义8-50 
 
3.9.2.2符号8-50 
 
3.9.2.3额定载荷8-51 
 
3.9.2.4关节轴承寿命8-52 
 
3.9.2.5关节轴承的摩擦因数8-53 
 
3.9.3关节轴承的应用设计8-54 
 
3.9.3.1关节轴承的配合8-54 
 
3.9.3.2关节轴承的游隙8-56 
 
3.9.3.3关节轴承的公差8-58 
 
3.9.4关节轴承的基本尺寸和性能参数8-61 
 
3.9.4.1向心关节轴承（GB/T 9163—2001）8-61 
 
3.9.4.2角接触关节轴承（GB/T 9164—2001）8-67 
 
3.9.4.3推力关节轴承（GB/T 9162—2001）8-70 
 
3.9.4.4杆端关节轴承（GB/T 9161—2001）8-72 
 
3.9.4.5自润滑球头螺栓杆端关节轴承（JB/T 5306—2007）8-75 
 
3.9.4.6关节轴承安装尺寸8-77 
 
3.10自润滑轴承8-82 
 
3.10.1自润滑镶嵌轴承8-82 
 
3.10.2粉末冶金轴承（含油轴承）（GB/T 2688—2012、GB/T 18323—2001）8-86 
 
3.10.3自润滑复合材料卷制轴套8-93 
 
3.11双金属减摩卷制轴套8-99 
 
3.12塑料轴承8-101 
 
3.13水润滑热固性塑料轴承（JB/T 5985—1992）8-102 
 
3.14橡胶轴承8-105 
 
 
 
第4章液体动压润滑轴承 
 
4.1液体动压润滑轴承分类8-108 
 
4.2基本原理8-109 
 
4.2.1基本方程8-109 
 
4.2.2静特性计算8-110 
 
4.2.3动特性计算8-111 
 
4.2.4稳定性计算8-112 
 
4.3典型轴承的性能曲线及计算示例8-112 
 
4.4轴承材料8-133 
 
4.5轴承主要参数的选择8-135 
 
4.6液体动压推力轴承8-137 
 
4.6.1参数选择8-137 
 
4.6.2斜-平面推力轴承8-137 
 
4.6.3可倾瓦推力轴承8-138 
 
4.7计算程序简介8-142 
 
 
 
第5章液体静压轴承 
 
5.1概述8-144 
 
5.2液体静压轴承的分类8-145 
 
5.3液体静压轴承的原理8-145 
 
5.4液体静压轴承的结构设计8-147 
 
5.4.1径向液体静压轴承结构、特点与应用8-147 
 
5.4.2径向液体静压轴承的结构尺寸及主要技术数据8-149 
 
5.4.3径向液体静压轴承的系列结构尺寸8-150 
 
5.4.4推力液体静压轴承结构、特点与应用8-154 
 
5.4.5推力液体静压轴承的结构尺寸及主要技术数据8-156 
 
5.4.6推力液体静压轴承的系列结构尺寸8-156 
 
5.4.7液体静压轴承材料8-157 
 
5.4.8节流器的结构、特点与应用8-158 
 
5.4.9节流器的结构尺寸及主要技术数据8-160 
 
5.5液体静压轴承计算的基本公式8-160 
 
5.5.1油垫流量系数Cd、有效承载面积系数Ae、周向流量系数γ和腔内孔流量系数ω8-162 
 
5.5.2刚度系数G08-163 
 
5.5.3承载系数Fn或偏心率ε8-165 
 
5.5.4功率消耗计算8-166 
 
5.6供油系统设计及元件与润滑油的选择8-166 
 
5.6.1供油方式、特点与应用8-166 
 
5.6.2供油系统、特点与应用8-167 
 
5.6.3元件的选择8-167 
 
5.6.4润滑油的选择8-167 
 
5.7液体静压轴承设计计算的一般步骤及举例8-168 
 
5.7.1液体静压轴承系统设计计算的一般步骤8-168 
 
5.7.2毛细管节流径向液体静压轴承设计举例8-168 
 
5.7.3毛细管节流推力液体静压轴承设计举例8-171 
 
5.7.4小孔节流径向液体静压轴承设计举例8-173 
 
5.7.5薄膜反馈节流径向液体静压轴承设计举例8-176 
 
5.8静压轴承的故障及消除的方法8-179 
 
 
 
