机械设计基础PDF电子书下载

绪论 1

0.1 引言 1

0.2 本课程的研究对象、内容与任务 1

0.2.1 研究对象 1

0.2.2 课程的内容 3

0.2.3 课程的任务 3

0.3 机械设计的基本要求和一般程序 3

0.3.1 机械设计的基本要求 3

0.3.2 机械设计的一般程序 4

0.4 机械设计中的常用设计方法 4

第一篇 构件的静力分析与承载能力分析 8

第1章 构件的静力分析 8

1.1 静力学基础 8

1.1.1 静力学基本概念 8

1.1.2 静力学基本公理 10

1.1.3 约束与约束反力 11

1.1.4 受力分析与受力图 14

1.2 平面力系 15

1.2.1 平面汇交力系 16

1.2.2 平面力偶系 19

1.2.3 平面任意力系 20

1.3 空间力系 27

1.3.1 力在空间坐标轴上的投影 27

1.3.2 力对轴的矩 28

1.3.3 空间力系的平衡条件及应用 30

思考题与习题 31

第2章 轴向拉伸与压缩 36

2.1 轴向拉伸与压缩的概念 36

2.2 轴向拉伸与压缩时横截面的内力 36

2.2.1 内力的概念与轴力的计算 36

2.2.2 轴力正负号的规定 37

2.2.3 轴力图 37

2.3 轴向拉伸与压缩时的应力 38

2.3.1 应力的概念 38

2.3.2 轴向拉伸与压缩时横截面的应力 38

2.3.3 斜截面的应力 39

2.4 拉（压）杆的变形 41

2.4.1 纵向变形与胡克定律 41

2.4.2 横向变形与泊松比 41

2.5 材料在拉伸、压缩时的力学性能 43

2.5.1 试件、设备及方法 44

2.5.2 低碳钢拉伸时的力学性能 44

2.5.3 其他塑性材料拉伸时的力学性能 46

2.5.4 铸铁拉伸时的力学性能 46

2.5.5 低碳钢压缩时的力学性能 47

2.5.6 铸铁压缩时的力学性能 47

2.6 拉（压）杆件的强度计算 47

2.6.1 失效与许用应力 47

2.6.2 强度条件 48

2.7 应力集中的概念 50

2.8 拉（压）杆连接件的强度计算 51

2.8.1 剪切的实用计算 51

2.8.2 挤压的实用计算 52

思考题与习题 53

第3章 扭转 55

3.1 扭转的概念 55

3.2 圆轴扭转时的内力 55

3.2.1 外力偶矩的计算 55

3.2.2 扭转时的内力—扭矩 55

3.2.3 扭矩图 56

3.3 圆轴扭转时的应力和强度计算 57

3.3.1 圆轴扭转时的应力 57

3.3.2 圆轴扭转时的强度条件 59

3.4 圆轴扭转时的变形和刚度计算 60

3.4.1 圆轴扭转时的变形 60

3.4.2 圆轴扭转时的刚度计算 61

思考题与习题 61

第4章 弯曲 63

4.1 概述 63

4.1.1 平面弯曲的概念 63

4.1.2 梁的类型 63

4.2 梁的内力——剪力和弯矩 64

4.3 剪力方程和弯矩方程、剪力图和弯矩图 65

4.4 梁横截面上的正应力和强度条件 68

4.4.1 纯弯曲时梁横截面上的正应力 69

4.4.2 横力弯曲时梁横截面上的正应力 72

4.4.3 弯曲正应力强度条件 72

4.5 梁的变形和刚度条件 74

4.5.1 挠度和转角 74

4.5.2 用叠加法求梁的位移 75

4.5.3 梁的刚度条件 77

4.6 梁的弯曲切应力及弯曲切应力强度条件 78

4.6.1 矩形截面梁 78

4.6.2 工字形截面梁 79

4.6.3 圆形及圆环形截面梁 79

4.6.4 弯曲切应力强度条件 79

4.7 提高梁的弯曲强度和弯曲刚度的措施 80

思考题与习题 82

第5章 应力状态分析和强度理论 84

5.1 应力状态的概念 84

5.2 平面应力状态分析 85

5.2.1 解析法 85

5.2.2 图解法 86

5.3 广义胡克定律 88

5.4 强度理论 89

思考题与习题 93

第6章 压杆稳定 95

6.1 压杆稳定的概念 95

6.2 细长压杆的临界载荷 96

6.2.1 两端铰支细长压杆的临界载荷 96

6.2.2 其他约束情况下细长压杆的临界载荷 97

6.3 压杆的临界应力 97

6.3.1 细长压杆的临界应力 97

6.3.2 欧拉公式的适用范围 98

6.3.3 临界应力的经验公式 98

6.4 压杆的稳定性设计 99

6.4.1 压杆的稳定条件 99

6.4.2 提高压杆稳定性的措施 100

思考题与习题 101

第二篇 常用平面机构 104

第7章 平面机构的运动简图及自由度 104

7.1 运动副及其类型 104

7.1.1 运动副的概念 104

7.1.2 平面运动副的类型 104

7.2 平面机构运动简图及其绘制 105

7.2.1 机构运动简图及其作用 105

7.2.2 机构运动简图的绘制 105

7.3 平面机构的自由度 107

