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第1章 机械设计基础概论 1

1.1 概述 1

1.1.1 机器和机械 1

1.1.2 课程简介 4

1.2 机械设计的内容和基本要求 5

1.2.1 机械设计产生的历史背景及其含义 5

1.2.2 现代机械设计的特点 6

1.2.3 机械设计的基本要求 7

1.2.4 机械设计类型 8

1.2.5 机械设计的一般方法 9

1.2.6 机械设计的一般程序 10

1.3 机械零件的失效形式和设计准则 11

1.3.1 机械零件的失效形式 11

1.3.2 机械零件的设计准则 11

1.4 机械零件的材料选用 12

1.4.1 机械零件的工作、使用条件 13

1.4.2 材料选择的基本原则 13

1.5 机械零件的结构工艺性和标准化 14

1.5.1 机械零件的工艺性 14

1.5.2 机械设计中的标准化 17

习题 18

第2章 结构的静力分析 20

2.1 静力分析基础 20

2.1.1 力的概念 20

2.1.2 静力学的基本公理 21

2.1.3 约束与约束反力 23

2.1.4 物体的受力分析与受力图 27

2.2 平面力系的简化与平衡 28

2.2.1 力系的分类和力系等效的概念 28

2.2.2 平面汇交力系的简化与平衡 28

2.3 力矩与平面力偶系 32

2.3.1 力矩的概念与计算 32

2.3.2 力偶及其性质 33

2.3.3 平面力偶系的合成和平衡 35

2.4 平面任意力系简化与平衡 36

2.4.1 力的平移定理 36

2.4.2 平面任意力系向平面内任意一点简化 37

2.4.3 平面任意力系简化结果分析 38

2.4.4 平面任意力系的平衡方程及应用 38

2.4.5 静定与静不定问题 41

2.4.6 物系的平衡 41

2.5 空间力系简介 42

2.5.1 力沿空间直角坐标轴的分解与投影 43

2.5.2 力对轴之矩 44

2.5.3 空间任意力系的平衡方程及应用 44

2.6 滑动摩擦简介 45

2.6.1 摩擦力 45

2.6.2 摩擦角和自锁现象 47

2.6.3 考虑摩擦时物体的平衡问题 48

习题 49

第3章 构件的变形及强度计算 52

3.1 概述 52

3.1.1 基本要求 52

3.1.2 变形固体的基本假设 52

3.1.3 内力、截面法和应力 53

3.1.4 杆件变形的基本形式 53

3.2 构件的拉伸和压缩 54

3.2.1 轴向拉伸和压缩的概念 54

3.2.2 轴向拉伸和压缩时横截面的内力、应力计算 55

3.2.3 轴向拉伸和压缩时的变形 58

3.2.4 材料拉伸与压缩的力学性能及强度计算 60

3.3 剪切与挤压 64

3.3.1 剪切的概念及剪切胡克定律 64

3.3.2 挤压的概念及实用计算 66

3.4 圆轴的扭转 68

3.4.1 扭转的概念 68

3.4.2 圆轴扭转时横截面上的内力——扭矩 69

3.4.3 圆轴扭转时横截面上的应力 71

3.4.4 圆轴扭转时的强度和刚度计算 72

3.5 直梁的弯曲 74

3.5.1 直梁平面弯曲的概念 74

3.5.2 梁的计算简图 74

3.5.3 梁横截面上的内力——剪力和弯矩 75

3.5.4 平面弯曲时梁横截面上的正应力 77

3.5.5 梁弯曲时的强度、刚度计算 79

3.6 构件组合变形的强度计算 81

3.7 交变应力作用下零件的疲劳强度 82

3.7.1 交变应力及其特征 82

3.7.2 疲劳破坏与材料的持久极限 83

3.7.3 交变应力作用下零件的强度计算 84

习题 84

第4章 机构的自由度及运动分析 88

4.1 机构的组成 88

4.1.1 构件 88

4.1.2 运动副 88

4.1.3 运动链与机构 90

4.2 平面机构运动简图 90

4.2.1 运动副及构件的表达 91

4.2.2 绘制平面机构运动简图 92

4.3 平面机构的自由度 93

4.3.1 平面机构的自由度 93

4.3.2 机构具有确定运动的条件 94

