机械设计基础

绪论　1

0.1　本课程的研究对象、地位和作用1

0.1.1　本课程的研究对象1

0.1.2　本课程的地位和作用2

0.2　机械设计概论3

0.2.1　机器的组成3

0.2.2　机器设计应满足的基本要求3

0.2.3　机器设计的一般程序4

0.3　机械零件设计概述7

0.3.1　机械零件的主要失效形式7

0.3.2　机械零件设计应满足的基本要求7

0.3.3　机械零件的设计方法及一般步骤8

0.4　机械零件的强度10

0.4.1　机械零件的载荷种类10

0.4.2　机械零件的应力10

0.4.3　静应力下机械零件的强度计算11

0.4.4　变应力下机械零件的强度计算12

0.4.5　安全系数13

0.5　机械零件的材料及选用13

0.5.1　机械零件常用材料13

0.5.2　机械零件材料的选用14

0.6　机械零件设计中的标准化15

0.6.1　极限与配合15

0.6.2　表面粗糙度17

0.6.3　优先数系和优先数系标准18

0.7　机械零件的摩擦、磨损和润滑18

0.7.1　机械零件的摩擦18

0.7.2　机械零件的磨损19

0.7.3　机械零件的润滑22

0.8　现代机械设计方法概述23

习题与思考题24

第1章　平面机构的结构分析　25

1.1　运动副及其分类25

1.1.1　运动副25

1.1.2　机构中构件的分类27

1.2　机构运动简图27

1.2.1　运动副及常用构件的画法27

1.2.2　机构运动简图的绘制28

1.3　平面机构的自由度30

1.3.1　平面机构的自由度计算30

1.3.2　几种特殊结构的处理32

1.4　平面机构组成原理与结构分析34

1.4.1　平面机构的高副低代34

1.4.2　平面机构的组成原理35

1.4.3　平面机构的结构分析36

1.5　速度瞬心及其在机构速度分析中的应用36

1.5.1　速度瞬心及速度瞬心的求法36

1.5.2　瞬心在速度分析上的应用38

习题与思考题39

第2章　平面连杆机构　41

2.1　铰链四杆机构的基本形式与特性41

2.1.1　铰链四杆机构的基本形式41

2.1.2　铰链四杆机构的基本特性43

2.2　铰链四杆机构存在曲柄的条件45

2.2.1　铰链四杆机构存在一个曲柄的条件45

2.2.2　铰链四杆机构存在曲柄的判别通则45

2.3　铰链四杆机构的演化46

2.3.1　曲柄滑块机构46

2.3.2　导杆机构47

2.3.3　曲柄摇块机构47

2.3.4　双滑块机构48

2.3.5　偏心轮机构48

2.4　平面机构的设计49

2.4.1　图解法设计平面四杆机构49

2.4.2　图谱综合法设计平面四杆机构简介51

习题与思考题52

第3章　凸轮机构　54

3.1　凸轮机构的类型与基本参数54

3.1.1　凸轮机构的类型与应用54

3.1.2　凸轮机构的基本概念与参数56

3.2　从动件常用运动规律57

3.2.1　等速运动规律57

3.2.2　等加速-等减速运动规律58

3.2.3　简谐运动规律59

3.3　凸轮机构轮廓的设计60

3.3.1　图解法设计凸轮轮廓60

3.3.2　解析法设计凸轮轮廓64

3.4　凸轮基本尺寸的确定65

3.4.1　压力角的确定65

3.4.2　基圆半径的确定66

3.4.3　滚子半径的确定66

习题与思考题67

第4章　间歇运动机构　68

4.1　槽轮机构69

4.1.1　槽轮机构的工作原理69

4.1.2　槽轮机构主要参数和基本尺寸计算70

4.1.3　槽轮机构的特点72

4.2　棘轮机构72

4.2.1　棘轮机构的工作原理72

4.2.2　棘轮机构的类型与应用73

4.2.3　棘轮机构的转角调节74

4.2.4　棘轮机构设计75

4.3　其他间歇运动机构76

4.3.1　不完全齿轮机构76

4.3.2　凸轮间歇运动机构76

习题与思考题77

第5章　机械的调速与平衡　77

5.1　机械的运转过程与速度波动的调节78

5.1.1　机械的运转过程78

5.1.2　机械速度波动的类型及调节方法79

5.2　飞轮的近似设计方法80

5.2.1　机械运转的基本参数80

5.2.2　飞轮转动惯量的计算81

5.2.3　飞轮主要尺寸的计算82

5.3　刚性回转件的平衡83

5.3.1　静平衡计算84

5.3.2　静平衡试验84

5.3.3　动平衡计算85

5.3.4　动平衡试验86

习题与思考题88

第6章　带传动与链传动　88

