精密機械設計

本書是由“國家教育部儀器科學與技術教學指導委員會”委員編寫的《精密機械設計》教材，以精密機械中常用機構和零部件為研究對象，從設計該類機構和零部件時應具備的基礎理論、基本技能和基本方法等方面介紹其工作原理、特點、應用範圍、選型、材料、精度和設計計算的一般原理和方法。全書包括17章內容。第1～2章講述精密機械設計所需的力學基礎知識；第3～7章講述精密機械中常用機構的工作原理和運動特性等基本知識；第8～12章講述精密機械設計中所用材料的熱處理方法、常用機械零部件的特點和設計計算的知識；第13～16章講述在精密機械中常用彈性元件、基座和導軌、常用機構的設計方法；第17章對精密機械設計中常用的連接形式——螺紋連接進行了簡單介紹。本書適合作為測控技術與儀器、光學工程、電子信息工程及機電類專業精密機械設計課程的教材，也可供有關專業師生、工程技術人員參考使用。 ^[1] 

第1章 精密機械零件的受力分析與平衡

1.1 力學的基本概念

1.1.1 力的概念

1.1.2 剛體的概念

1.1.3 平衡的概念

1.1.4 靜力學公理

1.2 約束、約束反力與受力圖

1.2.1 約束與約束反力

1.2.2 機械零件中常見的約束類型及其反力

1.2.3 受力圖

1.3 精密機械零件的受力平衡

1.3.1 共線力的平衡

1.3.2 平面力系的平衡

1.3.3 空間力系的平衡

習題

第2章 精密機械零件受力變形與應力分析

2.1 精密機械零件的強度與剛度

2.2 杆件的拉伸與壓縮

2.2.1 拉伸與壓縮時的內力與應力

2.2.2 拉伸與壓縮時的強度計算

2.3 機械零件的剪切

2.3.1 剪切時的內力與應力

2.3.2 剪切的強度計算

2.4 機械零件的扭轉

2.4.1 軸類零件的扭轉內力和應力

2.4.2 軸類零件的扭轉強度和剛度計算

2.5 梁類零件的平面彎曲

2.5.1 梁類零件的類型

2.5.2 梁類零件彎曲時的內力與應力

2.5.3 梁類零件彎曲的強度計算

習題

第3章 平面連桿機構的運動簡圖與自由度計算

3.1 運動副及其分類

3.1.1 機構的組成及其分類

3.1.2 運動副及其分類

3.2 平面機構運動簡圖

3.3 平面機構的自由度計算

3.3.1 機構自由度的計算

3.3.2 機構具有確定性運動的條件

3.3.3 計算機構自由度的注意事項

習題

第4章 平面連桿機構

4.1 平面四杆機構的基本形式和特性

4.1.1 鉸鏈四杆機構的基本形式

4.1.2 鉸鏈四杆機構的主要特性

4.2 平面四杆機構曲柄存在的條件

4.3 鉸鏈四杆機構的演化

4.4 平面四杆機構的設計

4.4.1 按照給定的行程速比係數設計四杆機構

4.4.2 按照給定連桿位置設計四杆機構

習題

第5章 凸輪機構

5.1 凸輪機構的應用和分類

5.1.1 凸輪機構的應用

5.1.2 凸輪機構的分類

5.2 從動件的常用規律

5.2.1 凸輪機構的運動過程和基本參數

5.2.2 凸輪從動件常用運動規律

5.3 圖解法設計盤形凸輪輪廓

5.3.1 圖解法設計盤形凸輪輪廓

5.3.2 解析法設計盤形凸輪輪廓

5.4 凸輪機構基本尺寸的確定

習題

第6章 齒輪機構

6.1 齒輪機構的特點和分類

6.2 齒廓齧合基本定理

6.3 漸開線齒廓

6.3.1 漸開線的形成及其性質

6.3.2 漸開線齒廓滿足齒廓齧合基本定律

6.3.3 漸開線齒廓的其他齧合特性

6.4 齒輪各部分名稱及漸開線標準直齒

圓柱齒輪的幾何尺寸計算

6.4.1 齒輪各部分名稱

6.4.2 標準直齒圓柱齒輪幾何尺寸的計算

6.5 漸開線標準直齒圓柱齒輪的齧合傳動

6.5.1 齒輪傳動的正確齧合條件

6.5.2 標準中心距

