机械设计基础PDF电子书下载

第0章 绪论 1

0.1本课程的研究对象 1

0.2机器及其组成 1

0.3机械设计的基本要求与步骤 2

0.4机械设计的标准化、系列化及通用化 3

思考题与习题 3

第1章 机械工程材料 4

1.1金属材料的主要性能 4

1.1.1金属材料的静态力学性能 4

1.1.2金属材料的动态力学性能 7

1.1.3金属材料的物理、化学及工艺性能 8

1.1.4材料的工艺性能 8

1.2常用的金属材料 9

1.2.1碳钢 9

1.2.2合金钢 10

1.2.3铸铁 13

1.2.4铸钢 14

1.2.5非铁金属及其合金 15

1.3钢的热处理 16

1.3.1金属及合金的结晶 17

1.3.2钢的常用热处理 19

1.4常用的非金属材料 22

1.4.1高分子材料 22

1.4.2陶瓷 24

1.4.3复合材料 24

思考题与习题 25

第2章 公差与配合基础 27

2.1极限与配合 27

2.1.1极限与配合的基本术语及定义 27

2.1.2极限与配合国家标准 30

2.1.3公差与配合的选用 34

2.2形状和位置公差及公差原则 38

2.2.1形位公差的基本概念 39

2.2.2形状和位置公差 43

2.2.3公差原则 48

2.2.4形位公差的选择 54

2.3表面粗糙度 55

2.3.1表面粗糙度评定参数 56

2.3.2表面粗糙度的标注 58

2.3.3表面粗糙度参数值的选择 60

思考题与习题 62

第3章 机械工程力学基础 66

3.1静力学的基本概念及公理 66

3.1.1力和力系的概念 66

3.1.2静力学的基本公理 67

3.2约束与约束反力 68

3.3物体的受力分析与受力图 70

3.3.1受力图的画法 71

3.3.2力对点之矩 72

3.3.3合力矩定理 72

3.3.4力偶与力偶矩 73

3.3.5力的平移定理 75

3.4平面力系 76

3.4.1平面汇交力系 76

3.4.2平面任意力系 80

3.4.3物体系统的平衡 83

3.4.4滑动摩擦力及其性质 85

3.5材料力学的基本概念 87

3.5.1变形固体及其基本假设 87

3.5.2内力、截面法和应力 88

3.6轴向拉伸和压缩 88

3.6.1轴向拉伸和压缩的概念 88

3.6.2轴向拉伸与压缩时横截面上的轴力、轴力图 89

3.6.3横截面上的应力 90

3.6.4轴向拉伸或压缩时的变形 92

3.6.5材料在拉伸和压缩时的力学性能 93

3.6.6轴向拉伸和压缩时的强度计算 97

3.7剪切与挤压 100

3.7.1剪切实用计算 100

3.7.2挤压实用计算 101

3.8圆轴的扭转 103

3.8.1扭转的概念 103

3.8.2圆轴扭转时横截面上的内力 104

3.8.3圆轴扭转时横截面上的应力 105

3.8.4圆轴扭转时的变形 108

3.9直梁的弯曲 109

3.9.1平面弯曲的概念 109

3.9.2梁的弯曲内力——剪力和弯矩 110

3.9.3剪力图和弯矩图 113

3.9.4梁弯曲时横截面上的应力 115

3.9.5梁的弯曲强度计算 118

3.9.6梁弯曲时的变形 120

3.10组合变形的强度计算 121

3.10.1组合变形的概念 121

3.10.2弯曲与拉压组合变形的强度计算 122

3.10.3圆轴弯曲与扭转时的强度条件及计算 124

3.11压杆稳定 126

3.11.1压杆的稳定概念 126

3.11.2细长压杆的临界载荷与临界应力 127

3.11.3压杆的稳定计算 128

思考题与习题 128

第4章 平面机构概述 135

4.1构件和平面运动副 135

4.1.1运动副和约束 135

4.1.2自由度和约束条件 135

4.1.3运动副的分类 136

4.2平面机构的运动简图 137

4.2.1绘制机构运动简图的目的 137

4.2.2平面机构运动简图的绘制 138

4.3平面机构的自由度 138

4.3.1平面机构自由度的计算 138

4.3.2平面机构具有确定相对运动的条件 139

4.4计算平面机构自由度的注意事项 140

4.4.1复合铰链 140

4.4.2局部自由度 140

