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第1章　机械设计基础概论1

学习目标1

1.1　机器及其组成部分1

1.2　本课程的研究内容、性质和任务4

1.3　机械设计的基本要求和一般过程5

1.3.1　机械设计的基本要求5

1.3.2　机械设计的一般过程6

1.4　机械零件设计的基本知识8

1.4.1 机械零件的工作能力和设计准则8

1.4.2　机械零件设计的一般步骤8

1.4.3　机械零件的标准化8

1.5　机械零件的强度9

1.5.1　载荷和应力9

1.5.2　机械零件的静强度9

1.5.3　机械零件的疲劳强度10

1.5.4　机械零件的接触强度10

1.6　现代机械设计方法简介11

本章小结12

思考题与习题13

第2章　摩擦、磨损和润滑14

学习目标14

2.1　摩擦与磨损14

2.1.1　摩擦的定义与分类14

2.1.2　影响摩擦的主要因素15

2.1.3　减摩材料的设计与选用16

2.1.4　磨损的定义与分类16

2.1.5　磨损规律在机械设计中的应用17

2.2　润滑19

2.2.1　常用润滑剂及选择19

2.2.2　润滑方法和润滑装置23

2.3　密封方法及装置26

2.3.1　密封装置的分类26

2.3.2　常用密封装置27

2.3.3　密封装置的选择31

本章小结32

思考题与习题32

第3章　平面机构的运动简图和自由度33

学习目标33

3.1　机构的组成33

3.1.1　运动副的概念33

3.1.2 自由度和运动副约束33

3.1.3　运动链与机构35

3.2　平面机构运动简图36

3.2.1　运动副及构件的表示方法36

3.2.2　平面机构运动简图的绘制37

3.3　平面机构的自由度39

3.3.1　平面机构自由度计算39

3.3.2　平面机构具有确定运动的条件39

3.3.3　计算平面机构自由度时应注意的事项41

本章实训——机构测绘44

本章小结45

思考题与习题45

第4章　平面连杆机构47

学习目标47

4.1 概述47

4.1.1　有关的几个基本概念47

4.1.2　平面连杆机构的特点和应用47

4.2　铰链四杆机构的基本类型及其应用48

4.2.1　曲柄摇杆机构48

4.2.2　双曲柄机构49

4.2.3　双摇杆机构50

4.3　铰链四杆机构曲柄存在条件51

4.4　铰链四杆机构的演化52

4.4.1　转动副转化成移动副52

4.4.2　取不同构件为机架53

4.4.3　扩大回转副54

4.4.4　其他演化机构55

4.5　平面四杆机构的基本特性57

4.5.1 急回特性57

4.5.2　传力分析58

4.6　平面四杆机构设计61

4.6.1 用图解法设计平面四杆机构62

4.6.2　用解析法设计平面四杆机构65

本章实训——观察机构模型65

本章小结66

思考题与习题66

第5章　凸轮机构68

学习目标68

5.1 凸轮机构的应用与类型68

5.1.1 凸轮机构的组成和特点68

5.1.2　凸轮机构的分类69

5.1.3　凸轮机构的类型选择71

5.2　从动件常用的运动规律72

5.2.1 凸轮机构的工作过程分析72

5.2.2　常用运动规律73

5.2.3　从动件运动规律的选择76

5.3　凸轮轮廓曲线的设计77

5.3.1 图解法设计凸轮轮廓曲线77

5.3.2　解析法设计凸轮轮廓曲线80

5.4　凸轮机构设计中的几个问题81

5.4.1　压力角81

5.4.2　凸轮基圆半径的选取82

5.4.3　滚子半径的选取83

5.5　凸轮机构的结构和材料85

5.5.1 凸轮和从动件的结构85

5.5.2　凸轮和从动件的材料及选择86

本章实训——图解法设计凸轮轮廓87

本章小结88

思考题与习题88

第6章　间歇运动机构91

学习目标91

6.1　棘轮机构91

6.1.1　棘轮机构的组成及工作原理91

6.1.2　棘轮机构的类型92

6.1.3　棘轮机构的特点和应用93

6.2　槽轮机构94

6.2.1　槽轮机构的组成及工作原理94

6.2.2　槽轮机构的类型、特点和应用94

6.3　不完全齿轮机构96

6.3.1 不完全齿轮机构的组成及工作原理96

6.3.2　不完全齿轮机构的特点和应用96

6.4　凸轮式间歇运动机构96