第6章气体润滑轴承 
 
6.1气体润滑理论8-180 
 
6.1.1气体力学基本方程式8-180 
 
6.1.2雷诺方程8-181 
 
6.1.3气体润滑计算的数值解法8-182 
 
6.1.4气体轴承计算模型8-182 
 
6.2静压气体轴承8-182 
 
6.2.1概述8-182 
 
6.2.2气体静压轴承工作原理及其特点8-183 
 
6.2.3气体静压轴承的设计8-183 
 
6.3气体动压轴承8-185 
 
6.3.1动压气体轴承计算模型8-185 
 
6.3.2气体动压径向轴承8-185 
 
6.3.3气体动压刻槽推力轴承8-190 
 
6.3.4气体动压刻槽球形轴承8-193 
 
6.4挤压膜气体轴承8-199 
 
6.4.1挤压膜气体轴承的工作原理及特点8-199 
 
6.4.2挤压膜气体轴承的分类及其计算方法8-199 
 
 
 
第7章气体箔片轴承 
 
7.1气体箔片轴承的工作原理和轴承类型8-201 
 
7.2波箔型气体箔片轴承的理论模型8-204 
 
7.2.1弹性支承结构模型8-204 
 
7.2.2气体箔片轴承的气弹耦合润滑模型8-205 
 
7.3气体箔片轴承的静态性能求解8-206 
 
7.4气体箔片轴承的动态性能求解8-207 
 
7.5气体箔片轴承的静动态性能预测结果8-209 
 
7.6推力气体箔片轴承的静动态性能预测8-210 
 
 
 
第8章流体动静压润滑轴承 
 
8.1工作原理及特性8-213 
 
8.2动静压轴承的结构型式8-213 
 
8.3动静压轴承设计的基本理论与数值方法8-215 
 
8.3.1基本公式8-215 
 
8.3.2雷诺方程8-215 
 
8.3.3紊流模型8-216 
 
8.3.4能量方程8-217 
 
8.3.5边界条件处理8-217 
 
8.3.6环面节流器边界条件8-217 
 
8.3.7能量方程油腔边缘边界条件8-218 
 
8.3.8其他边界条件8-218 
 
8.4动静压轴承性能计算8-218 
 
8.4.1静特性计算8-218 
 
8.4.2动特性计算8-220 
 
8.4.3动静压轴承性能计算程序8-220 
 
8.4.4程序框图8-220 
 
8.5动静压轴承设计实例8-220 
 
8.6动静压轴承主要参数选择与确定8-223 
 
8.6.1结构参数中的主要参数选择8-223 
 
8.6.2运行参数中的主要参数选择8-223 
 
 
 
第9章电磁轴承 
 
9.1静电轴承8-227 
 
9.1.1静电轴承的基本原理8-227 
 
9.1.2静电轴承的分类8-227 
 
9.1.3静电轴承的常用材料与结构参数8-227 
 
9.1.4静电轴承的设计与计算8-228 
 
9.1.5应用举例——静电轴承陀螺仪8-228 
 
9.2磁力轴承8-227 
 
9.2.1磁力轴承的分类与应用8-230 
 
9.2.2磁力轴承的性能计算8-233 
 
9.2.3磁力轴承的材料8-235 
 
 
 
第10章智能轴承 
 
10.1智能轴承的分类8-236 
 
10.2滚动智能轴承8-236 
 
10.3滑动智能轴承8-237 
 
10.3.1几何形状可变轴承8-237 
 
10.3.1.1状态可调椭圆轴承8-237 
 
10.3.1.2压电陶瓷驱动的智能椭圆轴承8-237 
 
10.3.1.3状态可调错位轴承8-238 
 
10.3.1.4支点可变可倾瓦轴承8-238 
 
10.3.1.5液压控制柔性轴瓦轴承8-239 
 
10.3.1.6可控径向油膜轴承8-239 
 
10.3.1.7几何形状可变轴承8-240 
 
10.3.1.8轴向止推智能轴承8-241 
 
10.3.2支撑结构可变轴承8-241 
 
10.3.3机电系统控制的智能轴承8-241 
 
10.3.4液压系统控制的智能轴承8-242 
 
10.3.4.1主动润滑可倾瓦轴承（以液压系统作为轴承润滑系统）8-242 
 
10.3.4.2可控挤压油膜阻尼轴承（以液压系统作为控制执行器或执行机构）8-243 
 
10.3.5应用新材料（特殊材料）控制的智能轴承8-243 
 
10.3.6主动磁轴承8-245 
 
 
 
