机械设计基础

目　录

第1章　机械设计基础概论　1

1．1　课程性质和任务　1

1．2　初识机械设计　2

1．3　机械零件的失效形式及设计准则　4

1．4　机械零件的设计步骤　7

1．5　本课程学习的方法和目的　7

小结　8

习题　8

第2章　理论力学基础　9

2．1　静力学基础　10

2．1．1　力的基本概念　10

2．1．2　约束与约束力　11

2．1．3　受力分析与受力图　15

2．1．4　物体系的受力分析　16

2．2　平面汇交力系　18

2．2．1　平面汇交力系的概念　18

2．2．2　平面汇交力系的简化　19

2．2．3　平面汇交力系的平衡　20

2．3　力矩与力偶　21

2．3．1　力矩　21

2．3．2　力偶　22

2．4　平面任意力系　24

小结　30

习题　31

第3章　材料力学基础　33

3．1　工程材料基本力学性能　34

3．1．1　材料力学的基本理论　34

3．1．2　内力和应力的概念　35

3．1．3　变形和应变　37

3．1．4　材料的力学性能　38

3．2　拉伸与压缩　38

3．2．1　受力和变形特点　38

3．2．2　拉(压)杆的强度计算　39

3．2．3　拉(压)杆件的变形与胡克定律　40

3．3　剪切与挤压　42

3．3．1　受力和变形特点　42

3．3．2　剪切实用计算　43

3．3．3　挤压实用计算　44

3．4　圆轴的扭转　45

3．4．1　受力和变形特点　45

3．4．2　外力偶矩、扭矩和扭矩图　45

3．4．3　圆轴扭转时的应力强度计算　47

3．4．4　知识拓展——材料失效与强度设计准则　49

3．5　梁的弯曲　52

3．5．1　受力特点与变形特点　52

3．5．2　梁的内力—剪力与弯矩　53

3．5．3　梁的纯弯曲　54

3．6　组合变形和压杆稳定　60

3．6．1　组合变形的基本原理　60

3．6．2　组合变形的计算　60

3．6．3　压杆稳定性的概念　62

3．6．4　压杆的稳定计算　62

小结　64

习题　64

第4章　常用机构　66

4．1　平面机构的结构分析　67

4．1．1　机构的组成　67

4．1．2　机构运动简图　70

4．1．3　机构具有确定运动的条件　71

4．2　平面连杆机构　74

4．2．1　平面连杆机构的特点　74

4．2．2　铰链四杆机构的基本形式　75

4．2．3　铰链四杆机构存在曲柄的条件　78

4．2．4　平面四杆机构的基本特性　78

4．2．5　铰链四杆机构的演化形式　81

4．2．6　平面四杆机构的设计　85

4．3　凸轮机构　86

4．3．1　凸轮机构的组成　87

4．3．2　凸轮机构的特点　87

4．3．3　凸轮机构的类型　87

4．3．4　从动件的常用运动规律　90

4．3．5　按已知运动规律绘制凸轮轮廓　91

4．3．6　凸轮机构设计中应注意的几个问题　95

4．4　间歇运动机构　97

4．4．1　棘轮机构　97

4．4．2　槽轮机构　100

4．4．3　不完全齿轮机构　102

小结　102

习题　103

第5章　挠性传动　104

5．1　带传动　105

5．1．1　带传动的分类　105

5．1．2　带传动的特点和应用　106

5．1．3　带传动的工作情况分析　107

5．1．4　V带的设计　110

5．1．5　V带传动的张紧、使用和维护　114

5．2　链传动　116

5．2．1　链传动的特点和分类　116

5．2．2　滚子链传动的设计方法　118

5．2．3　滚子链链轮　120

5．2．4　链传动的使用与维护　121

小结　123

习题　123

第6章　齿轮传动和蜗杆传动　125

6．1　齿轮传动综述　126

6．1．1　齿轮传动的特点　126

6．1．2　齿轮传动的类型　127

6．2　齿轮的齿廓曲线　128

6．2．1　齿轮啮合的基本定律　128

6．2．2　齿廓曲线的选择　129

6．3　渐开线齿廓的啮合性质　130

6．3．1　渐开线的形成及其特性　130

6．3．2　渐开线方程式及渐开线函数　130

6．3．3　渐开线齿轮齿廓的啮合特性　131

6．4　渐开线标准直齿圆柱齿轮的结构　132

6．4．1　渐开线直齿圆柱齿轮各部分名称　132

6．4．2　渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数　133

6．4．3　渐开线直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算　135

6．4．4　齿条和内啮合齿轮的尺寸　136

6．5　渐开线齿轮正确啮合和连续传动的条件　137

6．5．1　渐开线齿轮的正确啮合条件　138

6．5．2　齿轮的安装　138

6．5．3　渐开线齿轮连续传动的条件　140

6．6　标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算　141

6．6．1　受力分析　141

6．6．2　轮齿的计算载荷　142

6．6．3　齿面接触疲劳强度计算　143