6.1　带传动的类型与应用89

6.1.1　带传动的类型与应用89

6.1.2　带传动的几何参数90

6.2　带传动的受力分析91

6.2.1　带传动的受力分析91

6.2.2　欧拉公式92

6.3　传动带的应力分析及实例92

6.4　带传动的弹性滑动与传动比93

6.5　普通V带传动的设计计算与实例分析93

6.5.1　V带的结构、型号与规格93

6.5.2　单根普通V带的许用功率94

6.5.3　普通V带型号与根数的确定95

6.5.4　V带传动主要参数的确定96

6.5.5　V带传动设计实例分析96

6.6　V带带轮的结构98

6.7　带传动的张紧、正确安装与维护99

6.8　同步齿形带传动简介99

6.9　链传动的特点与应用99

6.10　链和链轮100

6.11　链传动的运动分析和受力分析100

6.11.1　链传动的运动分析100

6.11.2　链传动的受力分析100

6.12　滚子链传动的计算101

6.12.1　滚子链传动的失效形式101

6.12.2　单排滚子链传递的功率102

6.12.3　链传动的主要参数选择102

6.12.4　链传动设计实例分析103

6.13　链传动的合理布置和润滑105

习题与思考题105

第7章　齿轮传动　105

7.1　齿轮传动的特点和基本类型106

7.1.1　齿轮传动的特点106

7.1.2　齿轮传动的基本类型106

7.2　齿廓啮合基本定律108

7.2.1　齿轮传动的传动比108

7.2.2　齿廓啮合基本定律108

7.3　渐开线及其渐开线齿轮109

7.3.1　渐开线的形成及其特性109

7.3.2　渐开线齿廓的啮合特点112

7.4　渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算113

7.4.1　齿轮各部分结构及名称113

7.4.2　标准齿轮的基本参数及几何尺寸114

7.4.3　齿条116

7.4.4　径节制齿轮116

7.5　渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动116

7.5.1　齿轮正确啮合条件116

7.5.2　齿轮标准安装条件117

7.5.3　齿轮连续传动条件119

7.6　渐开线齿廓切削加工的原理120

7.6.1　成形法120

7.6.2　范成法121

7.7　渐开线齿廓的根切现象与标准外齿轮的最少齿数123

7.7.1　根切现象123

7.7.2　标准外齿轮的最少齿数123

7.7.3　变位齿轮124

7.8　齿轮传动的失效形式及计算准则128

7.8.1　齿轮传动的失效形式128

7.8.2　齿轮传动的计算准则131

7.9　齿轮的常用材料及热处理131

7.9.1　对齿轮材料的基本要求131

7.9.2　齿轮的常用材料及其热处理132

7.9.3　齿轮材料的许用应力134

7.10　直齿圆柱齿轮传动的强度计算137

7.10.1　直齿圆柱齿轮传动的受力分析138

7.10.2　齿轮传动的计算载荷138

7.10.3　直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳强度计算140

7.10.4　直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算142

7.10.5　直齿圆柱齿轮传动的设计计算实例144

7.11　平行轴斜齿圆柱齿轮传动147

7.11.1　斜齿轮齿廓的形成148

7.11.2　斜齿圆柱基本参数及几何尺寸计算148

7.11.3　斜齿轮正确啮合条件150

7.11.4　斜齿轮传动的重合度150

7.11.5　当量齿数151

7.11.6　斜齿轮传动的特点151

7.11.7　斜齿轮传动的受力分析152

7.11.8　斜齿轮传动的强度计算153

7.11.9　斜齿圆柱齿轮传动的设计计算实例153

7.12　直齿圆锥齿轮传动155

7.12.1　直齿圆锥齿轮的正确啮合条件157

7.12.2　直齿圆锥齿轮的背锥与当量齿数158

7.12.3　直齿圆锥齿轮传动的受力分析159

7.12.4　直齿圆锥齿轮传动的强度计算159

7.13　齿轮结构设计160

7.14　齿轮传动的润滑与传动效率162

7.14.1　齿轮传动的润滑162

7.14.2　齿轮传动的效率164

习题与思考题164

第8章　蜗杆传动　166