参考文献8-246 
 
 
 
第9篇 机架、箱体及导轨 
 
第1章机架结构设计基础 
 
1.1机架设计的一般要求9-3 
 
1.1.1定义及分类9-3 
 
1.1.2机架设计的一般要求和步骤9-3 
 
1.1.2.1机架设计的准则和要求9-3 
 
1.1.2.2机架设计的步骤9-4 
 
1.2机架的常用材料及热处理9-4 
 
1.2.1机架常用材料9-4 
 
1.2.2机架的热处理9-6 
 
1.3机架的截面形状、肋的布置及壁板上的孔9-8 
 
1.3.1机架的截面形状9-8 
 
1.3.2肋的布置9-10 
 
1.3.3机架壁板上的孔9-16 
 
1.4铸造金属机架的结构设计9-20 
 
1.4.1铸造机架的壁厚及肋9-20 
 
1.4.1.1小壁厚9-20 
 
1.4.1.2凸台及加强肋的尺寸9-21 
 
1.4.1.3铸件壁的连接形式及尺寸9-21 
 
1.4.2机架的连接结构设计9-21 
 
1.4.3铸造机架结构设计的工艺性9-23 
 
1.4.3.1铸件一般工艺性注意事项9-23 
 
1.4.3.2铸造机架结构设计应注意的问题9-24 
 
1.4.4铸造机架结构设计示例9-26 
 
1.4.4.1机床大件结构设计9-26 
 
1.4.4.2精密仪器机架结构设计9-30 
 
1.5焊接机架9-31 
 
1.5.1焊接机架的结构及其工艺性9-31 
 
1.5.1.1典型机床的焊接床身结构及特点9-32 
 
1.5.1.2焊接横梁结构9-33 
 
1.5.1.3焊接机架的结构工艺性9-33 
 
1.5.2机床焊接机架的壁厚及布肋9-36 
 
1.5.2.1焊接机架壁厚的确定9-36 
 
1.5.2.2焊接机架的布肋9-36 
 
1.5.3改善机床结构阻尼比的措施9-38 
 
1.5.4焊接机架结构示例9-39 
 
1.5.4.1大型加工中心机床9-39 
 
1.5.4.2刨、镗、铣床立柱结构9-40 
 
1.5.4.3压力机焊接机架结构9-41 
 
1.6非金属机架设计9-44 
 
1.6.1钢筋混凝土机架9-44 
 
1.6.2预应力钢筋混凝土机架9-45 
 
1.6.3塑料壳体设计9-47 
 
1.6.3.1塑料特性及选择9-47 
 
1.6.3.2塑料壳体的结构设计9-48 
 
1.6.3.3塑料制品的尺寸公差9-51 
 
 
 
