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第1篇 一般设计资料3

第1章 常用基础资料和公式3

1 常用资料和数据3

字母3

国内标准代号及各国国家标准代号4

机械传动效率5

常用材料的密度6

松散物料的密度和安息角6

材料弹性模量及泊松比7

摩擦因数8

金属材料熔点、热导率及比热容10

材料线胀系数αl10

液体材料的物理性能11

气体材料的物理性能11

2 法定计量单位和常用单位换算12

2.1 法定计量单位12

用于构成十进倍数单位和分数单位的SI词头（摘自GB 3100—1993）12

常用物理量的法定计量单位（摘自GB 3102.1～3102.7—1993）12

2.2 常用单位换算30

长度单位换算30

面积单位换算30

体积、容积单位换算31

质量单位换算31

密度单位换算31

速度单位换算32

角速度单位换算32

质量流量单位换算32

体积流量单位换算33

压力单位换算33

力单位换算34

力矩、转矩单位换算34

功、能、热量单位换算34

功率单位换算35

比能单位换算36

比热容与比熵单位换算36

传热系数单位换算36

热导率单位换算36

黑色金属硬度及强度换算值之一（摘自GB/T 1172—1999）37

黑色金属硬度及强度换算值之二（摘自GB/T 1172—1999）38

3 优先数和优先数系38

3.1 优先数系（摘自GB/T 321—2005、GB/T 19763—2005）38

3.2 优先数的应用示例41

4 数表与数学公式44

4.1 数表44

二项式系数（n p）44

正多边形的圆内切、外接时，其几何尺寸45

弓形几何尺寸45

4.2 物理科学和技术中使用的数学符号（摘自GB 3102.11—1993）46

4.3 数学公式51

代数51

平面三角55

复数59

坐标系及坐标变换60

常用曲线61

几种曲面65

微积分66

不定积分法则和公式67

定积分及公式69

微积分的应用70

常微分方程74

拉氏变换75

应用拉氏变换解常系数线性微分方程77

传递函数78

矩阵78

常用几何体的面积、体积及重心位置87

5 常用力学公式89

5.1 运动学、动力学基本公式89

运动学基本公式89

动力学基本公式90

转动惯量92

一般物体旋转时的转动惯量93

常用旋转体的转动惯量100

5.2 材料力学基本公式101

主应力及强度理论公式101

许用应力与安全系数107

截面力学特性的计算公式110

各种截面的力学特性111

杆件计算的基本公式119

受静载荷梁的内力及变位计算公式123

单跨刚架计算公式144

5.3 接触应力147

5.4 动荷应力151

惯性力引起的动应力151

冲击载荷计算公式153

振动应力154

5.5 厚壁圆筒、等厚圆盘及薄壳中的应力155

厚壁圆筒计算公式155

等厚旋转圆盘计算公式157

薄壳中应力与位移计算公式157

5.6 平板中的应力160

5.7 压杆、梁与壳的稳定性168

等断面立柱受压稳定性计算168

变断面立柱受压稳定性计算175

梁的稳定性175

线弹性范围壳的临界载荷180

第2章 铸件设计的工艺性和铸件结构要素181

1 铸造技术发展趋势及新一代精确铸造技术181

2 常用铸造金属的铸造性和结构特点190

铸铁和铸钢的特性与结构特点190

用灰铸铁、蠕墨铸铁、球墨铸铁制造汽车零件和钢锭模的技术经济比较192

常用铸造有色合金的特性与结构特点194

3 铸件的结构要素195

最小壁厚195

外壁、内壁与筋的厚度196

壁的连接196

壁厚的过渡197

最小铸孔197

铸造内圆角及过渡尺寸（JB/ZQ 4255—1997）198

铸造外圆角（JB/ZQ 4256—1997）198

铸造斜度199

法兰铸造过渡斜度（JB/ZQ 4254—1997）199

凸出部分最小尺寸（JB/ZQ 4169—1997）199

加强筋199

孔边凸台200

内腔200

凸座200

4 铸造公差（摘自GB/T 6414—1999）200

5 铸件设计的一般注意事项（摘自JB/ZQ 4169—1997）201

6 铸铁件（摘自JB/T 5000.4—2007）、铸钢件（摘自JB/T 5000.6—2007）、有色金属铸件（摘自JB/T 5000.5—2007）等铸件通用技术条件209

