機械設計基礎

本書根據課程綜合化教學改革的需要，對知識結構進行了適當調整，理論內容“夠用、管用”，更側重於實際應用能力的培養。

本書採用了最新的標準和規範，主要內容包括：平面機構的運動簡圖和自由度、平面連桿機構、凸輪機構、間歇運動機構、齒輪機構、齒輪系、帶傳動與鏈傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動、軸、軸承、聯軸器、離合器、制動器、聯接、彈簧、起重機零件、機械的調速與平衡。考慮到實踐教學的需要，本書設置有豐富的練習題和18個實驗實訓項目，利於學生基本技能的訓練。本書圖文並茂，可使讀者輕鬆學習。

本書可作為高職高專制冷、化工、包裝、食品、電氣電子類等專業師生的教學用書，也可作為成人教育、中職相關專業和職業培訓的參考用書，還可供相關領域工程技術人員和管理人員參考。 ^[1] 

第一章緒論1

第一節概述1

一、機械的分類1

二、機器的功能組成及結構特徵1

第二節本課程的內容、性質和任務3

一、本課程的研究內容3

二、本課程的性質和任務3

第三節機械設計的基本要求和一般過程4

一、機械設計應滿足的基本要求4

二、機械設計的一般過程4

第四節機械零件常用材料5

一、常用金屬材料5

二、常用非金屬材料10

第五節常用金屬材料的主要性能指標及

概念12

一、金屬材料的靜態力學性能12

二、金屬材料的動態力學性能15

三、其他性能簡介16

【練習題】16

第二章平面機構的運動簡圖和自由度18

第一節平面機構的組成18

一、平面機構的組成要素18

二、平面運動副的分類19

三、平面機構中構件的類型20

第二節平面機構運動簡圖的繪製22

一、平面機構運動副的符號22

二、構件的表示方法23

第三節平面機構自由度的計算25

一、平面機構的自由度25

二、機構具有確定運動的條件25

三、計算平面機構自由度時的注意事項26

【練習題】29

第三章平面連桿機構32

第一節平面連桿機構的應用32

一、鉸鏈四杆機構的基本類型及應用32

二、鉸鏈四杆機構類型的判別34

第二節鉸鏈四杆機構的演化型式及應用35

一、曲柄滑塊機構35

二、導杆機構35

三、偏心輪機構38

第三節平面四杆機構的設計38

一、按給定連桿位置設計四杆機構38

二、按給定的行程速比係數設計四杆

機構39

【練習題】40

第四章凸輪機構42

第一節凸輪機構的應用和分類42

一、凸輪機構的組成、特點和應用42

二、凸輪機構的分類43

第二節從動件的運動規律44

一、凸輪機構的基本參數44

二、常用從動件運動規律45

第三節盤形凸輪輪廓曲線的設計方法46

一、對心移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓曲線

的設計47

二、對心移動滾子從動件盤形凸輪輪廓曲線

的設計48

三、偏置移動尖頂從動件盤形凸輪輪廓曲線

的設計49

第四節凸輪機構基本尺寸的確定49

一、壓力角50

二、基圓半徑的選取50

三、滾子半徑的選取51

四、平底從動件平底尺寸的確定51

五、凸輪的結構及材料51

【練習題】52第五章間歇運動機構54

第一節槽輪機構54

一、槽輪機構工作原理54

二、槽輪機構主要參數55

第二節棘輪機構55

一、棘輪機構的工作原理及其應用55

二、棘爪工作條件57

第三節不完全齒輪機構57

一、不完全齒輪機構的組成57

二、不完全齒輪機構的特點和應用58 ^[1] 