第2章机架的设计与计算 
 
2.1框架式及梁柱式机架的设计与常规计算9-54 
 
2.1.1轧钢机机架的结构设计与常规计算9-54 
 
2.1.1.1轧钢机机架的结构设计9-54 
 
2.1.1.2轧钢机机架强度和刚度计算9-57 
 
2.1.2液压机机架的结构与设计计算9-70 
 
2.1.2.1液压机机架的结构9-70 
 
2.1.2.2液压机机架的设计计算9-70 
 
2.1.3曲柄压力机机架的设计与常规计算9-75 
 
2.1.3.1曲柄压力机闭式机架的常规计算9-75 
 
2.1.3.2开式曲柄压力机机身的设计与计算9-78 
 
2.1.4机床大件的设计与计算9-81 
 
2.1.4.1机床大件刚度设计指标9-81 
 
2.1.4.2普通车床床身的受力分析9-84 
 
2.1.4.3卧式镗床立柱及床身受力分析9-84 
 
2.1.4.4龙门式机床受力和变形分析9-88 
 
2.1.4.5立式钻床、卧式铣床床身 （立柱）受力及变形分析9-90 
 
2.1.4.6机床热变形的形成及热变形计算9-91 
 
2.1.4.7带有肋板框架的刚度计算9-94 
 
2.1.5十字肋的刚度计算9-96 
 
2.2稳定性计算9-96 
 
2.2.1不作稳定性计算的条件9-96 
 
2.2.2轴心受压构件的稳定性验算公式9-96 
 
2.2.3结构件长细比的计算9-97 
 
2.2.4结构件的计算长度9-98 
 
2.2.4.1等截面柱9-98 
 
2.2.4.2变截面受压构件9-98 
 
2.2.4.3桁架构件的计算长度9-100 
 
2.2.4.4特殊情况9-101 
 
2.2.5偏心受压构件9-102 
 
2.2.6板的局部稳定性计算9-102 
 
2.2.7圆柱壳的局部稳定性计算9-105 
 
2.2.8梁的局部稳定性9-105 
 
2.3典型超精密机床总体布局及振动和热控制9-107 
 
2.3.1超精密机床的总体布局9-107 
 
2.3.2超精密机床的振动控制9-108 
 
2.3.2.1超精密机床床身材料9-108 
 
2.3.2.2超精密机床的减振措施9-109 
 
2.3.3超精密机床的恒温控制9-110 
 
 
 