第3章 锻造和冲压设计的工艺性及结构要素210

1 锻造210

1.1 金属材料的可锻性210

1.2 锻造零件的结构要素（摘自GB/T 12361—2003、JB/T 9177—1999）211

模锻斜度（摘自GB/T 12361—2003）211

圆角半径（摘自GB/T 12361—2003、JB/T 9177—1999）211

截面形状变化部位外圆角半径值（a）和内圆角半径值（b）（摘自GB/T 12361—2003）212

收缩截面、多台阶截面、齿轮轮辐、曲轴的凹槽圆角半径（摘自JB/T 9177—1999）212

最/小底厚（摘自JB/T 9177—1999）213

最小壁厚、筋宽及筋端圆角半径（摘自JB/T 9177—1999）214

腹板最小厚度（摘自JB/T 9177—1999）215

最小冲孔直径、盲孔和连皮厚度（摘自JB/T 9177—1999）215

扁钢辗成圆柱形端尺寸216

圆钢锤扁尺寸216

1.3 锻件设计注意事项216

2 冲压218

2.1 冷冲压零件推荐用钢218

2.2 冷冲压件的结构要素219

冲裁件的结构要素（摘自JB/T 4378.1—1999）219

弯曲件的结构要素（摘自JB/T 4378.1—1999）219

拉深件和翻孔件的结构要素220

铁皮咬口类型、用途和余量221

卷边直径221

通风罩冲孔（摘自JB/ZQ 4262—1997）222

零件弯角处必须容纳另一个直角零件的做法222

最小可冲孔眼的尺寸（为板厚的倍数）222

翻孔尺寸及其距离边缘的最小距离222

加固筋的形状、尺寸及间距223

弯曲件尾部弯出长度223

冲出凸部的高度223

箱形零件的圆角半径、法兰边宽度和工件高度223

冲裁件最小许可宽度与材料的关系223

箍压时直径缩小的合理比例223

2.3 冲压件的尺寸和角度公差、形状和位置未注公差（摘自GB/T 13914、13915、13916—2002）、未注公差尺寸的极限偏差（摘自GB/T 15055—1994）224