4.3.3 计算机构自由度的注意事项 95

4.4 平面机构的运动分析 97

4.4.1 点的运动 97

4.4.2 刚体的运动 99

4.4.3 速度瞬心 103

习题 105

第5章 机械的润滑和密封 107

5.1 润滑的作用和常用润滑剂 107

5.1.1 润滑的作用 107

5.1.2 润滑剂 108

5.2 润滑方式的选取和润滑装置 113

5.3 常用传动装置的润滑 115

5.3.1 滑动轴承的润滑 115

5.3.2 滚动轴承的润滑 116

5.3.3 齿轮传动的润滑 116

5.4 密封方式及密封装置 117

5.4.1 概述 117

5.4.2 静密封 118

5.4.3 动密封 119

习题 121

第6章 机械联接 122

6.1 键联接 122

6.1.1 键联接的类型 122

6.1.2 键的选择 124

6.1.3 花键联接 125

6.2 销联接 127

6.3 螺纹联接 127

6.4 轴间联接 132

6.4.1 联轴器 133

6.4.2 离合器 136

6.5 不可拆卸联接 138

6.5.1 焊接 138

6.5.2 胶接 139

6.5.3 铆接 141

习题 141

第7章 轴和轴承 144

7.1 轴的概述 144

7.1.1 轴的分类 144

7.1.2 轴的材料及其选择 145

7.2 轴的结构设计 146

7.2.1 拟定轴上零件的装配方案 146

7.2.2 轴上零件的定位 147

7.2.3 各轴段直径和长度的确定 149

7.2.4 提高轴的强度的常用措施 150

7.2.5 轴的结构工艺性 151

7.3 轴的强度计算 152

7.3.1 按扭转强度条件计算 152

7.3.2 按弯扭合成强度条件计算 152

7.3.3 轴的设计步骤 153

7.4 滚动轴承 157

7.4.1 滚动轴承的构造、类型和特点 157

7.4.2 滚动轴承的代号及类型选择 160

7.5 滚动轴承的组合结构设计 163

7.5.1 轴承的配置 163

7.5.2 轴向位置的调整 164

7.5.3 提高轴承系统的刚度和同轴度 164

7.5.4 配合和装拆 166

7.6 滑动轴承 166

7.6.1 径向滑动轴承 167

7.6.2 止推滑动轴承 167

习题 168

第8章 挠性传动 170

8.1 带传动 170

8.1.1 带传动的组成及应用 170

8.1.2 V带轮的设计 173

8.1.3 带传动的工作情况分析 177

8.1.4 普通V带传动设计计算 180

8.1.5 V带传动的张紧和维护 186

8.2 链传动 187

8.2.1 链传动的组成及应用 187

8.2.2 滚子链和链轮 189

8.2.3 链传动的布置、张紧和维护 192

习题 194

第9章 齿轮传动 196

9.1 齿轮传动的特点和类型 196

9.1.1 齿轮传动的特点 196

9.1.2 齿轮传动的类型 196

9.1.3 齿廓啮合基本定律 197

9.2 渐开线齿廓 198

9.2.1 渐开线的形成及其特性 198

9.2.2 渐开线齿廓的啮合特性 199

9.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸 200

9.3.1 渐开线齿轮各部分的名称、定义 200

9.3.2 渐开线齿轮的基本参数 201

9.4 渐开线直齿圆柱齿轮传动的性质 203

9.4.1 一对渐开线齿轮的正确啮合条件 203

9.4.2 齿轮传动连续性的条件 203

9.4.3 齿轮传动的无侧隙啮合条件及标准中心距 204

9.5 渐开线齿轮的加工方法及根切现象 206

9.5.1 齿轮轮齿的加工方法 206

9.5.2 渐开线齿廓的根切现象与最少齿数 207

9.6 轮齿的失效和齿轮的材料 208

9.6.1 轮齿的失效形式 208

9.6.2 设计准则 210

9.6.3 齿轮的材料及热处理 210

9.7 标准直齿圆柱齿轮传动的设计 213

9.7.1 齿轮强度计算理论 213

