精密机械设计

第1章精密机械零件的受力分析与平衡1

1.1力学的基本概念1

1.1.1力的概念1

1.1.2刚体的概念2

1.1.3平衡的概念2

1.1.4静力学公理2

1.2约束、约束反力与受力图4

1.2.1约束与约束反力4

1.2.2机械零件中常见的约束类型及其反力4

1.2.3受力图6

1.3精密机械零件的受力平衡7

1.3.1共线力的平衡7

1.3.2平面力系的平衡8

1.3.3空间力系的平衡8

习题12

第2章精密机械零件受力变形与应力分析14

2.1精密机械零件的强度与刚度14

2.2杆件的拉伸与压缩15

2.2.1拉伸与压缩时的内力与应力15

2.2.2拉伸与压缩时的强度计算17

2.3机械零件的剪切19

2.3.1剪切时的内力与应力19

2.3.2剪切的强度计算21

2.4机械零件的扭转22

2.4.1轴类零件的扭转内力和应力22

2.4.2轴类零件的扭转强度和刚度计算25

2.5梁类零件的平面弯曲27

2.5.1梁类零件的类型27

2.5.2梁类零件弯曲时的内力与应力28

2.5.3梁类零件弯曲的强度计算32

习题34

第3章平面连杆机构的运动简图与自由度计算36

3.1运动副及其分类36

3.1.1机构的组成及其分类36

3.1.2运动副及其分类39

3.2平面机构运动简图41

3.3平面机构的自由度计算43

3.3.1机构自由度的计算43

3.3.2机构具有确定性运动的条件44

3.3.3计算机构自由度的注意事项46

习题48

第4章平面连杆机构49

4.1平面四杆机构的基本形式和特性49

4.1.1铰链四杆机构的基本形式50

4.1.2铰链四杆机构的主要特性51

4.2平面四杆机构曲柄存在的条件55

4.3铰链四杆机构的演化56

4.4平面四杆机构的设计61

4.4.1按照给定的行程速比系数设计四杆机构61

4.4.2按照给定连杆位置设计四杆机构63

习题64

第5章凸轮机构65

5.1凸轮机构的应用和分类65

5.1.1凸轮机构的应用65

5.1.2凸轮机构的分类66

5.2从动件的常用规律67

5.2.1凸轮机构的运动过程和基本参数67

5.2.2凸轮从动件常用运动规律68

5.3图解法设计盘形凸轮轮廓72

5.3.1图解法设计盘形凸轮轮廓72

5.3.2解析法设计盘形凸轮轮廓73

5.4凸轮机构基本尺寸的确定75

习题77

第6章齿轮机构79

6.1齿轮机构的特点和分类79

6.2齿廓啮合基本定理79

6.3渐开线齿廓81

6.3.1渐开线的形成及其性质81

6.3.2渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律82

6.3.3渐开线齿廓的其他啮合特性82

6.4齿轮各部分名称及渐开线标准直齿

圆柱齿轮的几何尺寸计算83

6.4.1齿轮各部分名称83

6.4.2标准直齿圆柱齿轮几何尺寸的计算85

6.5渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动86

6.5.1齿轮传动的正确啮合条件86

6.5.2标准中心距86

6.5.3连续传动条件87

6.6渐开线齿轮的切齿原理与根切现象89

6.6.1渐开线齿轮的切齿原理89

6.6.2根切现象和最小齿数91

6.6.3变位齿轮92

6.7斜齿圆柱齿轮机构93

6.7.1斜齿圆柱齿轮齿廓曲面的形成及其啮合特点93

6.7.2斜齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸的计算94

6.7.3斜齿轮的正确啮合条件和重合度96

6.7.4斜齿轮的当量齿数97

6.7.5斜齿轮的优缺点97

6.8圆锥齿轮机构98

6.8.1直齿圆锥齿轮的传动比98

6.8.2直齿圆锥齿轮的背锥和当量齿数98

6.8.3直齿圆锥齿轮几何尺寸计算100

6.9蜗杆蜗轮机构101

6.9.1蜗杆蜗轮机构的传动特点101

6.9.2蜗杆蜗轮传动的类型101

6.9.3蜗杆蜗轮传动的正确啮合条件102

6.9.4蜗杆蜗轮传动的主要参数和几何尺寸102

习题106