7.3.1 平面机构自由度及计算 107

7.3.2 计算平面机构自由度的注意事项 108

7.3.3 构件组合成为机构的条件 111

思考题与习题 112

第8章 平面连杆机构 114

8.1 平面连杆机构的特点及应用 114

8.1.1 平面连杆机构的特点 114

8.1.2 平面连杆机构的应用 114

8.2 铰链四杆机构的基本形式及其判定 115

8.2.1 铰链四杆机构的基本形式 115

8.2.2 铰链四杆机构基本形式的判定 117

8.3 铰链四杆机构的演化 118

8.3.1 转动副演化成移动副 118

8.3.2 扩大转动副 119

8.3.3 取不同构件为机架 119

8.4 平面四杆机构的运动特性 122

8.4.1 急回特性 122

8.4.2 压力角和传动角 122

8.4.3 死点 123

8.5 平面四杆机构的运动设计 124

8.5.1 图解法 124

8.5.2 实验法 125

思考题与习题 126

第9章 凸轮机构及其设计 128

9.1 凸轮机构的组成、特点及分类 128

9.1.1 凸轮机构的基本组成和特点 128

9.1.2 凸轮机构的类型 129

9.2 从动件的运动规律 130

9.2.1 平面凸轮机构的运动循环和基本概念 130

9.2.2 从动件的常用运动规律 131

9.3 凸轮轮廓设计 133

9.3.1 对心直移尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计 134

9.3.2 偏置直移尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计 134

9.3.3 对心直移滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计 135

9.3.4 凸轮设计中的几个问题 135

思考题与习题 137

第10章 间歇运动机构 139

10.1 棘轮机构 139

10.1.1 棘轮机构的工作原理 139

10.1.2 棘轮机构的类型 139

10.1.3 棘轮机构的特点和应用 140

10.2 槽轮机构 141

10.2.1 槽轮机构的组成和工作原理 141

10.2.2 槽轮机构的类型 142

10.2.3 槽轮机构的特点与应用 142

思考题与习题 143

第三篇 常用机械传动 146

第11章 带传动和链传动 146

11.1 带传动概述 146

11.1.1 摩擦型带传动的类型 146

11.1.2 摩擦型带传动的特点和应用 147

11.2 V带和V带轮 147

11.2.1 V带的结构和标准 147

11.2.2 V带轮的材料和结构 148

11.3 带传动工作情况的分析 149

11.3.1 带传动的受力分析 149

11.3.2 带传动的打滑与弹性滑动 150

11.3.3 带传动的应力分析 151

11.4 普通V带传动的设计计算 152

11.4.1 带传动的失效形式及设计准则 152

11.4.2 单根V带的许用功率 152

11.4.3 普通V带传动的设计计算及参数选择 152

11.5 带传动的张紧、安装与维护 159

11.5.1 带传动的张紧 159

11.5.2 带传动的安装与维护 160

11.6 链传动简介 161

11.6.1 链传动的组成、特点和应用 161

11.6.2 滚子链与链轮 161

11.6.3 链传动的运动特性 163

11.6.4 链传动的布置、张紧和润滑 164

思考题与习题 166

第12章 齿轮传动 167

12.1 齿轮传动的特点和类型 167

12.2 渐开线直齿圆柱齿轮 168

12.2.1 渐开线的形成和性质 168

12.2.2 渐开线齿廓的啮合特点 169

12.2.3 渐开线直齿圆柱齿轮的名称、参数及几何尺寸计算 170

12.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 172

12.3.1 正确啮合条件 172

12.3.2 连续传动条件 173

12.3.3 标准中心距 174

12.4 渐开线齿轮轮齿的加工方法和根切 174

12.4.1 轮齿的加工方法 174

12.4.2 根切 175

12.5 齿轮的失效形式与设计准则 176

12.5.1 齿轮的失效形式 176

12.5.2 齿轮的设计准则 177

12.6 齿轮的常用材料及许用应力 178

12.6.1 齿轮的常用材料 178

12.6.2 齿轮的许用应力 179

12.7 渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的设计 182

12.7.1 轮齿的受力分析 182

12.7.2 轮齿的计算载荷 182

