機械設計基礎

本書是為適應我國迅猛發展的高等職業教育的改革而編寫的。全書以培養學生初步建立工程概念，瞭解和掌握機械基礎知識、具備設計簡單機械傳動裝置的能力為目標，從機械系統的角度，重點闡明瞭機械系統中常用機構、通用機械零部件及簡單機械傳動系統設計的基本知識、基本理論、基本設計計算方法等內容。本書共15章，每章都配有一定量的習題。本書主要用作高職高專、成人高校的機械類、機電類及汽車、數控等專業機械設計基礎課程的教材，也可供有關工程技術人員和大、中專學生參考使用。 ^[1] 

第0章 緒論1

0.1 本課程的研究對象1

0.1.1 機械、機器和機構2

0.1.2 構件和零件4

0.2 課程的內容、地位、學習目的和方法4

0.3 機械設計應滿足的一般要求及一般程序5

0.3.1 機械設計的基本要求5

0.3.2 機械設計的一般程序6

本章小結6

思考與習題7

第1章 平面機構及其自由度8

1.1 機構的組成8

1. 1. 1 運動副8

1. 1. 2 運動副的分類9

1. 1. 3 自由度和約束10

1. 1. 4 運動鏈和機構11

1.2 平面機構運動簡圖11

1.2.1 常用機構構件、運動副代表符號11

1.2.2 運動簡圖的繪製步驟13

1.3 平面機構自由度計算14

1.3.1 平面機構的自由度14

1.3.2 機構具有確定運動的條件14

1.3.3 計算機構自由度時要注意的幾種情況15

本章小結18

思考與習題18

第2章 平面連桿機構20

2.1 平面連桿機構的特點和應用20

2.2 平面連桿機構的類型及其演化21

2.2.1 平面四杆機構的基本形式21

2.2.2 平面四杆機構的演化23

2.3 鉸鏈四杆機構有曲柄的條件27

2.4 平面連桿機構的工作特性29

2.4.1 急回運動特性和行程速度變化係數29

2.4.2 壓力角和傳動角30

2.4.3 死點位置32

2.5 平面四杆機構的設計33

2.5.1 設計的基本問題33

2.5.2 用圖解法設計平面四杆機構34

本章小結36

思考與習題37

第3章 凸輪機構40

3.1 凸輪機構的應用與分類40

3.1.1 凸輪機構的應用與特點40

3.1.2 凸輪機構的分類41

3.2 從動件常用的運動規律42

3.2.1 凸輪機構運動過程及有關名稱42

3.2.2 從動件的常用運動規律43

3.3 圖解法設計盤形凸輪輪廓曲線47

3.3.1 反轉法原理47

3.3.2 盤形凸輪輪廓曲線的設計47

3.4 凸輪機構基本尺寸的確定51

3.4.1 凸輪機構的壓力角及許用值51

3.4.2 凸輪基圓半徑的確定52

3.4.3 滾子半徑的選擇53

本章小結54

思考與習題55

第4章 齒輪機構57

4.1 齒輪機構的傳動特點和類型57

4.2 齒廓齧合基本定律59

4.3 漸開線與漸開線齒廓61

4.3.1 漸開線的形成和特性61

4.3.2 漸開線方程式62

4.3.3 漸開線齒廓的齧合特性63

4.4 漸開線標準直齒圓柱齒輪傳動的基本參數及幾何尺寸64

4.4.1 漸開線標準直齒圓柱齒輪各部分的名稱及代號64

4.4.2 漸開線標準直齒圓柱齒輪主要參數65

4.4.3 內齒輪的齒廓特點67

4.4.4 齒條的齒廓特點67

4.4.5 漸開線標準直齒圓柱齒輪幾何尺寸68

4.5 漸開線標準直齒圓柱齒輪的齧合傳動68

4.5.1 一對漸開線齒輪的正確齧合條件69

4.5.2 齒輪傳動的標準中心距與齧合角69

4.5.3 漸開線齒輪連續傳動的條件70

4.5.4 齒輪與齒條齧合傳動72

4.6 漸開線齒輪的加工73

4.6.1 齒輪輪齒的加工方法73

4.6.2 用標準齒條刀具加工標準齒輪75

4.6.3 輪齒的根切現象與避免根切的措施76

4.7 變位齒輪簡介77

4.7.1 漸開線標準齒輪的侷限性77

4.7.2 變位齒輪78

4.7.3 變位齒輪傳動80

4.8 平行軸斜齒圓柱齒輪機構81

4.8.1 斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成及齧合特性81

4.8.2 斜齒圓柱齒輪的基本參數和幾何尺寸計算82

4.8.3 平行軸斜齒輪機構的正確齧合及連續傳動條件84

