机械设计基础

第1章　机械设计基础概论1

教学导航1

1.1　认识机械设计基础2

1.1.1　本课程的研究对象2

1.1.2　本课程研究的主要内容4

1.1.3　本课程的主要任务4

1.2　机械零件设计的基本准则及设计步骤5

1.2.1　机械零件的失效及主要失效形式5

1.2.2　机械零件的设计准则6

1.2.3　机械零件设计的一般步骤6

实训1　分析单缸内燃机的机器与机构特征7

知识梳理与总结8

自测题18

第2章　平面机构及自由度计算10

教学导航10

2.1　机构的组成11

2.1.1　运动副11

2.1.2　构件12

2.2　平面机构的运动简图与绘制步骤12

实训2　绘制颚式破碎机主体机构的运动简图13

2.3　平面机构的自由度15

2.3.1　自由度和约束的概念15

2.3.2　自由度的计算和机构具有确定运动的条件16

2.3.3　平面机构中的特殊结构17

实训3　颚式破碎机的自由度19

知识梳理与总结20

自测题220

第3章　平面连杆机构25

教学导航25

3.1　平面四杆机构的基本形式及其演化26

3.1.1　铰链四杆机构的基本形式26

3.1.2　滑块四杆机构的基本形式28

3.2　平面四杆机构存在曲柄的条件及基本特性30

3.2.1　铰链四杆机构存在曲柄的条件30

3.2.2　平面四杆机构的运动特性31

3.2.3　平面四杆机构的传力特性32

3.3　平面四杆机构的运动设计36

3.3.1　按给定的连杆位置设计平面四杆机构36

3.3.2　按给定的行程速比系数设计平面四杆机构38

实训4　确定颚式破碎机中各构件长度38

知识梳理与总结39

自测题340

第4章　凸轮机构44

教学导航44

4.1　凸轮机构的类型及应用45

4.1.1　凸轮机构的组成与类型45

4.1.2　凸轮机构的应用46

4.2　凸轮机构的运动分析及常用运动规律47

4.2.1　凸轮机构的运动分析47

4.2.2　从动件的常用运动规律48

4.3　反转法绘制盘形凸轮轮廓曲线50

实训5　设计对心移动滚子从动件盘形凸轮机构52

4.4　凸轮机构基本尺寸的确定53

4.4.1　滚子半径的确定53

4.4.2　压力角的确定54

4.4.3　基圆半径的确定54

知识梳理与总结55

自测题456

第5章　带传动与链传动59

教学导航59

5.1　带传动的类型与特点60

5.1.1　带传动的类型和应用60

5.1.2　带传动的特点60

5.2　带传动的受力分析和应力分析61

5.2.1　带传动的受力分析61

5.2.2　带传动的应力分析62

5.3　带传动的弹性滑动、打滑和失效形式64

5.3.1　带传动的弹性滑动和打滑64

5.3.2　带传动的失效形式和设计准则65

5.4　V带与V带轮66

5.4.1　普通V带的结构和尺寸标准66

5.4.2　普通V带轮的结构68

实训6　设计带式输送机V带传动系统70

5.5　带传动的张紧、安装与维护76

5.5.1　带传动的张紧与调整76

5.5.2　带传动的安装与维护77

5.6　链传动78

5.6.1　链传动的组成、特点与分类78

5.6.2　滚子链的结构及标准79

5.6.3　链轮的结构80

5.6.4　链轮的布置和润滑81

知识梳理与总结84

自测题584

第6章　齿轮传动87

教学导航87

6.1　齿轮传动的类型与特点88

6.2　渐开线的形成和性质90

6.3　渐开线标准直齿圆柱齿轮的参数及几何尺寸91

6.3.1　直齿圆柱齿轮各部分的名称和符号91

6.3.2　标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算92

6.3.3　渐开线直齿圆柱齿轮公法线长度93

6.4　渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动94

6.4.1　渐开线齿廓啮合特性94

6.4.2　正确啮合条件95

6.4.3　连续传动条件及重合度96

6.5　渐开线齿廓的切削原理与根切现象97

6.5.1　渐开线齿廓的切削原理97

6.5.2　渐开线齿轮的根切现象及最少齿数98

6.6　齿轮的失效形式与设计准则100

6.6.1　齿轮的失效形式100

6.6.2　设计准则101

6.7　渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算101

6.7.1　平面汇交力系合成的解析法102

6.7.2　力矩104

6.7.3　轮齿的受力分析105

实训7 设计带式输送机一级齿轮减速器齿轮传动系统105

6.8　渐开线斜齿圆柱齿轮传动114

6.8.1　斜齿圆柱齿轮传动的啮合特点114

6.8.2　斜齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸计算115

6.8.3　斜齿轮正确啮合的条件和当量齿数116

6.9　斜齿圆柱齿轮的强度计算117