第3章齿轮传动箱体的设计与计算 
 
3.1箱体结构设计概述9-111 
 
3.1.1齿轮箱体结构的确定9-111 
 
3.1.2齿轮箱体焊接结构9-112 
 
3.1.3压力铸造传动箱体的结构设计9-115 
 
3.1.3.1肋的设计9-116 
 
3.1.3.2箱体上的通孔及紧固孔的设计9-118 
 
3.2按刚度设计圆柱齿轮减速器箱座9-119 
 
3.2.1剖分式齿轮减速器箱座的设计计算方法及步骤9-120 
 
3.2.2齿轮箱体计算实例9-122 
 
3.3机床主轴箱的刚度计算9-126 
 
3.3.1箱体的刚度计算9-126 
 
3.3.2车床主轴箱刚度计算示例9-126 
 
3.4变速箱体上轴孔坐标计算9-129 
 
3.5变速箱体的技术要求9-131 
 
3.5.1各加工面的形状精度及表面结构中的粗糙度9-131 
 
3.5.2各加工面的相互位置精度9-131 
 
3.5.3变速箱体零件工作图实例9-132 
 
第4章机架与箱体的现代设计方法 
 
4.1机架的有限元分析9-134 
 
4.1.1轧钢机机架的有限元分析9-134 
 
4.1.2液压机横梁的有限元分析9-135 
 
4.1.3开式机架的有限元分析9-136 
 
4.1.4整体闭式机架有限元分析9-137 
 
4.2机架与箱体的优化设计9-140 
 
4.2.1优化设计数学模型的建立9-140 
 
4.2.2热压机机架结构的优化设计9-141 
 
4.2.3基于ANSYS的优化设计9-144 
 
4.2.3.1ANSYS优化设计的基本过程9-144 
 
4.2.3.2基于ANSYS的减速器箱体的优化设计示例9-145 
 
4.2.4机架的模糊优化方法9-146 
 
4.2.4.1模糊有限元分析方法9-146 
 
4.2.4.2三轴仿真转台框架结构的模糊有限元优化9-148 
 
第5章导轨 
 
5.1概述9-150 
 
5.1.1导轨的类型及其特点9-150 
 
5.1.2导轨的设计要求9-150 
 
5.1.3导轨的设计程序及内容9-150 
 
5.1.4精密导轨的设计原则9-151 
 
5.2普通滑动导轨的结构设计9-151 
 
5.2.1整体式滑动导轨9-151 
 
5.2.1.1滑动导轨的截面形状9-151 
 
5.2.1.2滑动导轨尺寸9-153 
 
5.2.1.3导轨间隙调整装置9-155 
 
5.2.1.4滑动导轨的卸荷装置9-159 
 
5.2.1.5滑动导轨压强的计算9-161 
 
5.2.1.6滑动导轨间隙的确定9-163 
 
5.2.1.7导轨材料与热处理9-164 
 
5.2.1.8导轨的技术要求9-165 
 
5.2.2塑料(贴塑式)导轨9-166 
 
5.2.2.1塑料导轨的特点9-166 
 
5.2.2.2塑料导轨的材料9-166 
 
5.2.2.3填充氟塑软带导轨典型制造工艺9-168 
 
5.2.2.4软带导轨技术条件9-168 
 
5.2.2.5环氧涂层材料技术通则9-169 
 
5.2.2.6环氧涂层导轨通用技术条件9-170 
 
5.2.2.7通用塑料导轨材料的粘接9-171 
 
5.2.2.8耐磨涂层的配方9-171 
 
5.3流体静压导轨9-171 
 
5.3.1液体静压导轨9-171 
 
5.3.1.1液体静压导轨的类型和特点9-171 
 
5.3.1.2液体静压导轨的基本结构形式9-172 
 
5.3.1.3静压导轨的油腔结构9-173 
 
5.3.1.4导轨的技术要求和材料9-174 
 
5.3.1.5液体静压导轨的节流器、润滑油及供油装置9-175 
 
5.3.1.6静压导轨的加工和调整9-175 
 
5.3.1.7液体静压导轨的计算9-176 
 
5.3.1.8毛细管节流开式静压导轨的计算9-180 
 
5.3.2气体静压导轨9-182 
 
5.3.2.1气体静压导轨的类型与特点9-182 
 
5.3.2.2气体静压导轨的结构设计9-183 
 
5.3.2.3气体静压导轨的设计计算9-184 
 
5.3.2.4气体静压导轨副的材料9-186 
 
5.4滚动导轨9-186 
 
5.4.1滚动导轨的类型、特点及应用9-186 
 
5.4.2滚动导轨的计算、结构与尺寸系列9-186 
 
5.4.2.1滚动直线导轨的计算9-186 
 
5.4.2.2滚动直线导轨副9-191 
 
5.4.2.3滚柱交叉导轨副9-204 
 
5.4.2.4滚柱(滚针)导轨块9-206 
 
5.4.2.5滚动直线导轨套副9-210 
 
5.4.2.6滚动花键导轨副9-217 
 
5.4.2.7滚动轴承导轨9-222 
 
5.5导轨设计实例9-224 
 
5.5.1压力机导轨的形式和特点9-224 
 
5.5.2导轨的尺寸和验算9-225 
 
5.5.2.1导轨长度9-225 
 
5.5.2.2导轨工作面宽度及其验算9-225 
 
5.5.3导轨材料的选择9-225 
 
5.5.4导轨间隙的调整9-226 
 
5.6导轨的防护9-226 
 
5.6.1导轨防护装置的类型及特点9-226 
 
5.6.2导轨刮屑板9-226 
 
5.6.3刚性伸缩式导轨防护罩9-226 
 
5.6.4柔性伸缩式导轨防护罩9-227 
 
 
 
参考文献9-228 
 
 
 
第10篇 弹簧 
 
第1章弹簧的基本性能、类型及应用 
 
1.1弹簧的基本性能10-3 
 
1.2弹簧的类型10-3 
 
1.3弹簧的应用和标准化10-10 
 
1.3.1弹簧的应用10-10 
 
1.3.2弹簧的标准化10-10 
 
 
 