4.8.4 斜齒圓柱齒輪的當量齒數85

4.8.5 平行軸斜齒輪傳動的主要優缺點86

4.9 蝸輪蝸桿機構86

4.9.1 蝸桿機構的傳動類型、特點和應用86

4.9.2 蝸桿蝸輪的形成88

4.9.3 蝸桿蝸輪正確齧合條件89

4.9.4 蝸桿蝸輪機構的主要參數及幾何尺寸計算89

4.9.5 蝸桿機構中蝸輪轉動方向的判定92

4.10 圓錐齒輪機構92

4.10.1 直齒圓錐齒輪傳動特性92

4.10.2 直齒圓錐齒輪的齒廓曲面、背錐和當量齒數93

4.10.3 圓錐齒輪的傳動94

4.10.4 直齒錐齒輪傳動的主要參數與幾何尺寸計算95

本章小結96

思考與習題97

第5章 輪系99

5.1 輪系的分類99

5.1.1 定軸輪系99

5.1.2 週轉輪系100

5.1.3 混合輪系100

5.2 輪系的傳動比101

5.2.1 定軸輪系的傳動比的計算101

5.2.2 週轉輪系傳動比的計算103

5.2.3 混合輪系傳動比的計算105

5.3 輪系的功能107

本章小結110

思考與習題111

第6章 間歇運動機構113

6.1 棘輪機構113

6.1.1 棘輪機構的組成和工作原理113

6.1.2 棘輪與棘爪的位置關係和主要參數115

6.1.3 棘輪機構的特點和應用117

6.2 槽輪機構117

6.2.1 槽輪機構的組成工作原理117

6.2.2 槽輪機構的主要參數118

6.2.3 槽輪機構的特點及應用119

6.3 不完全齒輪機構119

本章小結120

思考與習題120

第7章 機械零件設計概述121

7.1 機械零件應滿足的基本要求和設計的一般步驟121

7.1.1 機械零件應滿足的基本要求121

7.1.2 機械零件設計的一般步驟122

7.2 機械零件的失效形式及設計準則123

7.2.1 機械零件的失效形式123

7.2.2 機械零件的設計準則123

7.3 機械零件常用材料及其選用原則125

7.3.1 機械零件常用材料125

7.3.2 機械零件材料選用的原則127

7.4 機械的摩擦、磨損及潤滑128

7.4.1 摩擦與磨損128

7.4.2 潤滑與密封130

7.5 機械零件設計的工藝化及標準化131

7.5.1 機械零件的結構工藝性131

7.5.2 機械零件設計的標準化132

7.6 幾種常用的現代機械零件設計方法簡介132

本章小結133

思考與習題133

第8章 帶傳動134

8.1 帶傳動的類型、特點和應用134

8.1.1 帶傳動的主要類型134

8.1.2 帶傳動的特點和應用136

8.2 V帶和V帶輪136

8.2.1 V帶的結構和尺寸標準136

8.2.2 V帶輪的材料與結構138

8.3 帶傳動的工作能力分析141

8.3.1 帶傳動的受力分析141

8.3.2 帶傳動的最大有效圓周拉力及其影響142

8.3.3 彈性滑動與打滑144

8.3.4 帶傳動的工作應力分析144

8.4 V帶傳動設計146

8.4.1 帶傳動的主要失效形式和設計準則146

8.4.2 單根V帶傳遞的額定功率146

8.4.3 已知數據及設計內容149

8.4.4 設計步驟與參數選擇151

8.5 V帶傳動的張緊裝置及維護154 ^[1] 

本章小結158

思考與習題158

第9章鏈傳動160

9.1鏈傳動的類型、結構和特點160

9.1.1鏈傳動的特點及應用160

9.1.2傳動鏈的結構類型161

9.1.3鏈輪的結構和材料163

9.2鏈傳動的工作情況分析166

9.2.1鏈傳動的運動特性166

9.2.2鏈傳動的受力分析167

9.3滾子鏈傳動設計計算168

9.3.1滾子鏈傳動的失效形式168

9.3.2鏈傳動的承載能力169

9.3.3鏈傳動的主要參數選擇及設計步驟171

9.4鏈傳動的使用和維護174

本章小結177

思考與習題178

第10章齒輪傳動180

10.1齒輪傳動的失效形式和設計準則180

10.1.1齒輪的工作條件與齒面硬度181

10.1.2輪齒的失效形式181

10.1.3齒輪傳動的計算準則183

10.2齒輪常用材料及熱處理183

10.2.1齒輪材料及其選用183

10.2.2齒輪的熱處理185