平冲压件和成形冲压件尺寸公差224

冲压件形状和位置未注公差（摘自GB/T 13916—2002）229

2.4 冷挤压件结构要素230

冷挤压件的分类231

确定结构要素的一般原则231

冷挤压件结构要素232

2.5 冷冲压、冷挤压零件的设计注意事项232

3 锻件通用技术条件（碳素钢和合金结构钢）（摘自JB/T 5000.8—2007）235

第4章 焊接和铆接设计工艺性236

1 焊接236

1.1 金属常用焊接方法分类、特点及应用236

1.2 金属的可焊性240

钢的可焊性240

铸铁的可焊性241

有色金属的可焊性242

常用异种金属间的可焊性243

1.3 焊接材料及其选择246

不同焊接方法采用的焊接材料及其作用246

焊条、焊丝及焊剂的分类、特点和应用249

对焊条、焊丝及焊剂工艺性能的要求256

不同药皮类型焊条工艺性等比较258

选择焊条的基本原则260

几种常用钢材的焊条选择举例261

几种常用钢材埋弧焊焊剂与焊丝的选配举例266

焊条的型号和牌号271

不锈钢焊条型号表示273

焊条、焊丝和焊剂280

1.4 焊缝304

焊接及相关工艺方法代号及注法（摘自GB/T 5185—2005）304

焊缝符号表示方法（摘自GB/T 324—1988、GB/T 12212—1990）305

碳钢、低合金钢焊缝坡口的基本型式与尺寸（摘自GB/T 985—1988）318

不同厚度钢板的对接焊接322

有色金属焊接坡口型式及尺寸322

焊缝强度计算323

焊缝许用应力327

1.5 焊接结构的一般尺寸公差和形位公差（摘自GB/T 19804—2005）329

角度尺寸公差329

1.6 钎焊331

各种钎焊方法的比较及应用范围331

钎料和钎剂的选择原则332

钎料的选择333

典型钎焊的接头型式334

钎焊接头的间隙335

钎料336

钎剂340

1.7 塑料焊接343

热塑性塑料的可焊性343

塑料焊接温度343

硬聚氯乙烯塑料焊接接头型式及尺寸343

1.8 焊接结构设计注意事项344

2 铆接350

2.1 铆接设计注意事项350

2.2 型钢焊接接头尺寸、螺栓和铆钉连接规线、最小弯曲半径及截切351

等边角钢351

不等边角钢353

热轧普通槽钢355

热轧普通工字钢356

板材最小弯曲半径357

管材最小弯曲半径358

扁钢、圆钢弯曲的推荐尺寸359

角钢坡口弯曲c值360

角钢截切角推荐值360

3 焊接件通用技术条件（摘自JB/T 5000.3—2007）360

第5章 零部件冷加工设计工艺性与结构要素362

1 金属材料的切削加工性362

2 一般标准365

标准尺寸（摘自GB/T 2822—2005）365

标准角度（参考）366

锥度与锥角系列（摘自GB/T 157—2001）366

棱体的角度与斜度（摘自GB/T 4096—2001）367

莫氏和公制锥度（附斜度对照）368

60°中心孔（摘自GB/T 145—2001）368

75°、90°中心孔369

零件倒圆与倒角（摘自GB/T 6403.4—1986）369

球面半径（摘自GB/T 6403.1—1986）370

圆形零件自由表面过渡圆角半径和静配合连接轴用倒角370

燕尾槽（摘自JB/ZQ 4241—1997）370

T形槽（摘自GB/T 158—1996）371

砂轮越程槽（摘自GB/T 6403.5—1986）372

刨切、插、珩磨越程槽373

退刀槽（摘自JB/ZQ 4238—1997）373

滚人字齿轮退刀槽（摘自JB/ZQ 4238—1997）374

弧形槽端部半径（摘自GB 1127—1997）374

分度盘和标尺刻度（摘自JB/ZQ 4260—1997）375

滚花（摘自GB/T 6403.3—1986）375

锯缝尺寸（摘自JB/ZQ 4246—1997）375

3 冷加工设计注意事项376

4 切削加工件通用技术条件（重型机械）（摘自JB/T 5000.9—2007）387

第6章 热处理390

1 钢铁热处理390

1.1 铁-碳合金平衡图及钢的结构组织390

1.2 热处理方法分类、特点和应用392

整体热处理方法、特点和应用392

表面热处理、化学热处理方法、特点和应用397

形变热处理方法、特点和应用403

1.3 常用材料的热处理412