8.1　蜗杆传动的特点与类型167

8.1.1　蜗杆传动的特点167

8.1.2　蜗杆传动的类型167

8.2　圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸170

8.2.1　圆柱蜗杆传动的主要参数170

8.2.2　圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算172

8.3　蜗杆传动的相对滑动速度和效率173

8.3.1　蜗杆传动的相对滑动速度173

8.3.2　蜗杆传动的效率173

8.4　蜗杆传动的失效形式、材料和结构174

8.4.1　蜗杆传动的失效形式174

8.4.2　蜗杆传动的常用材料175

8.4.3　蜗杆传动的结构175

8.5　蜗杆传动的强度计算176

8.5.1　蜗杆传动的受力分析176

8.5.2　蜗轮齿面接触疲劳强度计算177

8.5.3　蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算177

8.6　蜗杆传动的润滑与热平衡计算178

8.6.1　蜗杆传动的润滑178

8.6.2　蜗杆传动的热平衡计算179

8.7　蜗杆传动的设计计算实例180

习题与思考题181

第9章　轮系　182

9.1　轮系的分类183

9.1.1　定轴轮系183

9.1.2　周转轮系183

9.1.3　复合轮系184

9.2　定轴轮系传动比计算184

9.2.1　定轴轮系传动比大小的计算184

9.2.2　定轴轮系中齿轮之间转向关系的确定185

9.2.3　定轴轮系各齿轮轴的转速、功率及转矩确定186

9.3　周转轮系传动比计算186

9.3.1　平行轴周转轮系传动比计算186

9.3.2　非平行轴周转轮系传动比计算189

9.4　复合轮系传动比计算189

9.5　轮系的运用190

9.6　其他类型行星轮系简介192

习题与思考题193

第10章　螺纹连接　194

10.1　螺纹连接的基本知识195

10.1.1　螺纹的类型与基本参数195

10.1.2　螺旋副受力分析、效率与自锁196

10.1.3　螺纹紧固件与螺纹连接基本类型198

10.2　螺纹连接的预紧与防松200

10.2.1　螺纹连接的预紧200

10.2.2　螺纹连接的防松201

10.3　螺栓连接的强度计算202

10.3.1　松螺栓连接203

10.3.2　紧螺栓连接203

10.3.3　铰制孔螺栓连接206

10.3.4　螺纹连接件的材料与许用应力206

10.3.5　螺栓组连接的设计计算实例208

10.4　提高螺栓连接强度的措施209

10.5　螺旋传动简介211

习题与思考题212

第11章　轴与轴毂连接　213

11.1　概述214

11.1.1　轴的功用、分类及组成214

11.1.2　轴的主要设计内容和设计要求216

11.1.3　轴的设计步骤217

11.2　轴的材料及选择217

11.3　轴的结构设计218

11.3.1　轴上零件的布置和装配219

11.3.2　轴的最小直径估算219

11.3.3　各轴段直径和长度的确定220

11.3.4　轴上零件的轴向定位与固定221

11.3.5　轴上零件的周向固定223

11.3.6　轴的结构工艺性224

11.3.7　提高轴的强度和刚度的措施225

11.4　轴的强度计算227

11.4.1　按扭转强度计算227

11.4.2　按弯扭合成强度计算228

11.4.3　轴的安全系数校核计算230

11.5　轴的刚度计算和振动稳定性概念237

11.5.1　轴的刚度计算237

11.5.2　轴的振动稳定性概念237

11.6　键连接与花键连接239

11.6.1　键连接类型与结构形式239

11.6.2　键连接的应用240

11.6.3　平键连接的选择与强度计算241

11.6.4　花键连接简介242

11.7　销连接244

11.8　焊接、铆接与过盈连接245

11.8.1　焊接245

11.8.2　铆接246

11.8.3　过盈连接246

习题与思考题247

第12章　轴承　248

12.1　轴承的类型与应用249

12.2　滑动轴承250

12.2.1　滑动轴承的结构250

12.2.2　滑动轴承轴瓦的结构252

12.3　滑动轴承的材料252

12.4　滑动轴承的润滑254

12.4.1　润滑剂254

12.4.2　润滑装置255

