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0　机械设计基础概论1

0.1　本课程研究的对象和内容1

0.2　机械的组成2

0.3　机械零件的失效形式及设计准则4

0.4　机械零件的设计步骤6

0.5　本课程的学习方法6

0.6　实验：典型机构认识7

小结8

思考与练习8

项目1　构件的静力分析9

教学导航9

1.1　物体的受力分析9

1.1.1　力9

1.1.2　力对点之矩11

1.1.3　力偶12

1.1.4　物体的受力分析与受力图13

1.2 平面力系及其平衡方程17

1.2.1　概述17

1.2.2 平面汇交力系18

1.2.3　平面力偶系19

1.2.4 平面任意力系20

1.2.5　平面平行力系23

1.3　空间任意力系简介23

1.3.1　概述23

1.3.2 力在空间直角坐标系内的投影23

1.3.3　空间力对轴之矩24

1.3.4 空间任意力系的平衡方程25

1.4　实验25

【实验一】 力的分解25

【实验二】　力的合成26

【实验三】　刚体静平衡26

小结26

思考与练习27

项目2　构件的变形与强度计算29

教学导航29

2.1　概述29

2.1.1　材料力学研究的对象29

2.1.2 材料力学研究的变形30

2.1.3 内力30

2.1.4　应力、极限应力及许用应力30

2.1.5　衡量构件承载能力的指标31

2.2　轴向拉伸与压缩31

2.2.1 轴向拉伸与压缩的概念及工程实例31

2.2.2　轴向拉伸与压缩的内力——轴力32

2.2.3　轴向拉伸与压缩的应力——正应力σ34

2.2.4　轴向拉伸与压缩的强度条件35

2.3　剪切与挤压36

2.3.1 剪切与挤压的概念及工程实例36

2.3.2　剪切与挤压的实用强度计算37

2.4　圆轴的扭转38

2.4.1　扭转的概念和工程实例38

2.4.2　扭矩和扭矩图39

2.4.3 圆轴扭转时横截面上的切应力及强度计算40

2.5　直梁的弯曲42

2.5.1 平面弯曲42

2.5.2 剪力图与弯矩图44

2.5.3 梁纯弯曲时横截面上的正应力及其强度计算47

2.6　组合变形和压杆稳定性49

2.6.1　组合变形49

2.6.2　压杆稳定性49

2.7　实验50

小结51

思考与练习51

项目3　平面机构的结构分析54

教学导航54

3.1　概述54

3.1.1 构件的自由度54

3.1.2　运动副54

3.2　平面机构运动简图56

3.2.1 平面机构运动简图中构件和运动副的表示方法56

3.2.2　绘制机构简图的基本方法和一般步骤57

3.3　平面机构的自由度计算60

3.3.1 平面机构自由度计算60

3.3.2　机构具有确定运动的条件60

3.3.3　计算机构自由度时应注意的事项60

3.4　实验：平面机构运动简图的绘制与分析63

小结64

思考与练习64

项目4　平面连杆机构66

教学导航66

4.1 概述66

4.2　铰链四杆机构的基本形式及其演化66

4.2.1　铰链四杆机构的基本形式67

4.2.2　铰链四杆机构的演化68

4.3　平面四杆机构的基本特性71

4.3.1 曲柄存在的条件71

4.3.2　急回特性和行程速比系数72

4.3.3　传动角和压力角73

4.3.4　死点位置73

4.4　平面四杆机构的设计74

4.5　实验：平面连杆机构搭接实验75

小结76

思考与练习76

项目5　凸轮机构77

教学导航77

5.1　概述77

5.1.1 凸轮机构的组成和应用77

5.1.2 凸轮机构的分类78

5.2 凸轮机构的从动件常用运动规律80

5.2.1 凸轮机构的运动分析80

5.2.2　从动件常用的几种运动规律81

5.2.3 常用的从动件运动规律的选择84

5.3　盘形凸轮轮廓的设计方法85

5.4　凸轮机构设计中应注意的几个问题86

5.4.1 凸轮机构压力角α87

5.4.2 轮基圆半径γb的确定87

5.4.3　滚子半径γT的确定88

5.4.4 凸轮和滚子的材料89

小结89

思考与练习90

项目6　其他常用机构91

教学导航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、特点和应用92

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　槽轮机构的主要参数95

6.3　不完全齿轮机构96

6.3.1　不完全齿轮机构的工作原理97

6.3.2　不完全齿轮机构的类型、特点及应用97

6.4　螺旋机构98

6.4.1　螺旋机构的特点98

6.4.2　螺旋机构的类型98

小结100

思考与练习100

项目7　带链传动101

教学导航101

7.1　带传动概述101

7.1.1 带传动的类型102

7.1.2 带传动的特点103

7.1.3 V带的结构和标准103

7.1.4 普通V带轮常用的材料与结构104

7.2　带传动的工作情况分析106

7.2.1 带传动的受力分析106

7.2.2　带传动的应力分析108

7.2.3　带传动的滑动分析109

7.3　V带传动设计计算110

7.3.1 V带传动的设计准则110

7.3.2　单根V带传递的功率110

7.3.3　V带传动设计计算112

7.4　V带传动的张紧、安装和维护117

7.4.1　V带传动的张紧117

7.4.2　带传动的安装和维护118

7.5　链传动119

7.5.1　概述119

7.5.2　滚子链的结构及标准120