第四節凸輪式間歇運動機構58

一、凸輪式間歇運動機構的工作原理及

類型58

二、凸輪式間歇運動機構的特點和應用59

【練習題】59

第六章齒輪機構60

第一節齒輪機構的特點和類型60

一、齒輪機構的特點60

二、齒輪機構的類型60

第二節齒廓齧合基本定律62

第三節漸開線齒廓63

一、漸開線的形成及其特性63

二、漸開線齒廓滿足定傳動比的要求64

三、中心距可分性64

四、齒廓間正壓力的方向不變65

五、齒廓間存在相對滑動65

第四節漸開線標準直齒圓柱齒輪的基本

參數和幾何尺寸計算65

一、齒輪各部分名稱和符號65

二、漸開線標準齒輪的基本參數66

三、漸開線標準直齒圓柱齒輪的幾何

尺寸68

四、標準齒條69

五、內齒輪69

第五節漸開線標準直齒圓柱齒輪的齧合70

一、漸開線齒輪正確齧合的條件70

二、標準安裝和標準中心距71

三、漸開線齒輪連續傳動的條件71

第六節漸開線齒輪的切齒原理72

一、仿形法加工齒輪72

二、範成法加工齒輪73

第七節根切現象、最少齒數及變位齒輪75

一、根切現象和最少齒數75

二、變位齒輪75

第八節漸開線斜齒圓柱齒輪機構76

一、齒廓曲面的形成及其齧合特點76

二、斜齒圓柱齒輪的基本參數和幾何尺寸

計算77

三、斜齒輪傳動的重合度78

四、斜齒圓柱齒輪正確齧合的條件79

五、斜齒輪的當量齒輪與當量齒數79

六、斜齒輪傳動主要特點80

第九節直齒圓錐齒輪機構81

一、圓錐齒輪傳動的應用、特點和分類81

二、直齒圓錐齒輪齒廓曲面的形成82

三、圓錐齒輪的背錐和當量齒數82

四、直齒圓錐齒輪的基本參數和幾何尺寸

計算83

【練習題】84

第七章齒輪系86

第一節定軸輪系及其傳動比計算87

一、一對齒輪的傳動比87

二、定軸輪系傳動比的計算88

第二節週轉輪系及其傳動比計算90

一、週轉輪系的分類90

二、週轉輪系傳動比計算90

第三節混合輪系及其轉動比計算93

第四節輪系的應用94

一、實現遠距離傳動94

二、獲得大傳動比94

三、實現變速傳動95

四、實現運動的合成與分解95

五、實現換向傳動96

第五節其他行星齒輪傳動簡介97

一、漸開線少齒差行星齒輪傳動97

二、擺線針輪行星輪系傳動98

三、諧波齒輪傳動99

第六節減速器100

一、常用減速器的主要類型、特點和

應用100

二、減速器傳動比的分配101

三、減速器的結構102

【練習題】102

第八章帶傳動與鏈傳動104

第一節帶傳動的特點和類型104

一、帶傳動的特點和應用104

二、帶傳動的類型104

第二節V帶的標準和帶輪的結構105

一、V帶的類型、結構和標準105

二、V帶輪結構107

第三節帶傳動的工作情況分析108

一、帶傳動的受力及應力108

二、帶傳動的彈性滑動和打滑110

第四節V帶傳動的設計方法111

一、帶傳動的失效形式和設計準則111

二、單根V帶所能傳遞的基本額定功率111 ^[1] 