4.4.3虚约束条件 140

思考题与习题 142

第5章 平面连杆机构 143

5.1平面铰链四杆机构 143

5.1.1铰链四杆机构的类型 143

5.1.2曲柄存在的条件 145

5.2含有一个移动副的平面四杆机构 146

5.2.1曲柄滑块机构 146

5.2.2导杆机构 147

5.2.3摇块机构和定块机构 148

5.3平面四杆机构的运动特性 148

5.3.1急回特性 148

5.3.2压力角α和传动角γ 149

5.3.3机构的死点 150

5.4平面四杆机构运动设计简介 150

5.4.1按连杆预定的位置设计四杆机构 150

5.4.2按给定的行程速比系数设计四杆机构 152

思考题与习题 153

第6章 凸轮机构 155

6.1概述 155

6.1.1凸轮机构的特点和应用 155

6.1.2凸轮机构的类型 155

6.2凸轮从动件常用的运动规律 157

6.2.1从动件位移的分析 157

6.2.2从动件常用运动规律 158

6.2.3从动件的速度、加速度 159

6.3盘形凸轮轮廓曲线的设计 160

6.3.1反转法原理 160

6.3.2尖顶及滚子从动件的凸轮轮廓曲线设计 160

6.3.3平底从动件的凸轮轮廓线设计 161

6.4凸轮设计中应注意的几个问题 162

6.4.1凸轮机构的压力角和自锁 162

6.4.2凸轮基圆半径的确定 163

6.4.3滚子半径的确定 164

6.4.4凸轮机构的结构 165

思考题与习题 166

第7章 齿轮机构 167

7.1齿轮传动的应用和分类 167

7.1.1齿轮传动的特点 167

7.1.2齿轮传动的类型和应用 167

7.1.3齿轮传动的基本要求 169

7.2渐开线齿廓 169

7.2.1渐开线的形成和性质 169

7.2.2渐开线齿廓啮合特性 170

7.3渐开线标准齿轮 171

7.3.1齿轮各部分的名称和基本参数 171

7.3.2渐开线标准齿轮尺寸 172

7.4渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 174

7.4.1正确啮合条件 174

7.4.2中心距与啮合角 175

7.4.3渐开线直齿圆柱齿轮连续传动的条件 175

7.5渐开线齿形的加工原理 176

7.5.1成形法 176

7.5.2展成法 177

7.5.3根切现象与最少齿数 178

7.6渐开线变位齿轮机构 179

7.6.1标准齿轮的局限性 179

7.6.2变位齿轮的切制 180

7.6.3变位齿轮的齿形特点 180

7.6.4变位齿轮传动的类型和尺寸计算 180

7.7斜齿圆柱齿轮机构 181

7.7.1齿廓形成与啮合特点 181

7.7.2斜齿圆柱齿轮的基本参数 182

7.7.3斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 183

7.7.4斜齿圆柱齿轮正确啮合条件 184

7.7.5当量齿轮与当量齿数 184

7.8直齿圆锥齿轮机构 185

7.8.1圆锥齿轮机构的类型和传动比 185

7.8.2几何尺寸计算 185

7.8.3当量齿轮与当量齿数 186

思考题与习题 187

第8章 轮系 188

8.1轮系的分类 188

8.2定轴轮系 189

8.3周转轮系传动比的计算 190

8.4混合轮系传动比的计算 193

8.5几种特殊的行星传动简介 194

8.5.1少齿差行星齿轮传动 194

8.5.2谐波齿轮传动 195

思考题与习题 196

第9章 间歇机构 198

9.1棘轮机构 198

9.1.1工作原理、类型 198

9.1.2棘轮转角大小的调节方式 199

9.1.3棘轮机构的特点及应用 199

9.1.4结构要求和主要参数 199

9.2槽轮机构 200

9.2.1槽轮机构的工作原理 200

9.2.2特点和应用 200

9.2.3运动系数和主要参数 201

9.3不完全齿轮机构 201

9.3.1不完全齿轮机构的工作原理 201

9.3.2不完全齿轮机构的特点及应用 202

思考题与习题 202

第10章 刚性回转构件的平衡 203