12.7.3 齿面接触疲劳强度的计算 183

12.7.4 齿根弯曲疲劳强度的计算 184

12.7.5 齿轮传动主要参数的选择 185

12.7.6 齿轮精度的选择 186

12.7.7 齿轮的结构 187

12.7.8 齿轮传动的润滑 188

12.8 平行轴标准斜齿圆柱齿轮传动 191

12.8.1 齿廓曲面的形成及其啮合 191

12.8.2 主要参数及几何尺寸 192

12.8.3 斜齿圆柱齿轮的当量齿数 193

12.9 直齿圆锥齿轮传动 193

12.9.1 直齿圆锥齿轮传动的传动比 193

12.9.2 主要参数及几何尺寸计算 194

12.10 蜗杆传动 195

12.10.1 蜗杆传动的组成和特点 195

12.10.2 蜗轮旋转方向的确定 195

12.10.3 蜗杆传动的主要参数 195

思考题与习题 196

第13章 轮系 198

13.1 轮系的类型 198

13.2 轮系的传动比 199

13.2.1 一对齿轮啮合的传动比的表示 199

13.2.2 定轴轮系传动比的计算 199

13.2.3 行星轮系传动比的计算 201

13.2.4 组合轮系传动比的计算 202

13.3 轮系的应用 204

思考题与习题 205

第四篇 常用机械零部件 208

第14章 螺纹连接与螺旋传动 208

14.1 螺纹的主要参数和常用类型 208

14.1.1 螺纹的形成和分类 208

14.1.2 螺纹的主要参数 209

14.1.3 几种常用螺纹的特点及应用 209

14.2 螺纹连接的基本类型和螺纹连接件 210

14.2.1 螺纹连接的基本类型 210

14.2.2 标准螺纹连接件 212

14.3 螺纹连接的预紧与防松 213

14.3.1 螺纹连接的预紧 213

14.3.2 螺纹连接的防松 214

14.4 螺栓连接的强度计算 216

14.4.1 松螺栓连接 216

14.4.2 紧螺栓连接 216

14.4.3 铰制孔用螺栓连接 217

14.5 螺纹连接结构设计注意事项 218

14.6 螺旋传动简介 220

思考题与习题 223

第15章 轴和轴毂连接 224

15.1 轴的类型及材料 224

15.1.1 轴的类型 224

15.1.2 轴的常用材料及其选择 225

15.2 动载荷与交变应力 226

15.2.1 动载荷与交变应力的概念 226

15.2.2 疲劳失效与疲劳极限 227

15.3 轴的结构组成及设计 228

15.3.1 轴的结构组成 228

15.3.2 轴的结构设计 228

15.4 轴的设计计算 232

15.4.1 按扭转强度估算轴的最小直径 232

15.4.2 按弯扭组合强度校核 232

15.4.3 刚度校核 233

15.5 轴毂连接 237

15.5.1 键连接 237

15.5.2 花键连接 240

15.5.3 销连接 241

思考题与习题 241

第16章 轴承 243

16.1 滑动轴承概述 243

16.1.1 滑动轴承的类型 243

16.1.2 滑动轴承的结构 243

16.1.3 轴瓦 245

16.1.4 滑动轴承的润滑 246

16.2 液体摩擦滑动轴承简介 247

16.2.1 液体动压滑动轴承 247

16.2.2 液体静压滑动轴承 248

16.3 滚动轴承概述 249

16.3.1 滚动轴承的结构 249

16.3.2 滚动轴承的类型及选择 249

16.3.3 滚动轴承的代号 252

16.4 滚动轴承的寿命计算 254

16.4.1 滚动轴承的失效形式与计算准则 254

16.4.2 基本额定寿命与基本额定动载荷 254

16.4.3 当量动载荷 254

16.4.4 寿命计算公式 256

16.4.5 角接触轴承轴向载荷计算 258

16.4.6 滚动轴承静强度计算 259

16.5 滚动轴承的组合设计 260

16.5.1 轴系的轴向定位 260

16.5.2 轴向位置及轴承游隙的调整 261

16.5.3 轴承的配合与装拆 261

16.5.4 滚动轴承的润滑 263

16.5.5 滚动轴承的密封 264

思考题与习题 265

第17章 联轴器和离合器 266

17.1 联轴器 266

17.1.1 刚性联轴器 266

17.1.2 挠性联轴器 268

17.1.3 联轴器的选择 269

17.2 离合器 269

17.2.1 操纵离合器 270

17.2.2 自动离合器 271

思考题与习题 272

第18章 回转体的平衡 273

18.1 回转体的静平衡 273

18.1.1 静平衡计算 273

18.1.2 静平衡试验 274

18.2 回转体的动平衡 274

18.2.1 动平衡计算 274

18.2.2 动平衡试验 275

思考题与习题 275

附录 带式运输机传动装置的设计 276

参考文献 281