6.5.3 連續傳動條件

6.6 漸開線齒輪的切齒原理與根切現象

6.6.1 漸開線齒輪的切齒原理

6.6.2 根切現象和最小齒數

6.6.3 變位齒輪

6.7 斜齒圓柱齒輪機構

6.7.1 斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成及其齧合特點

6.7.2 斜齒圓柱齒輪的基本參數和幾何尺寸的計算

6.7.3 斜齒輪的正確齧合條件和重合度

6.7.4 斜齒輪的當量齒數

6.7.5 斜齒輪的優缺點

6.8 圓錐齒輪機構

6.8.1 直齒圓錐齒輪的傳動比

6.8.2 直齒圓錐齒輪的背錐和當量齒數

6.8.3 直齒圓錐齒輪幾何尺寸計算

6.9 蝸桿蝸輪機構

6.9.1 蝸桿蝸輪機構的傳動特點

6.9.2 蝸桿蝸輪傳動的類型

6.9.3 蝸桿蝸輪傳動的正確齧合條件

6.9.4 蝸桿蝸輪傳動的主要參數和幾何尺寸

習題

第7章 輪系

7.1 輪系的類型

7.1.1 定軸輪系

7.1.2 週轉輪系

7.2 定軸輪系傳動比計算

7.3 週轉輪系傳動比計算

7.3.1 週轉輪系的組成

7.3.2 週轉輪系傳動比的計算

7.4 複合輪系傳動比計算

7.5 輪系的功能

7.6 幾種特殊的行星齒輪傳動簡介

7.6.1 少齒差行星齒輪傳動

7.6.2 諧波齒輪傳動

習題

第8章 精密機械設計概論

8.1 精密機械設計的要求、程序與方法

8.1.1 精密機械設計的基本要求

8.1.2 精密機械設計的一般程序

8.1.3 精密機械設計方法

8.2 精密機械零件的強度

8.2.1 載荷和應力

8.2.2 靜應力作用下零件的強度

8.2.3 變應力作用下零件的強度

8.2.4 零件的接觸疲勞強度

8.3 精密機械零件的常用材料及鋼的熱處理

8.3.1 常用材料

8.3.2 鋼的熱處理

8.3.3 材料的選用原則

8.4 精密機械零件的結構工藝性

8.5 精密機械零件的剛度

習題

第9章 齒輪傳動

9.1 齒輪傳動的失效形式及設計準則

9.1.1 齒輪傳動的失效形式

9.1.2 齒輪傳動的設計準則

9.2 齒輪材料及熱處理

9.2.1 齒輪材料

9.2.2 齒輪的熱處理方法

9.3 齒輪傳動精度

9.4 直齒圓柱齒輪傳動的強度計算

9.4.1 受力分析

9.4.2 計算載荷

9.4.3 齒面接觸強度計算

9.4.4 齒根彎曲強度計算

9.5 斜齒圓柱齒輪傳動強度計算

9.5.1 受力分析

9.5.2 強度計算

9.6 直齒圓錐齒輪傳動

9.6.1 受力分析

9.6.2 強度計算

9.7 蝸桿傳動

9.7.1 受力分析

9.7.2 蝸桿傳動的失效形式和材料的選擇

9.7.3 強度計算

9.8 齒輪傳動鏈的設計

9.8.1 齒輪傳動形式的選擇

9.8.2 傳動比的分配

9.8.3 齒數、模數的確定

9.8.4 齒輪傳動的空回及消除方法

9.8.5 齒輪傳動鏈的結構設計

習題

第10章 帶傳動

10.1 帶傳動的類型和應用

10.2 帶傳動的受力分析

10.3 帶傳動中帶的應力分析

10.4 帶傳動的彈性滑動和打滑

10.5 普通V帶傳動的設計計算

10.5.1 單根普通V帶的許用功率

10.5.2 普通V帶的型號和根數的確定

10.5.3 主要參數的選擇

10.6 V帶輪設計及帶傳動張緊裝置

10.6.1 V帶輪設計

10.6.2 V帶傳動的張緊裝置

10.7 同步帶傳動簡介

10.7.1 概述

10.7.2 帶輪

10.7.3 同步帶傳動的設計計算

習題

第11章 螺旋傳動

11.1 螺旋傳動的類別

11.1.1 螺紋的生成

11.1.2 螺紋的主要參數