6．6．4　齿根弯曲疲劳强度计算　144

6．6．5　齿轮传动的设计计算　144

6．6．6　齿轮主要参数的选择　146

6．7　齿轮的切削加工　146

6．7．1　成形法　146

6．7．2　范成法　147

6．7．3　根切现象　149

6．8　其他常用齿轮传动　149

6．8．1　齿轮齿条传动　150

6．8．2　斜齿圆柱齿轮传动　150

6．8．3　直齿圆锥齿轮传动　153

6．9　齿轮传动的设计　155

6．9．1　齿轮的失效形式　155

6．9．2　齿轮的材料　158

6．9．3　齿轮结构　158

6．9．4　齿轮的精度和标注　159

6．9．5　齿轮的润滑　159

6．10　蜗杆传动　159

6．10．1　初识蜗杆传动　160

6．10．2　普通圆柱蜗杆传动的主要参数　160

6．10．3　蜗杆传动回转方向的判别　162

6．10．4　蜗杆传动的正确啮合条件　162

6．10．5　蜗杆、蜗轮的结构　163

6．10．6　蜗杆传动的受力分析　163

6．10．7　蜗杆蜗轮的失效形式与计算准则　164

6．10．8　蜗杆传动的润滑与热平衡　164

小结　165

习题　165

第7章　轮系　166

7．1　轮系的分类　167

7．1．1　定轴轮系　168

7．1．2　周转轮系　168

7．1．3　复合轮系　168

7．2　轮系的传动比计算　169

7．2．1　定轴轮系的传动比　169

7．2．2　周转轮系的传动比　173

7．2．3　复合轮系的传动比　176

7．3　轮系的功用　177

7．3．1　实现分路传动　177

7．3．2　实现变速与换向转动　178

7．3．3　实现运动的合成与分解　179

7．3．4　实现大功率传递　179

7．4　轮系的设计　180

7．4．1　定轴轮系的设计　180

7．4．2　周转轮系的设计　181

7．4．3　特殊行星传动简介　182

小结　183

习题　184

第8章　机械连接及螺旋传动　185

8．1　键连接　186

8．1．1　平键连接　186

8．1．2　半圆键连接　188

8．1．3　楔键连接　188

8．1．4　切向键连接　189

8．1．5　花键连接　190

8．1．6　键连接应用小结　190

8．2　销连接　191

8．2．1　销连接的种类和用途　191

8．2．2　销连接的应用　191

8．3　螺纹连接　191

8．3．1　螺纹的形成原理和种类　192

8．3．2　螺纹副的受力分析、效率和自锁　194

8．3．3　标准螺纹连接的种类和用途　197

8．3．4　螺纹连接的预紧和防松　199

8．3．5　螺纹连接的强度计算　201

8．4　螺旋传动　207

8．4．1　螺旋传动的类型　207

8．4．2　螺旋传动的特点　209

8．4．3　滑动螺旋传动的结构和材料　209

8．4．4　滚动螺旋简介　211

小结　212

习题　212

第9章　轴系零部件　213

9．1　轴　214

9．1．1　轴的类型及设计要求　215

9．1．2　轴的材料　216

9．1．3　轴的加工工艺性要求　217

9．1．4　轴的结构设计　218

9．1．5　轴的强度校核计算　220

9．1．6　轴的设计计算　222

9．2　轴承　225

9．2．1　滚动轴承　225

9．2．2　滑动轴承　239

9．3　联轴器、离合器和制动器　243

9．3．1　联轴器　243

9．3．2　离合器　247

9．3．3　制动器　248

小结　250

习题　251

第10章　机械设计综合课程设计　252

10．1　机械设计课程设计综述　252

10．1．1　机械设计的基本过程　252

10．1．2　课程设计的目的　253

10．1．3　课程设计的内容　253

10．1．4　课程设计的一般步骤　254

10．1．5　课程设计的注意事项　255

10．2　课程设计的主要环节　256

10．2．1　传动装置的设计　256

10．2．2　执行机构的设计　261

10．2．3　主要传动件的设计计算　264

10．2．4　轴系的初步设计　267

10．3　一级齿轮减速器设计　268

10．3．1　设计综述　269

10．3．2　减速器结构选择及相关性能参数计算　270

10．3．3　齿轮的设计计算　272

10．3．4　轴的设计计算　275

10．3．5　轴承、键和联轴器的选择　277

10．3．6　其他设计　278

小结　279

习题　280

参考文献　281

本书根据高等职业教育的特点，将工程力学、机械原理及机械零件的相关内容进行有机整合，从实用的角度出发介绍机械设计的基础知识。全书分为10章，包括机械设计基础概论、理论力学基础、材料力学基础、常用机构、挠性传动、齿轮传动和蜗杆传动、轮系、机械连接与螺旋传动、轴系零部件以及机械设计综合课程设计等。全书突出重点知识点，强化职业技能训练，既方便高等职业院校教师教学，又方便学生学习。　　本书可作为高职高专、高级技校、技师学院的机电、数控、模具、汽车等专业的基础课教材，也可作为机械工程技术人员的参考用书。