第2章圆柱螺旋弹簧 
 
2.1圆柱螺旋弹簧的型式、代号及应用10-15 
 
2.2弹簧的材料及许用应力10-16 
 
2.3圆柱螺旋压缩弹簧10-22 
 
2.3.1圆柱螺旋压缩弹簧基本计算公式10-22 
 
2.3.2圆柱弹簧参数选择10-24 
 
2.3.3圆柱螺旋压缩弹簧计算表10-25 
 
2.3.4压缩弹簧端部型式与高度、总圈数等的公式10-38 
 
2.3.5螺旋弹簧的疲劳强度、稳定性及共振10-39 
 
2.3.6圆柱螺旋压缩弹簧设计计算示例10-40 
 
2.3.7圆柱螺旋压缩弹簧的压力调整结构10-43 
 
2.3.8组合弹簧的设计计算10-43 
 
2.3.9圆柱螺旋压缩弹簧的应用示例10-45 
 
2.4圆柱螺旋拉伸弹簧10-46 
 
2.4.1圆柱螺旋拉伸弹簧的设计计算10-46 
 
2.4.2圆柱螺旋拉伸弹簧的设计实例10-48 
 
2.4.3圆柱螺旋拉伸弹簧的端部结构10-50 
 
2.4.4圆柱螺旋拉伸弹簧的尺寸和参数10-52 
 
2.4.5圆柱螺旋拉伸弹簧的拉力调整结构10-58 
 
2.5圆柱螺旋扭转弹簧10-59 
 
2.5.1圆柱螺旋扭转弹簧的基本几何参数和特性10-59 
 
2.5.2圆柱螺旋扭转弹簧的结构形式10-59 
 
2.5.3圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算10-59 
 
2.5.4圆柱螺旋扭转弹簧的计算示例10-62 
 
2.5.5圆柱螺旋扭转弹簧的结构及安装示例10-63 
 
2.6圆柱螺旋弹簧技术要求10-64 
 
2.6.1弹簧特性和尺寸的极限偏差10-64 
 
2.6.2其他技术要求10-67 
 
2.7非圆形截面圆柱螺旋弹簧10-67 
 
2.7.1矩形截面螺旋压缩弹簧10-67 
 
2.7.2其他截面形状螺旋压缩弹簧10-70 
 
 
 
第3章非线性特性线螺旋弹簧 
 
3.1截锥螺旋压缩弹簧10-73 
 
3.1.1截锥螺旋压缩弹簧的结构特性及分类10-73 
 
3.1.2截锥螺旋压缩弹簧的计算10-73 
 
3.1.3截锥螺旋弹簧的计算示例10-75 
 
3.1.4截锥螺旋压缩弹簧的应用实例10-76 
 
3.2蜗卷螺旋弹簧10-76 
 
3.2.1蜗卷螺旋弹簧的特性曲线10-76 
 
3.2.2蜗卷螺旋弹簧的材料及许用应力10-76 
 
3.2.3蜗卷螺旋弹簧的计算10-77 
 
3.2.4蜗卷螺旋弹簧的计算示例10-78 
 
 
 
第4章多股螺旋弹簧 
 
4.1多股螺旋弹簧的结构、特性及用途10-82 
 
4.2多股螺旋弹簧的材料及许用应力10-83 
 
4.3多股螺旋弹簧的参数选择10-83 
 
4.4多股螺旋弹簧的设计计算10-84 
 
4.5多股螺旋弹簧的几何尺寸计算10-85 
 
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前　　言

《现代机械设计手册》版自2011年3月出版以来，赢得了机械设计人员、工程技术人员和高等院校专业师生广泛的青睐和好评，荣获了2011年全国优秀畅销书（科技类）。同时，因其在机械设计领域重要的科学价值、实用价值和现实意义，《现代机械设计手册》还荣获2009年国家出版基金资助和2012年中国机械工业科学技术奖。

《现代机械设计手册》版出版距今已经8年，在这期间，我国的装备制造业发生了许多重大的变化，尤其是2015年国家部署并颁布了实现中国制造业发展的十年行动纲领——中国制造2025，发布了针对“中国制造2025”的五大“工程实施指南”，为机械制造业的未来发展指明了方向。在国家政策号召和驱使下，我国的机械工业获得了快速的发展，自主创新的能力不断加强，一批高技术、高性能、高精尖的现代化装备不断涌现，各种新材料、新工艺、新结构、新产品、新方法、新技术不断产生、发展并投入实际应用，大大提升了我国机械设计与制造的技术水平和国际竞争力。《现代机械设计手册》第二版重要的原则就是紧密结合“中国制造2025”国家规划和创新驱动发展战略，在内容上与时俱进，全面体现创新、智能、节能、环保的主题，进一步呈现机械设计的现代感。鉴于此，《现代机械设计手册》第二版被列入了“十三五国家重点出版物规划项目”。

《现代机械设计手册》版自2011年3月出版以来，赢得了机械设计人员、工程技术人员和高等院校专业师生广泛的青睐和好评，荣获了2011年全国优秀畅销书（科技类）。同时，因其在机械设计领域重要的科学价值、实用价值和现实意义，《现代机械设计手册》还荣获2009年国家出版基金资助和2012年中国机械工业科学技术奖。 
 