6.4.1 凸轮式间歇运动机构的组成及工作原理96

6.4.2　凸轮式间歇运动机构的特点和应用97

本章实训——自动车床中转塔刀架转位机构的剖析97

本章小结98

思考题与习题98

第7章　螺纹联接与螺旋传动99

学习目标99

7.1　螺纹联接的基本知识99

7.1.1　螺纹的类型99

7.1.2　螺纹的主要参数100

7.1.3　常用螺纹的特点及应用100

7.2　螺纹联接的基本类型及螺纹联接件101

7.2.1　螺纹联接的基本类型101

7.2.2　螺纹联接件103

7.3　螺纹联接的预紧与防松104

7.3.1　螺纹联接的预紧104

7.3.2　螺纹联接的防松105

7.4　单个螺栓联接的强度计算106

7.4.1　受拉螺栓联接106

7.4.2　受剪切螺栓联接109

7.5　螺栓组联接的结构设计110

7.6　螺旋传动简介111

7.6.1　滑动螺旋机构112

7.6.2　滚动螺旋机构113

本章实训——齿轮减速器螺纹联接件的选择114

本章小结115

思考题与习题115

第8章　带传动117

学习目标117

8.1　带传动概述117

8.1.1　带传动的类型117

8.1.2　带传动的特点和应用118

8.2　V带和带轮结构118

8.2.1　普通V带的结构和尺寸标准118

8.2.2　普通V带轮的结构122

8.3　带传动的工作能力分析124

8.3.1　带传动的受力分析124

8.3.2　带传动的应力分析126

8.3.3　带传动的弹性滑动和传动比127

8.4　V带传动的设计127

8.4.1 带传动的失效形式和设计准则127

8.4.2　单根V带传递的功率127

8.4.3　V带传动的设计步骤和方法134

8.5　同步带传动139

8.5.1 同步带传动的特点和类型139

8.5.2　同步带的参数和标记140

8.5.3 同步带轮141

8.6　带传动的张紧、安装与维护141

8.6.1　带传动的张紧141

8.6.2　带传动的安装与维护142

本章实训——带式运输机传动系统中带传动的设计143

本章小结143

思考题与习题144

第9章　链传动145

学习目标145

9.1　链传动的特点、应用及类型145

9.1.1　链传动的特点及应用145

9.1.2　链传动的类型145

9.2　滚子链和链轮146

9.2.1　滚子链146

9.2.2　链轮147

9.3　链传动的运动分析148

9.4　滚子链传动的设计149

9.4.1　链传动的失效形式149

9.4.2　功率曲线图150

9.4.3　设计计算准则150

9.4.4　链传动主要参数的选择152

9.4.5　链传动的设计计算153

9.5　链传动的布置及张紧153

9.5.1　链传动的布置153

9.5.2　链传动的张紧153

本章实训——链、带传动性能参数测试155

本章小结155

思考题与习题155

第10章　齿轮传动156

学习目标156

10.1　齿轮传动的特点和基本类型156

10.2　渐开线齿轮的齿廓及传动比157

10.2.1　渐开线的形成和性质157

10.2.2　渐开线方程158

10.2.3　渐开线齿廓啮合的特点159

10.3　渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算160

10.3.1　齿轮各部分的名称和符号160

10.3.2　标准直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算161

10.3.3 渐开线直齿圆柱齿轮的公法线长度和固定弦齿厚162

10.4　渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动163

10.4.1 渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件163

10.4.2　渐开线齿轮传动的重合度164

10.4.3　渐开线齿轮的无侧隙啮合165

10.5　渐开线齿轮的加工方法166

10.6　渐开线齿廓的根切现象与标准外齿轮的最少齿数167

10.6.1　根切现象167

10.6.2　最少齿数167

10.7　变位齿轮传动168

10.7.1　变位齿轮168