11.1.3 螺紋的牙形及種類

11.1.4 螺旋傳動的基本形式及其特點

11.2 螺旋傳動的計算

11.2.1 螺旋副材料的選擇

11.2.2 螺旋副常用的計算

11.3 螺旋機構誤差分析

11.4 提高螺旋傳動精度的措施

習題

第12章 軸

12.1 軸的概述

12.2 軸的結構設計

12.2.1 軸上零件的固定

12.2.2 軸的結構工藝性

12.3 軸的強度計算

12.3.1 按許用切應力計算估算軸的最小直徑

12.3.2 彎曲應力校核計算

12.4 軸的剛度計算

習題

第13章 軸承

13.1 軸承的分類

13.2 滑動軸承的結構形式與軸承材料

13.2.1 圓柱形滑動軸承

13.2.2 圓錐形滑動軸承

13.2.3 頂尖或軸尖支承

13.3 滾動軸承的基本類型和特點

13.4 滾動軸承的代號

13.5 滾動軸承的選擇計算

13.5.1 滾動軸承選擇的考慮因素

13.5.2 滾動軸承選擇的基本計算

13.6 滾動軸承的組合設計

13.6.1 滾動軸承的軸向固定

13.6.2 滾動軸承組合的軸向固定及調整

13.6.3 軸承的密封

習題

第14章 彈性元件

14.1 彈性元件的類型、功能及材料

14.1.1 彈性元件的分類

14.1.2 彈性元件的功能

14.1.3 彈性元件的特性

14.1.4 彈性元件的材料

14.2 螺旋彈簧

14.2.1 壓縮彈簧

14.2.2 拉伸彈簧

14.2.3 扭轉彈簧

14.2.4 螺旋彈簧的設計計算

14.3 片簧和熱敏雙金屬片簧

14.4 其他類型的彈性元件簡介

習題

第15章 導軌和基座

15.1 導軌的作用、特點和分類

15.2 導軌設計的基本要求

15.2.1 導向精度

15.2.2 剛度

15.2.3 耐磨性

15.2.4 低速運動平穩性

15.2.5 結構簡單、工藝性好

15.3 導軌導向設計

15.3.1 按運動學原理設計

15.3.2 按誤差平均原理設計

15.4 滾動導軌

15.4.1 分類

15.4.2 結構特點

15.5 基座

15.5.1 基座的結構特點及主要技術要求

15.5.2 基座與支承件的結構設計

15.5.3 基座與支承件的材料選擇

習題

第16章 精密機械中的常用機構

16.1 微動機構

16.1.1 螺旋微動機構

16.1.2 差動螺旋微動機構

16.1.3 螺旋——斜面微動機構

16.1.4 螺旋——槓桿微動機構

16.1.5 齒輪——槓桿微動機構

16.2 示數裝置

16.2.1 標尺指針（指標）示數裝置

16.2.2 標尺及指針

16.2.3 示數裝置的誤差

16.3 記錄裝置

16.3.1 連續記錄

16.3.2 間歇記錄

16.4 計數裝置

16.5 鎖緊裝置

16.6 減振器

16.6.1 減振系統設計原理

16.6.2 減振器的類型及選用

習題

第17章 連接

17.1 概述

17.2 螺紋的基本知識

17.2.1 螺紋的分類及特點

17.2.2 螺紋的主要參數

17.3 螺紋連接的主要類型及應用

17.4 螺紋連接的預緊與防松

17.4.1 螺紋連接的預緊

17.4.2 螺紋連接的防松

17.5 鍵連接和花鍵連接

17.5.1 鍵連接的類型

17.5.2 花鍵連接

17.6 銷連接

習題

參考文獻

許賢澤教授，1992年4月至今在武漢大學電子信息學院從事教學與科研工作，研究方向：光譜儀的研製，精密測量與控制,曾任國家教育部2006－2010年儀器科學技術教學指導委員會委員、國家精品課程“精密機械設計”負責人；現擔任的社會職務有《儀器儀表學報》雜誌審稿專家、武漢市儀器儀表學會副理事長。