《现代机械设计手册》版出版距今已经8年，在这期间，我国的装备制造业发生了许多重大的变化，尤其是2015年国家部署并颁布了实现中国制造业发展的十年行动纲领——中国制造2025，发布了针对“中国制造2025”的五大“工程实施指南”，为机械制造业的未来发展指明了方向。在国家政策号召和驱使下，我国的机械工业获得了快速的发展，自主创新的能力不断加强，一批高技术、高性能、高精尖的现代化装备不断涌现，各种新材料、新工艺、新结构、新产品、新方法、新技术不断产生、发展并投入实际应用，大大提升了我国机械设计与制造的技术水平和国际竞争力。《现代机械设计手册》第二版重要的原则就是紧密结合“中国制造2025”国家规划和创新驱动发展战略，在内容上与时俱进，全面体现创新、智能、节能、环保的主题，进一步呈现机械设计的现代感。鉴于此，《现代机械设计手册》第二版被列入了“十三五国家重点出版物规划项目”。 
 
在本版手册的修订过程中，我们广泛深入机械制造企业、设计院、科研院所和高等院校进行调研，听取各方面读者的意见和建议，终确定了《现代机械设计手册》第二版的根本宗旨：一方面，新版手册进一步加强机、电、液、控制技术的有机融合，以全面适应机器人等智能化装备系统设计开发的新要求；另一方面，随着现代机械设计方法和工程设计软件的广泛应用和普及，新版手册继续促进传动设计与现代设计的有机结合，将各种新的设计技术、计算技术、设计工具全面融入传统的机械设计实际工作中。 
 
《现代机械设计手册》第二版共6卷35篇，它是一部面向“中国制造2025” ，适应智能装备设计开发新要求、技术先进、数据可靠、符合现代机械设计潮流的现代化的机械设计大型工具书，涵盖现代机械零部件及传动设计、智能装备及控制设计、现代机械设计方法及应用三部分内容，具有以下六大特色。 
 
1.权威性。《现代机械设计手册》阵容强大，编、审人员大都来自于设计、生产、教学和科研线，具有深厚的理论功底、丰富的设计实践经验。他们中很多人都是所属领域的知名专家，在业内有广泛的影响力和知名度，获得过多项国家和省部级科技进步奖、发明奖和技术专利，承担了许多机械领域国家重要的科研和攻关项目。这支专业、权威的编审队伍确保了手册准确、实用的内容质量。 
 
2.现代感。追求现代感，体现现代机械设计气氛，满足时代要求，是《现代机械设计手册》的基本宗旨。“现代”二字主要体现在：新标准、新技术、新材料、新结构、新工艺、新产品、智能化、现代的设计理念、现代的设计方法和现代的设计手段等几个方面。第二版重点加强机械智能化产品设计（3D打印、智能零部件、节能元器件）、智能装备（机器人及智能化装备）控制及系统设计、数字化设计等内容。 
 
（1）“零件结构设计”等篇进一步完善零部件结构设计的内容，结合目前的3D打印（增材制造）技术，增加3D打印工艺下零件结构设计的相关技术内容。 
 
“机械工程材料”篇增加3D打印材料以及新型材料的内容。 
 
（2）机械零部件及传动设计各篇增加了新型智能零部件、节能元器件及其应用技术，例如“滑动轴承”篇增加了新型的智能轴承，“润滑”篇增加了微量润滑技术等内容。 
 
（3）全面增加了工业机器人设计及应用的内容：新增了“工业机器人系统设计”篇；“智能装备系统设计”篇增加了工业机器人应用开发的内容；“机构”篇增加了自动化机构及机构创新的内容；“减速器、变速器”篇增加了工业机器人减速器选用设计的内容；“带传动、链传动”篇增加并完善了工业机器人适用的同步带传动设计的内容；“齿轮传动”篇增加了RV减速器传动设计、谐波齿轮传动设计的内容等。 
 
（4）“气压传动与控制”“液压传动与控制”篇重点加强并完善了控制技术的内容，新增了气动系统自动控制、气动人工肌肉、液压和气动新型智能元器件及新产品等内容。 
 
（5）继续加强第5卷机电控制系统设计的相关内容：除增加“工业机器人系统设计”篇外，原“机电一体化系统设计”篇充实扩充形成“智能装备系统设计”篇，增加并完善了智能装备系统设计的相关内容，增加智能装备系统开发实例等。 
 