12.4.3　润滑方式及其选择257

12.5　非液体摩擦滑动轴承的设计257

12.5.1　向心滑动轴承的设计258

12.5.2　推力滑动轴承的设计258

12.5.3　向心滑动轴承设计的实例分析259

12.6　滚动轴承的类型与代号259

12.6.1　滚动轴承的典型结构259

12.6.2　滚动轴承的基本类型与特点260

12.6.3　滚动轴承的代号262

12.6.4　滚动轴承类型的选择264

12.7　滚动轴承的工作情况分析265

12.7.1　滚动轴承的受力分析265

12.7.2　滚动轴承的失效形式266

12.7.3　滚动轴承的寿命计算266

12.7.4　向心角接触轴承的轴向载荷计算269

12.7.5　滚动轴承的静载荷计算271

12.7.6　滚动轴承的计算实例271

12.8　滚动轴承的组合设计273

12.8.1　滚动轴承的固定273

12.8.2　滚动轴承组合件的轴向固定274

12.8.3　滚动轴承组合件的调整275

12.8.4　滚动轴承的预紧275

12.8.5　滚动轴承的配合276

12.8.6　滚动轴承的安装与拆卸276

12.8.7　滚动轴承的润滑277

12.8.8　滚动轴承的密封278

习题与思考题279

第13章　联轴器、离合器及制动器　280

13.1　联轴器281

13.1.1　联轴器的类型及其特点282

13.1.2　刚性固定式联轴器283

13.1.3　刚性可移式联轴器284

13.1.4　弹性联轴器286

13.1.5　联轴器的选择及计算288

13.2　离合器291

13.2.1　离合器的功用291

13.2.2　离合器的类型291

13.2.3　离合器的性能要求292

13.2.4　各型离合器的特点292

13.2.5　离合器的选择和计算295

13.3　制动器295

13.3.1　制动器的功用295

13.3.2　制动器的类型296

13.3.3　常用制动器简介296

13.3.4　制动器的选择297

习题与思考题297

第14章　弹簧　297

14.1　弹簧的功用、类型及其特点298

14.1.1　概述298

14.1.2　弹簧的定义298

14.1.3　弹簧的功用298

14.1.4　弹簧的分类299

14.2　圆柱螺旋弹簧299

14.2.1　圆柱螺旋弹簧的结构形式299

14.2.2　圆柱螺旋弹簧的几何尺寸301

14.3　弹簧的材料与制造302

14.3.1　弹簧的材料302

14.3.2　弹簧的制造303

14.4　圆柱螺旋弹簧的设计304

14.4.1　几何参数计算304

14.4.2　特性曲线305

14.4.3　圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧受载时的应力及变形306

14.4.4　圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的刚度307

14.4.5　圆柱螺旋压缩弹簧的稳定性308

14.4.6　受交变载荷螺旋弹簧的疲劳强度和静强度309

14.4.7　受交变载荷螺旋弹簧的振动频率310

14.4.8　圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计310

14.5　其他弹簧简介312

14.5.1　板簧312

14.5.2　平面涡卷弹簧313

14.5.3　碟形弹簧313

14.5.4　环形弹簧313

14.5.5　空气弹簧314

习题与思考题314

参考文献　316

由段维华等编著的《机械设计基础》共分15章，包括机械原理及机械设计的基本内容，即有绪论，平面机构分析，平面连杆机构，凸轮机构，间歇运动机构，机械的调速与平衡，带传动与链传动，齿轮传动，蜗杆传动，轮系，螺纹连接，轴与轴毂连接，轴承，联轴器、离合器及制动器，弹簧等章节。 本书可供高等学校机械类、近机类和非机类专业的“机械设计”课程的教学使用，也可供相关工程技术人员参考。由段维华等编著的《机械设计基础》从培养应用型人才必需的技术基础出发，结合多年教学改革的经验，力求做到易教、易学和反映本学科的新进展。《机械设计基础》共有15章，包括绪论，平面机构的结构分析，平面连杆机构，凸轮机构，间歇运动机构，机械的调速与平衡，带传动与链传动，齿轮传动，蜗杆传动，轮系，螺纹连接，轴与轴毂连接，轴承，联轴器、离合器及制动器和弹簧。同时，将免费为采用本书作为教材的教师提供配套的电子课件。