机械设计(英文版)

According to the basic requirements of the mechanical design course issued by the Ministry of Education’s Mechanical Basic Course Teaching Steering Committee, combined with the current teaching reform and the requirements of mechanical innovation talent training, summed up the experience of teaching practice in recent years, this textbook is compiled.

“Machine Elements in Mechanical Design”is a technical basic course for mechanical, electromechanical, weapon, and power fields. The purpose of this book is to develop students’ mechanical system structural design capabilities and innovative design capabilities so that students can design high-speed, high efficiency, sophisticated and intelligent machines. Another goal is to cultivate internationally competitive, domestic and foreign, high-level mechanical talented persons.

The characteristics of this book are as follows:

1. In order to strengthen students’ ability to connect theory with practice, this book pays attention to the introduction of the engineering application background of mechanical parts.
2. The textbook is designed to cultivate students’overall and system concepts when they design a complicated machine, and to improve students’ comprehensive mechanical design ability.
3. In order to facilitate students’ self-study and expand learning, examples and solution steps are spelled out in detail for important and commonly used machine elements, problems are provided in each chapter, some designing projects are also given.
4. Complicated, lengthy calculations and formula derivation are simplified and avoided as much as possible, and basic principles, basic design ideas, structural features and application knowledge are highlighted.
5. The latest national standards and specifications are used as much as possible.

We, Song Meili, Zu Li and Liang Yi, all have taught this course for undergraduate students for more than 15 years in Nanjing University of Science and Technology. Chapters 3, 4, 8, 14 and 15 are compiled by Song Meili, and chapters 2, 5, 7, 11 and 13 are written by Zu Li, chapters 1,6,9,10 and 12 are compiled by Liang Yi.

We are grateful to Nanjing University of Science and Technology as well as Beihang University Press for their support and publication. Special appreciation goes to our colleagues, Prof. Fan Yuanxun, Dr. Zhang Long ,Dr. Zhang Qing, Wang Feiyan and Wang Yanrong for their encouragement and support for this book.We also thank our students for their positive feedback about this book. Our appreciations are extended to all those who made helpful suggestions for improvements of this book.

Song Meili, Zu Li, and Liang Yi

Nanjing University of Science and Technology

January 18,2020

his book is one of the excellent textbooks for colleges and universities of Jiangsu Province in 2018, which is based on the demand for mechanical engineering field in teaching reform. It is designed to be used as the basic course for the undergraduate students in mechanical design.

There are fifteen chapters in this book .Its coverage includes introduction；strength of mechanical parts；friction, wear and lubrication；threaded joints；axle and hub connections；rivetings,weldings and bondings；power screws；belt drives；chain drives；gear drives；worm gear transmission；shafts；sliding bearings；rolling-element bearings；couplings, clutches and brakes. Homework problems and projects involving design and analysis provide a basis for the course to follow. At the end, the text is supplemented by a glossary of terms.

This book can be used as textbooks for the course of machine elements in mechanical design or a reference for students, teachers and engineers specializing in mechanical engineering.