10.3標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算187

10.3.1輪齒的受力分析和計算載荷187

10.3.2齒面接觸疲勞強度計算188

10.3.3齒根彎曲疲勞強度的計算191

10.3.4許用應力、齒輪主要參數和精度等級的選擇192

10.4標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算198

10.4.1輪齒的受力分析199

10.4.2斜齒輪強度計算199

10.5標準直齒圓錐齒輪傳動的強度計算202

10.5.1輪齒的受力分析203

10.5.2直齒錐齒輪傳動強度的計算203

10.6齒輪的結構204

10.7齒輪傳動的潤滑206

10.7.1齒輪傳動的潤滑方式206

10.7.2潤滑劑的選擇207

10.8蝸桿傳動207

10.8.1蝸桿傳動的失效形式、計算準則、材料選擇和精度207

10.8.2蝸桿傳動的強度計算209

10.8.3蝸桿傳動的效率、潤滑及熱平衡計算211

10.8.4蝸桿蝸輪的結構213

本章小結217

思考與習題218

第11章軸221

11.1軸的功用和類型221

11.2軸的材料222

11.3軸的結構設計223

11.3.1軸結構設計的基本要求223

11.3.2擬定軸上零件的裝配方案224

11.3.3軸上零件的定位224

11.3.4各軸段直徑和長度的確定226

11.3.5軸的結構工藝性227

11.3.6提高軸的強度的常用措施228

11.4軸的強度計算230

11.4.1按扭轉強度計算230

11.4.2按彎扭合成強度計算231

11.5軸的剛度計算232

11.5.1彎曲變形的計算233

11.5.2扭轉變形的計算233

11.6軸的設計實例分析234

本章小節238

思考與習題240

第12章軸承241

12.1滾動軸承的組成、類型和特點241

12.1.1滾動軸承的結構241

12.1.2滾動軸承的類型和特點242

12.2滾動軸承的代號及類型選擇245

12.2.1滾動軸承的代號245

12.2.2滾動軸承類型的選擇原則247

12.3滾動軸承的壽命計算和靜強度計算248

12.3.1滾動軸承的失效形式和設計準則248

12.3.2軸承的基本額定壽命和基本額定動載荷249

12.3.3軸承壽命的計算250

12.3.4滾動軸承的當量動載荷的計算251

12.3.5滾動軸承的靜載荷的計算254

12.4滾動軸承的組合設計255

12.4.1單個滾動軸承的軸向固定255

12.4.2軸系支承端結構形式256

12.4.3滾動軸承的配合與裝拆258

12.4.4軸承座的剛度與同軸度259

12.4.5滾動軸承的潤滑和密封259

12.5滑動軸承261

12.5.1滑動軸承的類型、結構和材料261

12.5.2非液體摩擦滑動軸承的計算266

12.5.3液體摩擦滑動軸承簡介267

12.6滾動軸承與滑動軸承的性能比較268

本章小結269

思考與習題270

第13章機械連接272

13.1螺紋連接272

13.1.1螺紋連接及螺紋連接零件272

13.1.2螺紋連接件的材料、性能等級及許用應力277

13.1.3螺紋連接的預緊和防松277

13.1.4螺栓組的結構設計279

13.1.5單個螺栓連接的強度計算281

13.1.6提高螺栓連接強度的措施286

13.2鍵連接、花鍵連接、銷連接及成形連接287

13.2.1鍵連接287

13.2.2花鍵連接290

13.2.3銷連接291

13.2.4成形連接291

13.3聯軸器和離合器292

13.3.1聯軸器293

13.3.2離合器297

本章小結300

思考與習題301

第14章減速器303

14.1常用減速器的類型特點與應用303

14.1.1減速器的主要類型和特點303

14.1.2減速器的應用305

14.2減速器的主要參數與傳動比的分配306

14.3減速器的結構和潤滑307

14.3.1減速器的結構307

14.3.2減速器的潤滑和密封308

本章小結309

思考與習題310

參考文獻311 ^[1]