“传感器”篇增加了机器人传感器、航空航天装备用传感器、微机械传感器、智能传感器、无线传感器的技术原理和产品，加强传感器应用和选用的内容。 
 
“控制元器件和控制单元”篇和“电动机”篇全面更新产品，重点推荐了一些新型的智能和节能产品，并加强产品选用的内容。 
 
（6）第6卷进一步加强现代机械设计方法应用的内容：在3D打印、数字化设计等智能制造理念的倡导下，“逆向设计”“数字化设计”等篇全面更新，体现了“智能工厂”的全数字化设计的时代特征，增加了相关设计应用实例。 
 
增加“绿色设计”篇；“创新设计”篇进一步完善了机械创新设计原理，全面更新创新实例。 
 
（7）在贯彻新标准方面，收录并合理编排了目前颁布的国家和行业标准。 
 
3.实用性。新版手册继续加强实用性，内容的选定、深度的把握、资料的取舍和章节的编排，都坚持从设计和生产的实际需要出发：例如机械零部件数据资料主要依据国家和行业标准，并给出了相应的设计实例供设计人员参考；第5卷机电控制设计部分，完全站在机械设计人员的角度来编写——注重产品如何选用，摒弃或简化了控制的基本原理，突出机电系统设计，控制元器件、传感器、电动机部分注重介绍主流产品的技术参数、性能、应用场合、选用原则，并给出了相应的设计选用实例；第6卷现代机械设计方法中简化了繁琐的数学推导，突出了终的计算结果，结合具体的算例将设计方法通俗地呈现出来，便于读者理解和掌握。 
 
为方便广大读者的使用，手册在具体内容的表述上，采用以图表为主的编写风格。这样既增加了手册的信息容量，更重要的是方便了读者的查阅使用，有利于提高设计人员的工作效率和设计速度。 
 
为了进一步增加手册的承载容量和时效性，本版修订将部分篇章的内容放入二维码中，读者可以用手机扫描查看、下载打印或存储在PC端进行查看和使用。二维码内容主要涵盖以下几方面的内容：即将被废止的旧标准（新标准一旦正式颁布，会及时将二维码内容更新为新标准的内容）；部分推荐产品及参数；其他相关内容。 
 
4.通用性。本手册以通用的机械零部件和控制元器件设计、选用内容为主，主要包括机械设计基础资料、机械制图和几何精度设计、机械工程材料、机械通用零部件设计、机械传动系统设计、液压和气压传动系统设计、机构设计、机架设计、机械振动设计、智能装备系统设计、控制元器件和控制单元等，既适用于传统的通用机械零部件设计选用，又适用于智能化装备的整机系统设计开发，能够满足各类机械设计人员的工作需求。 
 
5.准确性。本手册尽量采用原始资料，公式、图表、数据力求准确可靠，方法、工艺、技术力求成熟。所有材料、零部件和元器件、产品和工艺方面的标准均采用公布的标准资料，对于标准规范的编写，手册没有简单地照抄照搬，而是采取选用、摘录、合理编排的方式，强调其科学性和准确性，尽量避免差错和谬误。所有设计方法、计算公式、参数选用均经过长期检验，设计实例、各种算例均来自工程实际。手册中收录通用性强、标准化程度高的产品，供设计人员在了解企业实际生产品种、规格尺寸、技术参数，以及产品质量和用户的实际反映后选用。 
 
6.全面性。本手册一方面根据机械设计人员的需要，按照“基本、常用、重要、发展”的原则选取内容，另一方面兼顾了制造企业和大型设计院两大群体的设计特点，即制造企业侧重基础性的设计内容，而大型的设计院、工程公司侧重于产品的选用。因此，本手册力求实现零部件设计与整机系统开发的和谐统一，促进机械设计与控制设计的有机融合，强调产品设计与工艺技术的紧密结合，重视工艺技术与选用材料的合理搭配，倡导结构设计与造型设计的完美统一，以全面适应新时代机械新产品设计开发的需要。 
 
经过广大编审人员和出版社的不懈努力，新版《现代机械设计手册》将以崭新的风貌和鲜明的时代气息展现在广大机械设计工作者面前。值此出版之际，谨向所有给过我们大力支持的单位和各界朋友表示衷心的感谢！ 
 
 
 
主编

书摘插画

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