6.9.1　力在空间直角坐标系的投影118

6.9.2　力对轴的矩119

6.9.3　受力分析120

6.9.4　强度计算121

6.10　直齿圆锥齿轮传动121

6.10.1　圆锥齿轮传动受力分析122

6.10.2　标准直齿圆锥齿轮的几何尺寸计算123

6.11　齿轮的结构设计和齿轮传动的润滑124

知识梳理与总结126

自测题6128

第7章　蜗杆传动133

教学导航133

7.1　蜗杆传动的类型、特点、参数和尺寸134

7.1.1　蜗杆传动的类型和特点134

7.1.2　蜗杆传动的基本参数和几何尺寸计算136

7.2　蜗杆传动的失效形式、设计准则和受力分析138

7.2.1　蜗杆传动的失效形式和设计准则138

7.2.2　蜗杆传动的受力分析139

实训8　设计闭式蜗杆传动减速器140

7.3　蜗杆传动的润滑、提高散热能力的措施和结构147

7.3.1　蜗杆传动的润滑147

7.3.2　提高散热能力的措施148

7.3.3　蜗杆和蜗轮的结构148

知识梳理与总结149

自测题7150

第8章　轮系153

教学导航153

8.1　轮系及其分类154

8.2　定轴轮系传动比的计算155

8.3　行星轮系传动比的计算157

8.4　组合轮系传动比的计算160

8.5　轮系的应用162

知识梳理与总结163

自测题8164

第9章　螺纹连接、轴毂连接与轴间连接167

教学导航167

9.1　螺纹连接168

9.1.1　螺纹连接的类型及应用场合170

9.1.2　常用标准螺纹连接件171

9.1.3　螺纹副的受力分析、效率和自锁172

9.1.4　螺纹连接的预紧和防松173

9.1.5　杆件的受力分析175

9.1.6　螺栓连接的强度计算178

实训9　设计一级齿轮减速器Ⅱ轴联轴器连接螺栓182

9.2　轴毂连接184

9.2.1　键连接184

实训10　设计一级齿轮减速器Ⅱ轴联轴器连接键185

9.2.2　花键连接187

9.2.3　销连接188

9.3　轴间连接188

9.3.1　联轴器189

实训11　设计一级齿轮减速器Ⅱ轴联轴器190

9.3.2　离合器192

9.3.3　制动器193

知识梳理与总结193

自测题9194

第10章　轴199

教学导航199

10.1　轴的结构设计200

10.1.1　轴的作用及类型200

10.1.2　轴的材料202

10.1.3　轴的结构202

10.2　传动轴的强度计算206

10.2.1　扭转时横截面上的扭矩和扭矩图206

10.2.2　扭转时横截面上的应力207

10.2.3　传动轴扭转时的强度计算209

10.3　心轴的弯曲强度计算209

10.3.1　轴的计算简图209

10.3.2　心轴横截面上的内力——剪力和弯矩210

10.3.3　弯矩图211

10.3.4　平面弯曲时轴横截面上的应力211

10.3.5　弯曲强度计算214

10.4　转轴的弯扭组合变形强度计算214

10.4.1　转轴受力分析214

10.4.2　转轴的强度计算215

实训12　设计一级齿轮减速器Ⅱ轴216

知识梳理与总结220

自测题10220

第11章　轴承224

教学导航224

11.1　滚动轴承的结构、类型和选择225

11.1.1　滚动轴承的结构225

11.1.2　滚动轴承的基本特性和类型226

11.1.3　滚动轴承的代号229

11.1.4　滚动轴承类型的选择232

11.2　滚动轴承的工作能力计算23

本书第 1 版出版以来，受到了广大高职院校老师的认可和选用，在充分征求教师和相关专家意见的基础上，结合本课程改革和最新的国家标准进行修订编写。本书以职业岗位技能需求为目标，将原《机械设计基础》与《工程力学》课程的教学内容进行优化整合，突出机械设计与工程力学的紧密联系。全书共有11章，先后结合13个从企业工程应用中提炼出的实训项目进行介绍。各章内容均按照工作原理、结构、强度计算的顺序编写，包括平面机构的运动简图及自由度、平面连杆机构、凸轮机构、带传动和链传动、齿轮传动、蜗杆传动、轮系、连接、轴、轴承等内容。本书配有“职业导航”、“教学导航”、“知识分布网络”、“知识梳理与总结”，便于教师教学和学生高效率地学习知识与技能。本书为高职高专院校机械设计基础课程的教材，也可作为应用型本科、成人教育、自学考试、开放大学、中职学校、培训班的教材，以及企业工程技术人员的参考书。本书配有实训指导书、免费的电子教学课件、自测题参考答案及精品课网站，详见前言。【作者简介】韩玉成，副教授，高级工程师，辽宁机电职业技术学院机械工程系具有企业设计经验的骨干教师。近年来主要从事机械专业课程方面的教学与科研工作，主讲课程有机械设计基础、机械工程材料、机械制造基础、机械制图等。先后完成与太平湾发电厂联合科研项目以及《机械设计基础》院级精品课的教学改革与建设项目等，曾获学院科研项目优秀奖、创新课奖、优秀教案奖等。先后公开发表《如何快速设计二级齿轮减速器中转轴的结构》等科研论文4篇，编写全国规划教材4本。