三、V帶傳動的設計111

第五節帶傳動的張緊、使用和維護115

一、帶傳動的張緊115

二、帶傳動的使用和維護116

第六節同步帶傳動的特點、結構和標準118

一、同步帶傳動特點118

二、同步帶的結構和標準118

第七節鏈傳動的特點和類型122

一、鏈傳動的特點和應用122

二、鏈傳動的類型122

第八節滾子鏈和鏈輪122

一、滾子鏈的結構122

二、滾子鏈的標準123

三、鏈輪124

第九節鏈傳動的運動特性125

一、平均鏈速和平均傳動比125

二、瞬時鏈速和瞬時傳動比125

第十節滾子鏈傳動的設計計算126

一、鏈傳動的主要失效形式126

二、滾子鏈的額定功率曲線126

三、滾子鏈傳動的設計計算127

四、參數選擇和設計計算128

第十一節鏈傳動的佈置、張緊和潤滑129

一、鏈傳動的佈置129

二、鏈傳動的張緊和潤滑129

【練習題】131

第九章齒輪傳動132

第一節概述132

一、齒輪傳動的類型132

二、齒輪設計的一般步驟132

第二節齒輪傳動的失效形式及計算準則133

一、齒輪傳動的失效形式133

二、齒輪傳動的計算準則135

第三節齒輪常用材料的選擇135

一、齒輪常用材料及其熱處理135

二、齒輪的精度等級137

第四節齒輪傳動的受力分析及計算載荷137

一、齒輪傳動的受力分析138

二、齒輪傳動的計算載荷140

第五節直齒圓柱齒輪的彎曲強度計算140

一、齒根應力140

二、齒形係數141

三、齒輪的彎曲疲勞計算141

第六節直齒圓柱齒輪齒面接觸強度計算143

一、接觸應力的計算143

二、抗觸疲勞許用應力的計算144

三、齒輪主要參數的選擇144

四、齒面接觸強度計算146

第七節斜齒圓柱齒輪傳動148

一、斜齒輪齒面接觸疲勞強度計算148

二、斜齒輪齒根彎曲強度計算148

第八節齒輪的結構設計與潤滑149

一、齒輪的結構設計149

二、齒輪傳動的效率和潤滑150

【練習題】152

第十章蝸桿傳動155

第一節蝸桿傳動的特點和類型155

一、蝸桿傳動的特點和應用155

二、蝸桿傳動的類型155

三、蝸桿傳動的精度等級157

第二節蝸桿機構的基本參數和幾何尺寸

計算157

一、蝸桿傳動的基本參數157

二、蝸桿蝸輪的幾何尺寸計算160

三、蝸桿傳動正確齧合的條件160

第三節蝸桿傳動的受力分析162

第四節蝸桿傳動的失效形式、計算準則、

常用材料及結構163

一、蝸桿傳動的失效形式163

二、蝸桿傳動的計算準則163

三、蝸桿和蝸輪的材料163

四、蝸桿和蝸輪的結構164

第五節蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡

計算165

一、蝸桿傳動的效率165

二、蝸桿傳動的潤滑165

三、蝸桿傳動的熱平衡計算167

【練習題】168

第十一章軸170

第一節軸的類型170

一、按軸的承載情況分類170

二、按軸線形狀分類170

第二節軸的結構設計172

一、零件在軸上的軸向固定172

二、零件在軸上的周向定位174 ^[1] 

第三節軸的材料及選擇174

第四節軸轂聯接175

一、鍵聯接175

二、花鍵聯接178

三、銷聯接179

第五節軸過盈聯接181

一、軸過盈聯接的原理與裝配方法181

二、軸過盈聯接的特點181

【練習題】181

第十二章軸承182

第一節軸承概述182

第二節滑動軸承182

一、滑動軸承的類型及特點182

二、軸瓦的結構與材料184

三、滑動軸承的潤滑185

第三節滾動軸承188

一、滾動軸承的構造和類型188

二、滾動軸承的代號189

三、滾動軸承的選用189

四、滾動軸承的組合設計192

五、滾動軸承的潤滑和密封195

【練習題】197

第十三章聯軸器、離合器、制動器198

第一節聯軸器198

一、剛性聯軸器198

二、彈性聯軸器201

第二節離合器203

一、牙嵌式離合器203

二、摩擦式離合器204

第三節制動器205

一、塊式制動器205

二、帶式制動器206

【練習題】206

第十四章螺紋聯接207

第一節螺紋的類型及應用207

一、螺紋的形成及類型207

二、螺紋的基本參數208

三、常用螺紋的特點及應用209

第二節螺旋副的受力分析、效率與自鎖209

一、螺旋副中的摩擦力209

二、螺旋副的受力分析、效率與自鎖210

第三節螺紋聯接的基本類型及螺紋緊

固件211

一、螺紋聯接的基本類型211

二、螺紋緊固件212

第四節螺紋聯接的預緊和防松213

一、螺紋聯接的預緊213

二、螺紋聯接的防松214

第五節螺旋傳動215

一、螺旋傳動按其用途分類215

二、螺旋傳動按其摩擦性質分類215

【練習題】216

第十五章彈簧、起重機零件217

第一節彈簧的功用和類型217

一、彈簧的功用217

二、彈簧的分類217

三、圓柱螺旋彈簧的結構218

第二節彈簧的製造、材料和許用應力219

一、彈簧的製造219

二、彈簧的材料220

三、彈簧的許用應力220

第三節鋼絲繩221

一、鋼絲繩的構造222

二、鋼絲繩的分類222

三、鋼絲繩的選用223

四、鋼絲繩的使用與維護223

【練習題】224

第十六章機械的調速與平衡225

第一節機械速度波動的調節225

一、機械速度波動調節的目的和方法225

二、週期性速度波動的調節226

第二節迴轉件的平衡229

一、迴轉件平衡的目的229

二、迴轉件的靜平衡原理及其試驗230

三、迴轉件的動平衡原理及其試驗233

【練習題】235

實驗實訓236

【實驗實訓一】機器的組成認識236

【實驗實訓二】機構運動簡圖及測繪237

【實驗實訓三】凸輪製作238

【實驗實訓四】漸開線齒輪範成原理241

【實驗實訓五】減速器的結構分析和

拆裝243

【實驗實訓六】帶傳動、鏈傳動、同步帶傳

動特點246

【實驗實訓七】漸開線直齒圓柱齒輪參數的

測定246

【實驗實訓八】蝸桿傳動效率測定249

【實驗實訓九】軸系結構的測繪與分析252

【實驗實訓十】潤滑與密封裝置的分析253

【實驗實訓十一】滑動軸承與滾動軸承應用

分析256

【實驗實訓十二】聯軸器的安裝與調試257

【實驗實訓十三】離合器的安裝與調試258

【實驗實訓十四】螺紋聯接件的應用258

【實驗實訓十五】彈簧的使用259

【實驗實訓十六】起重機零件的操作259

【實驗實訓十七】迴轉構件的靜平衡259

【實驗實訓十八】迴轉構件的動平衡261

參考文獻263 ^[1]