10.7.2　最小变位系数169

10.7.3　变位齿轮传动的类型169

10.8　齿轮常见的失效形式与设计准则170

10.8.1　齿轮的失效形式170

10.8.2　齿轮的设计准则172

10.9　齿轮的常用材料及许用应力172

10.9.1　齿轮传动的精度及齿轮材料的基本要求172

10.9.2　齿轮常用材料及其热处理173

10.9.3　许用应力175

10.10　渐开线直齿圆柱齿轮传动的强度计算178

10.10.1　轮齿的受力分析178

10.10.2　轮齿的计算载荷178

10.10.3　齿面接触疲劳强度计算179

10.10.4　齿根弯曲疲劳强度计算180

10.10.5　齿轮传动设计参数的选择和设计步骤181

10.11　斜齿圆柱齿轮传动184

10.11.1 齿廓曲面的形成及其啮合特点184

10.11.2　斜齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸185

10.11.3　斜齿圆柱齿轮正确啮合的条件和重合度187

10.11.4　斜齿圆柱齿轮的当量齿数187

10.11.5　斜齿圆柱齿轮的强度计算188

10.12　直齿锥齿轮传动191

10.12.1　锥齿轮传动概述191

10.12.2　锥齿轮的齿廓曲线、背锥和当量齿数192

10.12.3　标准直齿锥齿轮的几何尺寸计算193

10.13　齿轮的结构设计及齿轮传动的润滑和效率194

10.13.1　齿轮的结构设计194

10.13.2　齿轮传动的润滑196

10.13.3　齿轮传动的效率197

本章实训——渐开线直齿圆柱齿轮参数测定197

本章小结200

思考题与习题201

第11章　蜗杆传动202

学习目标202

11.1 蜗杆传动的特点、类型和精度202

11.1.1　蜗杆传动的特点202

11.1.2　蜗杆传动的类型203

11.1.3　蜗杆传动的精度204

11.2　蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算205

11.3　蜗杆传动的失效形式和计算准则207

11.3.1　蜗杆传动的失效形式207

11.3.2　蜗杆传动的计算准则207

11.4　蜗杆传动的材料和结构207

11.4.1　蜗杆传动的常用材料207

11.4.2　蜗杆传动的结构208

11.5　蜗杆传动的强度计算209

11.6蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算211

本章实训——蜗杆传动效率的计算及测定214

本章小结215

思考题与习题215

第12章　齿轮系传动217

学习目标217

12.1　轮系的分类217

12.1.1 定轴轮系217

12.1.2　行星轮系218

12.1.3　混合轮系218

12.2　定轴轮系传动比的计算218

12.2.1　轮系的传动比218

12.2.2　传动比的计算218

12.3　行星轮系传动比的计算221

12.3.1　行星轮系的组成222

12.3.2　行星轮的分类222

12.3.3　传动比的计算224

12.4　混合轮系传动比的计算228

12.5　轮系的功用230

12.5.1 实现相距较远的两轴之间的传动230

12.5.2　获得大的传动比230

12.5.3　实现分路传动230

12.5.4　实现变速、变向传动231

12.5.5　实现运动的合成和分解231

12.6　其他新型齿轮传动简介232

12.6.1　摆线针轮行星传动232

12.6.2　谐波齿轮传动233

12.7　减速器234

12.7.1 常用减速器的主要类型、特点和应用234

12.7.2　减速器传动比的分配236

12.7.3　减速器的结构236

本章实训——周转轮系模型观察237

本章小结238

思考题与习题238

第13章　轴241

学习目标241

13.1　轴的功用和类型241

13.1.1　按照轴线的几何形状分类241

13.1.2　按照轴的受载情况不同分类242

13.2　轴的材料及其选择243

13.2.1　碳素钢243

13.2.2　合金钢244

13.2.3　铸铁244

13.3　轴的结构设计245

13.3.1 轴的结构设计应满足的基本要求245