10.1概述 203

10.1.1研究平衡的目的 203

10.1.2刚性回转构件平衡的种类 203

10.2回转件的平衡计算 204

10.2.1静平衡计算 204

10.2.2动平衡计算 205

10.3回转件的平衡试验 206

10.3.1静平衡试验 206

10.3.2动平衡试验 206

思考题与习题 206

第11章 带传动与链传动 207

11.1带传动的特点、类型和应用 207

11.1.1带传动的特点 207

11.1.2带传动的类型 207

11.2带传动的工作原理和工作能力分析 208

11.2.1.带传动的受力分析 208

11.2.2传动带工作时的应力分析 209

11.2.3滑动分析 211

11.3 V带与V带轮 212

11.3.1 V带传动的运动和几何关系 212

11.3.2普通V带的结构和标准 213

11.3.3 V带轮材料和结构 214

11.4 V带传动的设计计算 215

11.4.1带传动的设计准则和单根V带额定功率 215

11.4.2 V带传动的设计步骤和参数选择 217

11.5带传动的张紧、安装和维护 222

11.5.1带传动的张紧 222

11.5.2 V带传动的安装与维护 222

11.6链传动 223

11.6.1链传动的类型及特点 223

11.6.2滚子链和链轮 224

11.6.3链轮的结构和材料 225

11.7链传动的运动特性 226

11.7.1链传动的传动比及运动不均匀性 226

11.7.2链速的不均匀性 227

11.8滚子链传动的设计计算 228

11.8.1滚子链传动的失效形式 228

11.8.2极限功率曲线 228

11.8.3额定功率曲线 228

11.8.4滚子链传动的设计计算 228

思考题与习题 232

第12章 齿轮传动 233

12.1直齿圆柱齿轮传动的作用力 233

12.1.1直齿圆柱齿轮的受力分析 233

12.1.2轮齿的计算载荷 234

12.2齿轮材料和热处理方法 234

12.3齿轮传动的失效形式和设计准则 236

12.3.1齿轮传动的失效形式 236

12.3.2齿轮传动的设计准则 237

12.4直齿圆柱齿轮传动的强度计算 238

12.4.1齿面接触强度计算 238

12.4.2齿根弯曲疲劳强度计算 240

12.4.3齿轮传动主要参数的选择 242

12.4.4齿轮精度等级的选择 243

12.5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 245

12.5.1轮齿受力分析 245

12.5.2强度计算 246

12.6直齿圆锥齿轮传动的强度计算 248

12.6.1轮齿受力分析 248

12.6.2强度计算 248

12.7齿轮的结构设计 249

12.7.1锻造齿轮 249

12.7.2铸造齿轮 250

12.7.3镶套齿轮 251

12.8齿轮传动的润滑 251

思考题与习题 252

第13章 蜗杆传动 253

13.1蜗杆传动的特点和类型 253

13.1.1蜗杆传动的特点及应用 253

13.1.2 蜗杆传动的类型 253

13.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 254

13.2.1普通圆柱蜗杆传动的主要参数 254

13.2.2普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算 256

13.3蜗杆传动的失效形式和材料选择 257

13.3.1蜗杆传动的失效形式 257

13.3.2蜗杆传动的材料选择 257

13.4蜗杆传动的强度计算 258

13.4.1轮齿上的作用力 258

13.4.2蜗杆传动的承载能力计算 259

13.5蜗杆传动的效率和热平衡计算 259

13.5.1蜗杆传动的效率 259

13.5.2蜗杆传动的热平衡计算 260

13.6蜗杆、蜗轮的结构 261

13.6.1蜗杆的结构形式 261

13.6.2 蜗轮的结构形式 262

思考题与习题 262

第14章 螺纹连接和螺旋传动 264

14.1螺纹的形成、类型、特点和应用 264

