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第1篇 机械设计概论和机构结构 1

第1章 机械设计概论 1

1.1 课程概论 1

1.1.1 机械的概念和组成 1

1.1.2 机械设计发展概述 4

1.1.3 本课程的内容、基本要求和学习特点 5

1.2 机械设计过程 6

1.3 功能原理设计 8

1.3.1 功能原理设计的特点 8

1.3.2 功能分析 8

1.3.3 功能类型和求解思路 9

1.4 机械设计约束 12

1.4.1 承载能力约束 12

1.4.2 技术性能约束 15

1.4.3 标准化约束 16

1.4.4 产品成本约束 16

1.4.5 可持续发展约束 16

1.5 机械结构设计 17

1.5.1 零件的相关与结构要素 17

1.5.2 结构设计的基本要求 18

1.5.3 结构设计的构型变换 20

1.5.4 结构设计准则 21

思考和实训习题 30

第2章 现代设计方法应用概述 32

2.1 计算机辅助设计 32

2.1.1 概述 32

2.1.2 编制CAD程序的方法 34

2.2 优化设计 39

2.2.1 概述 39

2.2.2 优化设计的数学模型 40

2.2.3 优化问题的数值解法 42

2.2.4 运用Matlab优化工具箱函数求解优化设计问题概述 43

2.3 创新设计 45

2.3.1 创新设计的实质 46

2.3.2 创造性思维的特点和类型 46

2.3.3 创新设计的概念和解决原理 48

2.3.4 机械创新设计应用实例 49

思考和实训习题 51

第3章 机构结构分析 54

3.1 平面机构的组成 54

3.2 平面机构运动简图 58

3.3 平面机构自由度和运动确定性 61

3.3.1 平面机构的自由度 61

3.3.2 机构自由度计算中的特殊情况处理 61

3.3.3 平面机构具有确定运动的条件 62

思考和实训习题 65

第2篇 常用机构 69

第4章 平面连杆机构 69

4.1 平面连杆机构的类型和应用 70

4.1.1 铰链四杆机构 70

4.1.2 滑块四杆机构 74

4.1.3 运动副变换 77

4.2 平面连杆机构的基本特性 79

4.2.1 急回特性 79

4.2.2 传力分析 80

4.3 平面连杆机构的运动分析 84

4.4 平面连杆机构的运动设计 85

4.4.1 按照给定连杆位置设计铰链四杆机构 85

4.4.2 按照给定行程速度变化系数设计四杆机构 85

4.4.3 铰链四杆机构的运动几何方程 87

4.4.4 按照给定的两连架杆对应位置设计铰链四杆机构 88

4.5 多杆机构的应用 90

思考和实训习题 92

第5章 凸轮机构 94

5.1 凸轮机构的类型和应用 94

5.1.1 凸轮机构的组成和类型 94

5.1.2 凸轮机构的特点与应用 97

5.2 从动件基本运动规律 97

5.2.1 从动件基本运动规律的运动方程和线图 98

5.2.2 从动件运动规律的选择 101

5.3 凸轮轮廓设计 103

5.3.1 用图解法设计凸轮轮廓 103

5.3.2 用解析法设计凸轮轮廓 106

5.3.3 凸轮机构的计算机辅助设计 109

5.4 凸轮机构基本参数和尺寸的确定 112

5.4.1 凸轮机构的压力角及许用值 112

5.4.2 凸轮基圆半径的确定 113

5.4.3 滚子半径的确定 114

5.5 凸轮机构的结构、材料和工作图 117

5.5.1 凸轮和从动件的结构 117

5.5.2 凸轮和从动件的材料及选择 119

5.5.3 凸轮工作图 120

思考和实训习题 120

第6章 轮系 123

6.1 定轴轮系 123

6.1.1 定轴轮系传动比 124

6.1.2 定轴轮系传动比符号的确定方法 125

6.1.3 定轴轮系各级传动比的分配 125

6.2 行星轮系 125

6.2.1 行星轮系的分类 126

6.2.2 行星轮系的传动比 126

6.2.3 行星轮系传动比符号的确定方法 128

6.3 组合轮系 128

6.4 轮系的功用 129

6.5 其他行星传动简介 133

6.5.1 渐开线少齿差行星传动 133

6.5.2 摆线针轮行星传动 134

6.5.3 谐波齿轮传动 134

思考和实训习题 135

第7章 其他常用机构 137

7.1 棘轮机构 137

7.1.1 棘轮机构的组成和工作原理 137

7.1.2 棘轮机构的类型、特点和应用 138

7.1.3 棘轮机构的应用实例 139

7.1.4 棘轮机构的基本参数和几何尺寸 141

7.2 槽轮机构 144

7.2.1 槽轮机构的组成和工作原理 144

7.2.2 槽轮机构的类型、特点和应用 144

7.2.3 槽轮机构的基本参数和尺寸 145

7.2.4 槽轮机构的运动特性 147

7.3 螺旋机构 150

7.3.1 螺旋机构的工作原理和类型 150

7.3.2 螺纹的形成和分类 151

7.3.3 螺纹的基本参数和尺寸 154

7.3.4 螺旋机构的运动分析 155

7.3.5 螺旋副的效率和自锁 156

7.3.6 滑动螺旋副的材料和结构特点 157

7.4 机构的组合与应用 159