Chapter 1 Introduction  1

1.1 The Objectives and Tasks of the Course  1

1.2 Basic Requirements and Design Procedures  2

1.2.1 Basic requirements 2

1.2.2 Procedures for mechanical design  4

1.3 Failure Modes and Design Criteria  6

1.3.1 Failure modes of mechanical parts  6

1.3.2 Criteria for mechanical parts  6

1.4 Common Materials and Their Selection Principle of Mechanical Parts  8

1.4.1 Common materials of mechanical parts  9

1.4.2 Materials selection principle  11

1.5 Modern Mechanical Design Theories and Methods 12

Internet Resources  13

Problems  14

Chapter 2 Strength of Mechanical Parts  15

2.1 Introduction  15

2.2 Working Capacity Calculation Criteria for Mechanical Parts 16

2.2.1 Failure form of mechanical parts  16

2.2.2 Working capacity calculation criteria 16

2.3 Common Materials for Mechanical Parts and Their Selections 18

2.3.1 Common materials for mechanical parts  19

2.3.2 Principles for selecting mechanical parts materials 22

2.4 Load and Stress Acting on Parts  24

2.4.1 Classification of load  24

2.4.2 Classification of stress 24

2.5 Strength Calculation  25

2.5.1 Strength of mechanical parts under static stress 25

2.5.2 Fatigue strength calculation of mechanical parts 27

2.5.3 Contact strength of mechanical parts  32

Internet Resources  34

Problems  34

Chapter 3 Friction, Wear and Lubrication  36

3.1 Introduction  36

3.2 Friction  37

3.2.1 Dry friction  39

3.2.2 Boundary friction (boundary lubrication)  40

3.2.3 Mixed friction (mixed lubrication) 41

3.2.4 Fluid friction (fluid lubrication)  42

3.3 Wear  42

3.3.1 Typical wear process  42

3.3.2 Types of wear  43

3.4 Lubrication  45

3.4.1 Main properties of lubricants  46

3.4.2 Viscosity law  50

3.4.3 Introduction to fluid lubrication 51

Internet Resources  52

Problems  52

Chapter 4 Threaded Joints  53

4.1 Introduction  53

4.1.1 Thread formation  53

4.1.2 Types and applications of screw  53

4.1.3 Main parameters of the thread  56

4.2 Types of Threaded Joints and Standards  57

4.2.1 Types of threaded joints  57

4.2.2 Standard threaded couplings  59

4.3 Pre-tightening and Anti-looseness of Threaded Joints  61

4.3.1 Pre-tightening of threaded joints  61

4.3.2 Anti-looseness of threaded joints  64

4.4 Strength Calculation for the Single Threaded Joints  66

4.4.1 Strength calculation of loose bolt connections 66

4.4.2 Strength calculation of tight bolt connections  67

4.4.3 Material and allowable stress of threaded couplings  73

4.5 Design and Force Analysis of Bolt Group Connections  75

4.5.1 Structural design of bolt group connections 75

4.5.2 Force analysis of bolt group connections  76

Internet Resources 79

Problems  79

Machine Elements in Mechanical Design Project  82

Chapter 5 Axle and Hub Connections 83

5.1 Key Connections  83

5.1.1 Types and applications  83

5.1.2 Selection and the strength calculation  86

5.2 Spline Connections  90

5.2.1 The type, characteristics and application of spline connections  90

5.2.2 The strength calculation of spline connections  92

5.3 Pin Connections  93

Internet Resources  95

Problems  95

Project  95

Chapter 6 Rivetings,Weldings and Bondings 97

6.1 Rivetings  97

6.1.1 Rivet joints  97

6.1.2 Failure forms and design of rivetings  98

6.2 Weldings  99

6.2.1 Types, characteristics and applications of weldings  99

6.2.2 Failure modes of welding  99

6.2.3 Design of welding parts 100

6.3 Bondings  102

6.3.1 The applications of bondings  102

6.3.2 Adhesive joints  102

6.3.3 Adhesives  103

6.3.4 Comparisons of bondings, rivetings and weldings  104

Internet Resources  104

Problems  104

Chapter 7 Power Screws 105

7.1 Types, Characteristics and Applications of Power Screws  105

7.2 Sliding Power Screws  106

7.2.1 The structure of sliding power screws  106

7.2.2 Design calculation of sliding power screws 107

7.3 Ball Screws Drives  110

7.3.1 Structure types and characteristics  110

7.3.2 Design and calculation of ball screws drives  112

Internet Resources  113

Problems  113

Project  114

Chapter 8 Belt Drives 116

8.1 Types and Characteristics of Belt Drives  116

8.1.1 Working principle and characteristics of belt drives  116

8.1.2 Types and applications of belt drives  117

8.2 Analysis of Belt Drives  118

8.2.1 Force analysis of belt drives 118

8.2.2 Stress analysis of belts  120

8.2.3 Elastic slipping and creeping of belts  121

8.3 Design Calculation of Ordinary V-belt Drives  123

8.3.1 V-belt structur