第7章轮系107

7.1轮系的类型107

7.1.1定轴轮系107

7.1.2周转轮系107

7.2定轴轮系传动比计算107

7.3周转轮系传动比计算109

7.3.1周转轮系的组成109

7.3.2周转轮系传动比的计算110

7.4复合轮系传动比计算112

7.5轮系的功能113

7.6几种特殊的行星齿轮传动简介116

7.6.1少齿差行星齿轮传动116

7.6.2谐波齿轮传动117

习题118

第8章精密机械设计概论119

8.1精密机械设计的要求、程序与方法119

8.1.1精密机械设计的基本要求119

8.1.2精密机械设计的一般程序120

8.1.3精密机械设计方法121

8.2精密机械零件的强度122

8.2.1载荷和应力122

8.2.2静应力作用下零件的强度123

8.2.3变应力作用下零件的强度124

8.2.4零件的接触疲劳强度125

8.3精密机械零件的常用材料及钢的热处理126

8.3.1常用材料126

8.3.2钢的热处理128

8.3.3材料的选用原则130

8.4精密机械零件的结构工艺性131

8.5精密机械零件的刚度132

习题133

第9章齿轮传动134

9.1齿轮传动的失效形式及设计准则134

9.1.1齿轮传动的失效形式134

9.1.2齿轮传动的设计准则136

9.2齿轮材料及热处理136

9.2.1齿轮材料136

9.2.2齿轮的热处理方法137

9.3齿轮传动精度138

9.4直齿圆柱齿轮传动的强度计算139

9.4.1受力分析139

9.4.2计算载荷140

9.4.3齿面接触强度计算140

9.4.4齿根弯曲强度计算143

9.5斜齿圆柱齿轮传动强度计算146

9.5.1受力分析146

9.5.2强度计算147

9.6直齿圆锥齿轮传动148

9.6.1受力分析148

9.6.2强度计算148

9.7蜗杆传动149

9.7.1受力分析149

9.7.2蜗杆传动的失效形式和材料的选择150

9.7.3强度计算151

9.8齿轮传动链的设计152

9.8.1齿轮传动形式的选择152

9.8.2传动比的分配152

9.8.3齿数、模数的确定154

9.8.4齿轮传动的空回及消除方法155

9.8.5齿轮传动链的结构设计156

习题160

第10章带传动162

10.1带传动的类型和应用162

10.2带传动的受力分析164

10.3带传动中带的应力分析166

10.4带传动的弹性滑动和打滑168

10.5普通V带传动的设计计算169

10.5.1单根普通V带的许用功率170

10.5.2普通V带的型号和根数的确定172

10.5.3主要参数的选择173

10.6V带轮设计及带传动张紧装置174

10.6.1V带轮设计174

10.6.2V带传动的张紧装置175

10.7同步带传动简介178

10.7.1概述178

10.7.2带轮181

10.7.3同步带传动的设计计算181

习题184

第11章螺旋传动185

11.1螺旋传动的类别185

11.1.1螺纹的生成185

11.1.2螺纹的主要参数186

11.1.3螺纹的牙形及种类186

11.1.4螺旋传动的基本形式及其特点187

11.2螺旋传动的计算192

11.2.1螺旋副材料的选择192

11.2.2螺旋副常用的计算192

11.3螺旋机构误差分析196

11.4提高螺旋传动精度的措施200

习题202

第12章轴203

12.1轴的概述203

12.2轴的结构设计205

12.2.1轴上零件的固定206

12.2.2轴的结构工艺性209

12.3轴的强度计算212

12.3.1按许用切应力计算估算轴的最小直径212

12.3.2弯曲应力校核计算213

12.4轴的刚度计算216

习题218

第13章轴承219

13.1轴承的分类219

13.2滑动轴承的结构形式与轴承材料219

13.2.1圆柱形滑动轴承220

13.2.2圆锥形滑动轴承226

13.2.3顶尖或轴尖支承227

13.3滚动轴承的基本类型和特点229

13.4滚动轴承的代号231

13.5滚动轴承的选择计算236