7.4.1 机构的串联式组合 159

7.4.2 机构的并联式组合 160

7.4.3 机构的反馈式组合 161

7.4.4 机构的复合式组合 161

7.5 机构的选型与应用 162

思考和实训习题 166

第3篇 机械传动 169

第8章 带传动 169

8.1 带传动的工作原理和应用 170

8.1.1 带传动的工作原理 170

8.1.2 带传动的类型、特点和应用 170

8.2 带传动的受力分析和应力分析 171

8.2.1 受力分析 171

8.2.2 应力分析 172

8.3 带传动的弹性滑动与失效形式 173

8.4 V带和V带轮 175

8.4.1 V带结构和基本尺寸 175

8.4.2 V带轮的材料、结构与工作图 177

8.5 带传动的安装和张紧 180

8.6 V带传动选用计算 182

8.6.1 设计准则和V带的许用功率 182

8.6.2 V带传动选用计算的主要步骤 186

思考和实训习题 192

第9章 链传动 194

9.1 链传动的特点、类型和传动件结构参数 194

9.1.1 链传动的组成、特点和类型 194

9.1.2 链传动的传动件结构参数 196

9.2 链传动的运动分析和受力分析 200

9.2.1 链传动的运动分析 200

9.2.2 链传动的受力分析 202

9.3 链传动的选用计算 203

9.3.1 链传动的失效形式 203

9.3.2 滚子链的功率曲线 204

9.3.3 链传动基本参数的选择 207

9.3.4 链传动选用计算内容 208

9.4 链传动的布置、张紧和润滑 210

9.4.1 链传动的布置 210

9.4.2 链传动的张紧 211

9.4.3 链传动的润滑 211

思考和实训习题 212

第10章 齿轮传动 213

10.1 齿轮传动的特点和类型 214

10.1.1 齿轮传动的特点 214

10.1.2 齿轮传动的类型 214

10.2 齿轮啮合基本定律与渐开线齿廓 215

10.2.1 齿廓啮合基本定律 215

10.2.2 齿廓间的相对滑动 216

10.2.3 渐开线齿廓 217

10.3 渐开线标准齿轮的基本参数和尺寸 218

10.3.1 齿轮的基本尺寸 218

10.3.2 渐开线标准齿轮的基本参数 219

10.3.3 标准齿轮的基本尺寸计算 219

10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 221

10.4.1 渐开线齿廓传动特性 221

10.4.2 渐开线齿轮的正确啮合条件 222

10.4.3 渐开线齿轮的连续传动条件 223

10.4.4 内齿轮和齿条 224

10.5 渐开线齿形的加工和尺寸检验 225

10.5.1 渐开线齿形的加工原理 225

10.5.2 渐开线齿廓的根切问题 227

10.5.3 渐开线齿轮的尺寸检验 228

10.6 变位齿轮传动 229

10.6.1 变位齿轮的概念 229

10.6.2 变位齿轮的齿形特点和尺寸变动 230

10.6.3 变位齿轮的传动类型和应用 231

10.7 斜齿圆柱齿轮传动 234

10.7.1 斜齿圆柱齿轮齿面的形成和特点 234

10.7.2 斜齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸 235

10.7.3 斜齿轮的当量齿数 237

10.7.4 交错轴斜齿轮传动 238

10.8 圆锥齿轮传动 239

10.8.1 直齿圆锥齿轮齿廓曲面的形成 239

10.8.2 圆锥齿轮的背锥和当量齿数 239

10.8.3 直齿圆锥齿轮的基本参数和尺寸 240

10.8.4 圆柱圆锥齿轮传动简介 241

10.9 齿轮传动设计 243

10.9.1 齿轮轮齿的失效形式、常用材料和设计约束 243

10.9.2 圆柱齿轮传动的受力分析 246

10.9.3 圆柱齿轮承载能力计算 248

10.9.4 圆柱齿轮传动的精度等级及选用 252

10.9.5 齿轮传动设计准则 253

10.9.6 圆柱齿轮传动的计算机辅助设计 256

10.9.7 直齿圆锥齿轮的强度计算 257

10.10 齿轮结构、工作图和传动润滑 259

10.10.1 齿轮结构 259

10.10.2 齿轮工作图 260

10.10.3 齿轮传动的润滑 260

10.11 圆弧齿轮传动简介 262

思考和实训习题 263

第11章 蜗杆传动 266

11.1 蜗杆传动概述 266

11.1.1 蜗杆传动的类型 266

11.1.2 蜗杆传动的特点和应用 267

11.2 蜗杆传动的基本参数和尺寸 268

11.2.1 蜗杆传动的基本参数 268

11.2.2 蜗杆传动的基本尺寸 270

11.2.3 蜗杆传动的变位 271

11.3 蜗杆传动的承载能力计算 272

11.3.1 蜗杆传动的失效形式 272

11.3.2 蜗杆传动的材料和许用应力 272

11.3.3 蜗杆传动的受力分析 273

11.3.4 蜗杆传动的强度条件 274

11.4 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡 275