14.1.1螺纹的形成和类型 264

14.1.2螺纹的主要参数 264

14.1.3螺旋副受力分析 266

14.2螺纹连接的基本类型和标准螺纹连接件 267

14.2.1螺纹连接的基本类型 267

14.2.2标准螺纹连接件 268

14.2.3螺纹连接的预紧和防松 268

14.3螺栓组连接的结构设计 269

14.4螺纹连接的计算 271

14.4.1普通螺栓连接的强度计算 271

14.4.2铰制孔用螺栓连接 274

14.5提高螺栓连接强度的措施 276

14.5.1改善螺纹牙间的载荷分配 276

14.5.2降低螺栓的轴向工作载荷 277

14.5.3减少应力集中 277

14.5.4避免附加弯曲应力 277

14.6螺旋传动 278

14.6.1概述 278

14.6.2滑动螺旋传动的材料和结构 279

14.6.3滑动螺旋传动计算要点 280

思考题与习题 281

第15章 轴 283

15.1概述 283

15.1.1轴的分类 283

15.1.2轴的材料 284

15.1.3轴的设计要求和一般设计步骤 285

15.2轴的结构设计 285

15.2.1轴上零件的定位和固定 286

15.2.2轴的结构工艺性 288

15.2.3避免或减小应力集中 288

15.2.4轴的直径和长度确定 289

15.3轴的强度计算 289

15.3.1按扭转强度计算传动轴的强度 289

15.3.2按弯扭合成强度计算传动轴的强度 290

15.4轴的刚度计算与临界转速的概念 293

15.4.1轴的刚度计算 293

15.4.2轴的临界转速的概念 293

15.5轴毂连接 293

15.5.1键连接 293

15.5.2花键连接 297

15.5.3销连接 298

思考题与习题 298

第16章 轴承 300

16.1摩擦、磨损及润滑基本知识 300

16.1.1摩擦 300

16.1.2磨损 301

16.1.3润滑剂 301

16.1.4润滑方法和润滑装置 303

16.2滑动轴承的结构 304

16.2.1径向滑动轴承 304

16.2.2止推滑动轴承 305

16.3轴瓦的材料和结构 306

16.3.1轴瓦材料 306

16.3.2轴瓦的结构 307

16.4边界和混合摩擦滑动轴承的计算 308

16.5液体动压滑动轴承简介 310

16.6滚动轴承概述 311

16.6.1滚动轴承的基本结构 311

16.6.2轴承的类型和分类 311

16.6.3滚动轴承的类型选择 313

16.6.4滚动轴承的代号 314

16.7滚动轴承的计算 316

16.7.1滚动轴承的失效形式 316

16.7.2滚动轴承的寿命计算 316

16.7.3极限转速 322

16.8滚动轴承的结构设计 323

16.8.1轴承组合的轴向固定 323

16.8.2滚动轴承组合结构的调整 325

16.8.3滚动轴承的配合 325

16.8.4滚动轴承的预紧 326

16.8.5轴承的装拆 326

思考题与习题 327

第17章 联轴器、离合器与制动器 328

17.1联轴器 328

17.1.1固定式刚性联轴器 328

17.1.2移动式刚性联轴器 329

17.1.3弹性联轴器 331

17.1.4联轴器的选择 331

17.2常用离合器 332

17.2.1操纵离合器 332

17.2.2自动离合器 334

17.3制动器 334

思考题与习题 335

第18章 弹簧 336

18.1弹簧的功用和类型 336

18.1.1弹簧的功用 336

18.1.2弹簧的类型 336

18.2弹簧的材料和制造 337

18.2.1弹簧的材料和许用应力 337

18.2.2螺旋弹簧的制造 338

18.3圆柱螺旋弹簧的结构、参数和尺寸 339

18.3.1弹簧的端部结构 339

18.3.2弹簧的参数和尺寸 339

18.3.3圆柱螺旋弹簧的特性曲线 340

18.4圆柱螺旋弹簧的设计计算 341

18.4.1弹簧的强度计算 341

18.4.2弹簧的刚度计算 342

18.4.3弹簧的稳定性计算 342

思考题与习题 344

附录A 各种标准数据摘录 345

参考文献 357