13.5.1滚动轴承选择的考虑因素236

13.5.2滚动轴承选择的基本计算237

13.6滚动轴承的组合设计242

13.6.1滚动轴承的轴向固定242

13.6.2滚动轴承组合的轴向固定及调整243

13.6.3轴承的密封244

习题246

第14章弹性元件247

14.1弹性元件的类型、功能及材料247

14.1.1弹性元件的分类247

14.1.2弹性元件的功能248

14.1.3弹性元件的特性249

14.1.4弹性元件的材料252

14.2螺旋弹簧253

14.2.1压缩弹簧253

14.2.2拉伸弹簧254

14.2.3扭转弹簧255

14.2.4螺旋弹簧的设计计算255

14.3片簧和热敏双金属片簧258

14.4其他类型的弹性元件简介260

习题262

第15章导轨和基座263

15.1导轨的作用、特点和分类263

15.2导轨设计的基本要求264

15.2.1导向精度264

15.2.2刚度265

15.2.3耐磨性265

15.2.4低速运动平稳性266

15.2.5结构简单、工艺性好266

15.3导轨导向设计266

15.3.1按运动学原理设计266

15.3.2按误差平均原理设计267

15.4滚动导轨268

15.4.1分类268

15.4.2结构特点269

15.5基座270

15.5.1基座的结构特点及主要技术要求270

15.5.2基座与支承件的结构设计272

15.5.3基座与支承件的材料选择275

习题275

第16章精密机械中的常用机构276

16.1微动机构276

16.1.1螺旋微动机构276

16.1.2差动螺旋微动机构277

16.1.3螺旋——斜面微动机构277

16.1.4螺旋——杠杆微动机构278

16.1.5齿轮——杠杆微动机构279

16.2示数装置279

16.2.1标尺指针（指标）示数装置280

16.2.2标尺及指针280

16.2.3示数装置的误差281

16.3记录装置281

16.3.1连续记录282

16.3.2间歇记录283

16.4计数装置284

16.5锁紧装置285

16.6减振器287

16.6.1减振系统设计原理287

16.6.2减振器的类型及选用290

习题291

第17章连接292

17.1概述292

17.2螺纹的基本知识292

17.2.1螺纹的分类及特点292

17.2.2螺纹的主要参数294

17.3螺纹连接的主要类型及应用295

17.4螺纹连接的预紧与防松296

17.4.1螺纹连接的预紧296

17.4.2螺纹连接的防松297

17.5键连接和花键连接299

17.5.1键连接的类型299

17.5.2花键连接301

17.6销连接302

习题302

参考文献303

1、国家教育部仪器科学与技术教学指导委员会委员主笔编写。2、按照仪器科学技术类专业改革“以综合设计能力的培养为主线，相关课程整体优化”的总体思路编写。本书是由“国家教育部仪器科学与技术教学指导委员会”委员编写的《精密机械设计》教材，以精密机械中常用机构和零部件为研究对象，从设计该类机构和零部件时应具备的基础理论、基本技能和基本方法等方面介绍其工作原理、特点、应用范围、选型、材料、精度和设计计算的一般原理和方法。 全书包括17章内容。第1～2章讲述精密机械设计所需的力学基础知识；第3～7章讲述精密机械中常用机构的工作原理和运动特性等基本知识；第8～12章讲述精密机械设计中所用材料的热处理方法、常用机械零部件的特点和设计计算的知识；第13～16章讲述在精密机械中常用弹性元件、基座和导轨、常用机构的设计方法；第17章对精密机械设计中常用的连接形式——螺纹连接进行了简单介绍。 本书适合作为测控技术与仪器、光学工程、电子信息工程及机电类专业精密机械设计课程的教材，也可供有关专业师生、工程技术人员参考使用。【作者简介】许贤泽教授，1992年4月至今在武汉大学电子信息学院从事教学与科研工作，研究方向：光谱仪的研制，精密测量与控制,曾任国家教育部2006－2010年仪器科学技术教学指导委员会委员、国家精品课程“精密机械设计”负责人；现担任的社会职务有《仪器仪表学报》杂志审稿专家、武汉市仪器仪表学会副理事长。