11.4.1 蜗杆传动的滑动速度 275

11.4.2 蜗杆传动的效率 275

11.4.3 蜗杆传动的润滑 277

11.4.4 蜗杆传动的热平衡计算 277

11.5 蜗杆与蜗轮的结构和工作图 279

11.5.1 蜗杆结构 279

11.5.2 蜗轮结构 279

11.5.3 蜗杆和蜗轮工作图 280

思考和实训习题 283

第4篇 轴系零部件 285

第12章 滑动轴承 285

12.1 滑动轴承的工作原理 286

12.1.1 滑动轴承简介 286

12.1.2 滑动摩擦的类型 286

12.1.3 滑动轴承设计中的基本问题 287

12.2 滑动轴承的分类和结构特点 287

12.2.1 滑动轴承的分类 287

12.2.2 推力滑动轴承 288

12.2.3 特殊结构轴承简介 289

12.3 滑动轴承的材料和轴瓦结构 289

12.3.1 滑动轴承的材料 289

12.3.2 轴瓦的结构 290

12.4 滑动轴承的润滑和配合 292

12.4.1 润滑剂及其选用原则 292

12.4.2 润滑装置 293

12.4.3 滑动轴承润滑方式的选择 293

12.4.4 滑动轴承的配合 294

12.5 非液体润滑滑动轴承的计算 294

12.5.1 径向滑动轴承 295

12.5.2 推力滑动轴承 295

12.6 液体动压滑动轴承和静压滑动轴承简介 297

12.6.1 液体动压滑动轴承 297

12.6.2 液体静压滑动轴承 297

思考和实训习题 298

第13章 滚动轴承 299

13.1 滚动轴承的组成、类型和特点 299

13.1.1 滚动轴承的组成 300

13.1.2 滚动轴承的类型、特点及应用 300

13.2 滚动轴承的代号及类型选择 304

13.2.1 滚动轴承的代号 304

13.2.2 滚动轴承类型的选择 307

13.3 滚动轴承寿命计算 308

13.3.1 滚动轴承的失效形式及计算准则 308

13.3.2 滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷 309

13.3.3 滚动轴承的寿命计算公式 310

13.3.4 滚动轴承的当量动载荷计算 311

13.3.5 角接触轴承的轴向载荷 313

13.3.6 滚动轴承的静强度计算 314

13.4 陶瓷滚动轴承与滚动导轨简介 321

13.4.1 陶瓷滚动轴承 321

13.4.2 滚动导轨 322

思考和实训习题 323

第14章 轴及轴系 324

14.1 轴的概述 324

14.1.1 轴的功用与分类 324

14.1.2 轴的设计中应考虑的问题 325

14.2 轴的材料与强度计算 326

14.2.1 轴的材料与机械性能 326

14.2.2 轴径的估算和强度计算 327

14.3 轴及轴系的结构设计 331

14.3.1 轴的结构设计 331

14.3.2 轴的工作图 335

14.3.3 轴系的结构设计 336

思考和实训习题 341

第15章 联轴器、离合器与制动器 343

15.1 联轴器 343

15.1.1 固定式刚性联轴器 344

15.1.2 移动式刚性联轴器 346

15.1.3 弹性联轴器 347

15.2 离合器 348

15.2.1 嵌合式离合器 348

15.2.2 摩擦式离合器 349

15.3 制动器 351

15.3.1 抱块式制动器 351

15.3.2 内涨式制动器 351

15.3.3 带式制动器 352

思考和实训习题 352

第5篇 机械连接 355

第16章 连接 355

16.1 键连接 356

16.1.1 键连接的功用和分类 356

16.1.2 平键连接的选择和计算 358

16.1.3 花键连接的类型、标准和选用 359

16.2 销连接 360

16.3 螺纹连接 361

16.3.1 螺纹连接的基本类型和螺纹连接件 361

16.3.2 螺纹连接的预紧和防松 365

16.3.3 螺栓组的布置和受力分析 366

16.3.4 螺栓连接的强度计算 372

16.3.5 螺栓连接件的材料和许用应力 374

16.3.6 提高螺栓连接强度的结构设计 374

思考和实训习题 378

第17章 弹簧 380

17.1 概述 380

17.1.1 弹簧的类型、特点和应用 380

17.1.2 弹簧的材料和制造 380

17.2 圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的几何参数和特性曲线 383

17.2.1 圆柱螺旋弹簧的结构 383

17.2.2 基本参数和几何尺寸 384

17.2.3 圆柱螺旋弹簧的特性曲线 385

17.3 圆柱螺旋弹簧的设计计算 386

17.3.1 强度计算 386

17.3.2 刚度计算 387

17.3.3 稳定性校核 388

17.4 非金属弹簧简介 389

17.4.1 橡胶弹簧 389

17.4.2 空气弹簧 389

思考和实训习题 392

附录A Matlab设计计算程序和应用实例 393

A1 凸轮机构设计和运动分析 393

A2 圆柱齿轮传动设计计算 399

A3 转轴强度计算 406

参考文献 409