9.7.2 轮齿的受力分析 213

9.7.3 轮齿的计算载荷 214

9.7.4 齿面接触疲劳强度计算 214

9.7.5 齿根弯曲疲劳强度计算 216

9.7.6 齿轮传动的许用应力 217

9.7.7 齿轮的主要参数选择 221

9.7.8 齿轮精度等级的选择 222

9.7.9 圆柱齿轮的结构与润滑 223

9.8 平行轴斜齿圆柱齿轮传动 228

9.8.1 斜齿轮齿廓曲面的形成及其啮合特点 228

9.8.2 斜齿圆柱齿轮的几何参数及几何尺寸计算 229

9.8.3 斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件 232

9.8.4 斜齿圆柱齿轮的当量齿数 233

9.8.5 斜齿圆柱齿轮的受力分析 233

9.8.6 斜齿圆柱齿轮的强度计算 234

9.9 圆锥齿轮传动简介 238

9.9.1 锥齿轮传动的特点和应用 238

9.9.2 直齿圆锥齿轮基本参数及几何尺寸 238

9.10 蜗杆传动 239

9.10.1 蜗杆传动的类型和特点 240

9.10.2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 241

9.10.3 蜗杆传动的失效形式、材料、结构和精度 245

9.10.4 蜗杆传动的计算 249

习题 252

第10章 齿轮系 255

10.1 齿轮系的分类 255

10.2 定轴齿轮系的传动比 256

10.3 行星齿轮系的传动比 258

10.4 组合齿轮系的传动比 260

10.5 齿轮系的应用 261

习题 262

第11章 常用机构及运动分析 265

11.1 平面连杆机构 265

11.1.1 平面四杆机构的特点及应用 265

11.1.2 平面四杆机构的运动特性 270

11.1.3 平面四杆机构的传力特性 274

11.1.4 平面四杆机构的设计 277

11.2 凸轮机构 279

11.2.1 凸轮机构的组成、特点与分类 280

11.2.2 凸轮机构的运动特性 282

11.2.3 凸轮机构的传力特性 288

11.2.4 图解法设计凸轮轮廓 289

11.2.5 凸轮工作轮廓的校核 292

11.3 螺旋机构 294

11.3.1 螺旋传动的类型 294

11.3.2 螺旋传动机构的工作原理 295

11.3.3 螺旋传动机构的结构及材料 297

习题 298

第12章 其他常用机构 301

12.1 间歇运动机构 301

12.1.1 棘轮机构 301

12.1.2 槽轮机构 305

12.1.3 不完全齿轮机构 307

12.2 微位移机构 308

12.2.1 机械式微位移机构 309

12.2.2 热变形和弹性变形式微位移机构 311

12.2.3 压电元件式微位移机构 312

习题 313

第13章 支承及导轨 314

13.1 支承 314

13.1.1 圆柱支承 315

13.1.2 轴尖支承、刀支承 316

13.1.3 弹性支承、电磁支承 318

13.2 导轨 319

13.2.1 滑动导轨 320

13.2.2 滚动导轨 325

13.2.3 静压导轨 327

13.3 箱体 327

习题 330

第14章 弹性元件 331

14.1 弹簧的功用与类型 331

14.1.1 弹簧的用途 331

14.1.2 弹簧的分类 331

14.2 圆柱螺旋弹簧 332

14.2.1 圆柱螺旋弹簧的结构 332

14.2.2 圆柱螺旋弹簧的设计计算 332

习题 340

第15章 机械创新设计简介 341

15.1 机械创新设计的基本原理 341

15.1.1 创新的概念 341

15.1.2 机械创新设计的特点 342

15.1.3 机械创新设计的分类 343

15.1.4 常用创新技法 343

15.2 机构组合与创新 345

15.3 机构演化与创新 346

15.3.1 改变构件的结构尺寸和运动性质 346

15.3.2 机构的机架变换 348

15.4 机械运动方案与创新设计 349

主要参考文献 356