7.5.3　链轮齿形、结构和材料121

7.5.4　链传动的失效形式122

7.5.5　链传动的布置、张紧及润滑123

7.6　实验125

【实验一】　机械设计认知125

【实验二】　带传的实验128

小结128

思考与练习128

项目8　齿轮传动130

教学导航130

8.1　概述130

8.1.1　齿轮机构的分类130

8.1.2　齿轮机构的优缺点131

8.2　渐开线齿廓132

8.2.1　渐开线的形成和性质132

8.2.2　渐开线齿廓啮合特性133

8.3　渐开线标准直齿圆柱齿轮133

8.3.1　齿轮各部分的名称133

8.3.2　基本参数134

8.3.3　渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸与基本参数的关系135

8.4　渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动136

8.4.1　正确啮合条件137

8.4.2　标准中心距和标准安装137

8.4.3　连续传动条件138

8.5　渐开线直齿圆柱齿轮的加工方法139

8.5.1　仿形法139

8.5.2　展成法140

8.5.3　根切现象与最少齿数142

8.6　渐开线齿轮传动强度设计计算基础143

8.6.1 齿轮传动的失效形式及计算准则143

8.6.2　齿轮的常用材料和热处理144

8.6.3　齿轮传动的精度等级146

8.6.4　齿轮的结构设计147

8.6.5　齿轮传动的润滑149

8.7　直齿圆柱齿轮传动的强度计算与设计150

8.7.1　轮齿的受力分析151

8.7.2　轮齿的计算载荷152

8.7.3　齿面接触疲劳强度计算152

8.7.4　齿根弯曲疲劳强度计算153

8.7.5　齿轮的许用应力和主要参数的选择154

8.8　斜齿圆柱齿轮传动158

8.8.1　斜齿圆柱齿轮传动形成原理及啮合特点158

8.8.2　斜齿圆柱齿轮的基本参数159

8.8.3　斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算161

8.8.4　斜齿圆柱齿轮啮合传动162

8.8.5　轮齿的受力分析163

8.9　直齿圆锥齿轮传动164

8.9.1　概述164

8.9.2　直齿圆锥齿轮传动的主要参数164

8.10　蜗杆传动165

8.10.1　概述165

8.10.2　蜗杆传动的主要参数和几何尺寸166

8.10.3　蜗杆传动设计计算170

8.10.4　蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算174

8.10.5　蜗杆、蜗轮的结构176

8.11 实验177

【实验一】　机构组合设计177

【实验二】　渐开线直齿圆柱齿轮基本参数的测定178

【实验三】　渐开线齿廓的展成原理178

小结179

思考与练习179

项目9　轮系181

教学导航181

9.1　概述181

9.2　定轴轮系传动比的计算183

9.3　周转轮系传动比的计算185

9.4　混合轮系传动比计算189

9.5　轮系的应用190

9.6　实验：轮系运动特性实验191

小结192

思考与练习193

项目10　连接195

教学导航195

10.1　螺纹连接195

10.1.1　螺纹的形成和主要参数196

10.1.2　螺纹的常用类型197

10.1.3　螺纹连接的基本类型及应用198

10.1.4　标准螺纹连接件200

10.1.5　螺纹连接件的材料201

10.2　螺纹连接的预紧和防松201

10.2.1　螺纹连接的预紧201

10.2.2　螺纹连接的防松202

10.3　螺纹连接的强度计算204

10.3.1　普通螺栓连接的强度计算204

10.3.2　铰制孔用螺栓连接的强度计算206

10.4　螺纹连接结构设计应注意的问题208

10.5　键连接209

10.5.1 平键、半圆键、楔键、切向键的功能及应用209

10.5.2　键的选择211

10.5.3　平键连接强度计算211

10.6　花键连接和销连接213

10.6.1　花键连接213

10.6.2　销连接214

10.7　联轴器和离合器215

10.7.1　联轴器215

10.7.2 离合器217

小结218

思考与练习218

项目11　轴219

教学导航219

11.1　概述219

11.2　轴的材料221

11.3　轴的基本直径的估算222

11.4　轴的结构设计224

11.5　轴的强度计算229

11.6　轴的设计230

小结234

思考与练习234

项目12　轴承235

教学导航235

12.1　概述235

12.2　滑动轴承235

12.2.1 滑动轴承的摩擦状态235

12.2.2 滑动轴承的主要类型236

12.2.3　滑动轴承的特点及应用238

12.3　轴瓦的结构和材料238

12.3.1　轴瓦的结构238

12.3.2　滑动轴承的失效形式及材料239

12.4　滚动轴承的结构、类型及其选择240

12.4.1　滚动轴承的结构240

12.4.2　滚动轴承的主要类型及其代号243

12.4.3　滚动轴承类型的选择246

12.5　滚动轴承的失效形式及计算248

12.5.1 滚动轴承的失效形式和计算准则248

12.5.2　寿命计算249

12.6　滚动轴承的组合设计255

12.7　滚动轴承的润滑与密封257

12.8　实验：减速器的拆装259

小结260

思考与练习260

参考文献261