材料在热处理中的特性412

淬透性曲线图及其应用414

合金元素对钢组织性能和热处理工艺的影响417

常用材料的工作条件和热处理420

1.4 如何正确地提出零件的热处理要求431

工作图上应注明的热处理要求431

金属热处理工艺分类及代号的表示方法（摘自GB/T 12603—1990）432

热处理技术要求在零件图上的表示方法（摘自JB/T 8555—1997）434

常见的热处理技术要求的标注错例438

制定热处理要求的要点439

几类典型零件的热处理实例446

1.5 热处理对零件结构设计的要求454

一般要求454

感应加热表面淬火的特殊要求462

2 有色金属热处理464

2.1 有色金属材料热处理方法及选用464

2.2 铝及铝合金热处理465

变形铝合金的热处理方法和应用465

铸造铝合金的热处理方法和应用467

2.3 铜及铜合金热处理468

2.4 钛及钛合金热处理469

2.5 镁合金的热处理470

第7章 表面技术473

1 表面技术的分类和功能473

1.1 表面技术的含义和分类473

1.2 表面技术的功能474

2 不同表面技术的特点477

2.1 表面技术的特点与应用477

2.2 各种薄膜气相沉积技术的特点对比485

3 电镀486

电镀层的分类487

金属镀层的特点及应用488

镀层选择489

4 复合电镀492

复合电镀的优缺点492

复合电镀的类型和应用492

5 （电）刷镀494

不同工况下镀层的选择494

在不同金属材料上的电刷镀495

单一镀层安全厚度和夹心镀层496

6 纳米复合电刷镀496

纳米复合电刷镀技术原理、特点和应用496

纳米复合电刷镀层的性能497

7 热喷涂499

不同热喷涂方法的技术特性比较500

喷涂基体表面基本设计要求501

热喷涂材料的选择原则501

涂层类别、特性及其喷涂材料选择502

热喷涂应用实例507

8 塑料粉末热喷涂510

塑料粉末热喷涂的特点、涂料类别、涂层性能和应用511

塑料粉末喷涂方法的原理、特点和应用512

塑料涂层的应用实例513

塑料喷涂对被涂件结构的一般要求514

9 粉末渗镀锌（摘自JB/T 5067—2007）514

镀层厚度等级及厚度值514

10 化学镀、热浸镀、真空镀膜515

化学镀、热浸镀、真空镀膜的特点及应用515

离子镀TiN、TiC化合物镀膜516

11 化学转化膜法（金属的氧化、磷化和钝化处理）和金属着色处理516

金属的氧化、磷化和钝化处理的特点与应用516

金属着色处理517

12 喷丸、滚压和表面纳米化518

喷丸原理与应用518

滚压原理与参数518

滚珠滚压加工对碳钢零件表面性质的改善程度519

表面强化使疲劳强度增加的百分数519

各种表面强化方法的特点520

表面纳米化520

13 高能束表面强化技术521

高能束表面强化技术的含义、特点及比较521

激光束、电子束表面强化和离子束注入技术的分类、特点及应用521

14 涂装528

涂装技术的涂层体系和涂料的设计选用528

按不同因素选择涂料529

耐热涂层532

三防（防湿热、防盐雾、防霉菌）涂层系统533

各种涂装类别所用油漆的通用技术要求（摘自JB/T 5000.12—2007）535

涂装通用技术条件（摘自JB/T 5000.12—2007）537

15 复合表面技术539

15.1 以增强耐磨性为主的复合涂层539

电镀、化学镀复合材料及其复合涂层539

多层涂层542

功能梯度涂层545

含表面热处理的复合强化层546

含激光处理的复合强化层及其他表面技术的复合550

15.2 以增强耐蚀性为主的复合涂层554

耐蚀复合镀层和多层镍-铬镀层554

镍镉扩散镀层和金属-非金属复合涂层555

有机复合膜层557

自蔓延技术制备钢基陶瓷复合材料和耐高温热腐蚀复合涂层558

15.3 以增强固体润滑性为主的复合涂层561

复合镀固体润滑材料和气相沉积复合膜和多层膜561

含扩渗改性的表面膜层565

金属塑料复合材料567

黏结固体润滑膜568

15.4 以提高疲劳强度等综合性能的表面复合涂层571

16 陶瓷涂层572

17 表面技术的设计选择575

17.1 表面（复合表面）技术设计选择的一般原则575

17.2 涂覆层界面结合的类型、原理和特点578

17.3 镀层和不同材料相互接触时的接触腐蚀等级580