13.3.2　影响轴结构的因素245

13.3.3　轴结构设计的具体内容245

13.4　轴的强度计算251

13.4.1　最小直径的确定251

13.4.2　轴的弯扭合成强度计算252

13.5　轴的设计举例253

13.6　轴的刚度计算258

13.6.1　轴的弯曲刚度258

13.6.2　轴的扭转刚度259

13.7　轴的使用与维维259

13.7.1　轴的使用和检查259

13.7.2　轴的维修260

本章实训——轴的结构设计及强度校核260

本章小结261

思考题与习题261

第14章　轴毂联接263

学习目标263

14.1　键联接263

14.1.1　键联接的类型、特点及应用263

14.1.2　键联接的类型选择和平键的强度计算266

14.2　花键联接268

14.2.1　概述268

14.2.2　矩形花键269

14.2.3　渐开线花键269

14.3　销联接269

14.3.1 圆柱销270

14.3.2　圆锥销270

14.3.3　异形销271

14.4　无键联接271

14.4.1 型面联接271

14.4.2　过盈配合联接272

14.4.3　胀紧联接273

本章实训——普通平键的类型选择和校核273

本章小结274

思考题与习题274

第15章　轴承275

学习目标275

15.1　轴承的功用和类型275

15.2　滑动轴承的摩擦状态和失效形式276

15.2.1　滑动轴承的摩擦状态276

15.2.2　滑动轴承的主要失效形式276

15.3　滑动轴承的结构形式277

15.3.1　径向滑动轴承的结构形式277

15.3.2　推力滑动轴承的结构形式278

15.4　滑动轴承的材料及轴瓦结构279

15.4.1　对轴承材料性能的要求279

15.4.2　常用的轴承材料279

15.4.3　轴瓦的结构281

15.5　滑动轴承的润滑282

15.5.1　润滑剂及选用原则282

15.5.2　润滑方法和润滑装置283

15.6　滚动轴承的结构、类型及代号285

15.6.1　滚动轴承的结构及材料285

15.6.2　滚动轴承的主要类型及特点286

15.6.3　滚动轴承的代号289

15.7　滚动轴承的类型选择293

15.7.1　影响轴承承载能力的参数293

15.7.2　类型的选择293

15.8　滚动轴承的工作情况分析及计算295

15.8.1　工作情况分析295

15.8.2　滚动轴承的主要失效形式和计算准则296

15.8.3　滚动轴承的寿命计算296

15.8.4　滚动轴承的静强度计算302

15.9　滚动轴承的组合设计304

15.9.1　滚动轴承内、外圈的轴向固定304

15.9.2　滚动轴承轴系的轴向固定305

15.9.3　轴承组合的轴向调整306

15.9.4　滚动轴承的预紧307

15.9.5　滚动轴承的配合308

15.9.6　支承部分的刚度和同轴度308

15.9.7　滚动轴承的拆装309

15.9.8　滚动轴承的润滑与密封310

15.10　滚动轴承的使用与维护313

15.10.1　滚动轴承的保管313

15.10.2　滚动轴承的检查313

15.10.3　滚动轴承的使用注意事项314

本章实训——圆柱齿轮减速器中滚动轴承的选择和寿命计算314

本章小结316

思考题与习题316

第16章　其他常用零件、部件318

学习目标318

16.1　联轴器318

16.1.1　联轴器的功用与分类318

16.1.2　固定式刚性联轴器319

16.1.3　移动式刚性联轴器320

16.1.4　弹性元件联轴器321

16.2　离合器322

16.2.1　离合器的功用与分类322

16.2.2　嵌合式离合器323

16.2.3　摩擦离合器324

16.2.4　磁粉离合器324

16.2.5　安全离合器325

16.2.6　超越离合器325

16.3　弹簧326

16.3.1　弹簧的功能326

16.3.2　弹簧的类型327

16.3.3　弹簧的材料与制造328

16.3.4　圆柱螺旋弹簧的结构、基本参数和几何尺寸329

本章实训——圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计330

本章小结331

思考题与习题331

参考文献333