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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