17.4 镀层厚度系列及应用范围581

17.5 不同金属及合金基体材料的镀覆层的选择587

17.6 表面处理的表示方法588

金属镀覆和化学处理588

表面涂料涂覆（摘自GB/T 4054—1983）590

18 有色金属表面处理591

铝及铝合金的氧化与着色591

镁合金的表面处理594

第8章 装配工艺性597

1 装配类型和方法597

2 装配工艺设计注意事项597

3 转动件的平衡606

3.1 基本概念606

3.2 静平衡和动平衡的选择607

3.3 平衡品质的确定（摘自GB/T 9239—1988 ）607

3.4 转子许用不平衡量向校正平面的分配（摘自GB/T 9239—1988）609

3.5 转子平衡品质等级在图样上的标注方法（参考）611

4 装配通用技术条件（摘自JB/T 5000.10—2007）612

4.1 一般要求612

4.2 装配连接方式612

4.3 典型部件的装配613

4.3.1 滚动轴承613

4.3.2 滑动轴承614

4.3.3 齿轮与齿轮箱装配616

4.3.4 带和链传动装配616

4.3.5 联轴器装配617

4.3.6 制动器、离合器装配617

4.4 平衡试验及其他617

4.5 总装及试车618

5 配管通用技术条件（摘自JB/T 5000.11—2007）618

第9章 工程用塑料和粉末冶金零件设计要素622

1 工程用塑料零件设计要素622

1.1 塑料分类、成形方法及应用622

1.2 工程常用塑料的选用623

1.3 工程用塑料零件的结构要素624

1.4 塑料零件的尺寸公差和塑料轴承的配合间隙625

1.5 工程用塑料零件的设计注意事项626

2 粉末冶金零件设计要素629

2.1 粉末冶金的特点及主要用途629

2.2 粉末冶金零件最小厚度、尺寸范围及其精度629

2.3 粉末冶金零件设计注意事项629

第10章 人机工程学有关功能参数632

1 人体尺寸百分位数在产品设计中的应用632

1.1 人体尺寸百分位数的选择（摘自GB/T 12985—1991）632

1.2 以主要百分位和年龄范围的中国成人人体尺寸数据（摘自GB/T 10000—1988）634

1.3 工作空间人体尺寸（摘自GB/T 13547—1992）640

人体立姿尺寸640

人体坐姿、跪姿、俯卧姿及爬姿尺寸641

1.4 工作岗位尺寸设计的原则及其数值（摘自GB/T 14776—1993）643

1.4.1 工作岗位尺寸设计645

1.4.2 工作岗位尺寸设计举例647

2 人体必需和可能的活动空间649

2.1 人体必需的空间649

2.2 人手运动的范围649

2.3 上肢操作时的最佳运动区域649

2.4 腿和脚运动的范围649

3 操作者有关尺寸650

3.1 坐着工作时手工操作的最佳尺寸650

3.2 工作坐位的推荐尺寸651

3.3 运输工具的坐位及驾驶室尺寸652

3.4 站着工作时手工操作的有关尺寸652

4 手工操作的主要数据653

4.1 操作种类和人力关系653

4.2 操纵机构的功能参数及其选择655

5 工业企业噪声有关数据657

6 照明658

7 综合环境条件的不同舒适度区域和振动引起疲劳的极限时间658

8 安全隔栅及其他659

8.1 安全隔栅659

8.2 梯子（摘自GB 4053.1,4053.2—1993）及防护栏杆（摘自GB 4053.3—1993）660

8.3 倾斜通道662

第11章 符合造型、载荷、材料等因素要求的零部件结构设计准则663

1 符合造型要求的结构设计准则663

2 符合载荷要求的结构设计准则664

3 符合公差要求的结构设计准则669

4 符合材料及其相关因素要求的结构设计准则671

铸钢、铸铁件等及材料相关因素要求的结构设计准则671

镁合金件合理的结构设计674

第12章 装运要求及设备基础678

1 装运要求678

1.1 包装通用技术条件（摘自JB/T 5000.13—2007）678

1.2 有关运输要求679

2 设备基础设计的一般要求681

2.1 混凝土基础的类型681

2.2 地脚螺栓682

地脚螺栓的种类和选用683

地脚螺栓的外露长度683

2.3 设备和基础的连接方法及适应范围683

3 垫铁种类、型式、规格及应用685

参考文献687