機械設計基礎

第1章　機械設計基礎概論　1
1.1　機器的組成　1
1.2　本課程的內容、性質和任務　3
1.3　機器應滿足的要求和設計制造程序　4
1.3.1　機器應滿足的要求　4
1.3.2　機器設計、制造的一般程序　5
思考題　7
練習題　7第2章　平面機構的運動簡圖及自由度　8
2.1　運動副及其分類　8
2.1.1　運動副的概念　8
2.1.2　運動副的分類　8
2.2　平面機構運動簡圖　9
2.2.1　機構運動簡圖及分類　9
2.2.2　機構運動簡圖的符號　9
2.2.3　平面機構運動簡圖的繪制　11
2.3　平面機構的自由度　14
2.3.1　自由度與約束條件　14
2.3.2　平面機構自由度的計算　14
2.3.3　計算平面機構自由度時應注意的幾個問題　15
2.3.4　平面機構具有確定運動的條件　17
思考題　18
練習題　19第3章　平面連桿機構傳動　21
3.1　鉸鏈四桿機構的基本類型、應用和特點　21
3.1.1　鉸鏈四桿機構的基本類型及應用　21
3.1.2　鉸鏈四桿機構的特點　24
3.2　鉸鏈四桿機構曲柄存在的條件　24
3.3　鉸鏈四桿機構的演化　25
3.3.1　改變運動副類型　25
3.3.2　連桿機構的倒置　26
3.3.3　擴大轉動副　27
3.4　平面四桿機構的傳動特性　28
3.4.1　急回特性　28
3.4.2　壓力角與傳動角　29
3.4.3　極限位置與死角　30
3.5　多桿機構簡介　31
思考題　32
練習題　33第4章　凸輪機構傳動　34
4.1　凸輪機構的應用及類型　34
4.1.1　凸輪機構的組成、應用及特點　34
4.1.2　凸輪機構的分類　35
4.2　從動件的常用運動規(guī)律　36
4.2.1　凸輪機構的工作過程分析　36
4.2.2　從動件常用運動規(guī)律　36
4.3　圖解法設計凸輪輪廓　38
4.3.1　反轉法原理　38
4.3.2　尖頂對心移動從動件盤形凸輪輪廓的設計　38
4.3.3　對心移動滾子從動件盤形凸輪輪廓的設計　39
4.3.4　尖頂偏置移動從動件盤形凸輪輪廓的設計　40
4.4　盤形凸輪的結構設計　40
4.4.1　尖壓力角　40
4.4.2　凸輪基圓半徑的選擇　41
4.4.3　滾子半徑的選擇　42
4.4.4　凸輪的結構　43
思考題　44
練習題　45第5章　齒輪機構　46
5.1　概述　46
5.2　漸開線齒廓　47
5.2.1　漸開線的形成和性質　47
5.2.2　齒廓嚙合基本定律　49
5.3　齒輪各部分名稱、基本參數及漸開線標準直齒圓柱齒輪幾何尺寸計算　50
5.3.1　齒輪各部分名稱及符號　50
5.3.2　漸開線齒輪的基本參數　51
5.3.3　標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計算　52
5.3.4　徑節(jié)制齒輪　52
5.4　漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動　53
5.4.1　節(jié)點、節(jié)圓、嚙合線和嚙合角　53
5.4.2　漸開線齒廓嚙合特性　54
5.4.3　正確嚙合條件　55
5.4.4　連續(xù)傳動條件及重合度　56
5.4.5　標準中心距　57
5.5　漸開線齒輪的切齒原理　58
5.5.1　仿形法　58
5.5.2　范成法　58
5.6　漸開線齒輪的根切現象和最少齒數　60
5.7　漸開線變位齒輪傳動簡介　61
5.7.1　標準齒輪傳動的缺點　61
5.7.2　變位齒輪的概念　61
5.7.3　最小變位系數　62
5.7.4　變位齒輪的嚙合傳動及幾何尺寸　62
5.7.5　變位系數的選擇　64
5.7.6　變位齒輪傳動的類型　65
5.8　直齒圓柱齒輪的齒厚測量計算　67
5.8.1　公法線長度測量計算　67
5.8.2　分度圓弦齒厚、弦齒高測量計算　68
思考題　70
練習題　71第6章　間歇運動機構　72
6.1　棘輪機構　72
6.1.1　棘輪機構的工作原理　72
6.1.2　棘爪工作條件　73
6.1.3　棘輪、棘爪的幾何尺寸計算及棘輪齒形的畫法　74
6.2　槽輪機構　74
6.2.1　槽輪機構的工作原理　74
6.2.2　槽輪機構的主要參數　75
6.3　不完全齒輪機構　76
6.4　凸輪間歇運動機構　76
思考題　77
練習題　77第7章　機械運轉速度波動的調節(jié)　79
7.1　機械運轉速度波動調節(jié)的目的和方法　79
7.2　飛輪設計的近似方法　80
7.2.1　機械運轉的平均速度和不均勻系數　80
7.2.2　飛輪設計的基本原理　81
7.2.3　最大盈虧功Amax的確定　82
7.3　飛輪主要尺寸的確定　84
思考題　85
練習題　85第8章　回轉件的平衡　87
8.1　回轉件平衡的目的　87
8.2　回轉件的平衡計算　87
8.3　回轉件的平衡試驗　91
思考題　93
練習題　93第9章　機械零件設計概論　96
9.1　機械零件設計概述　96
9.2　機械零件的強度　97
9.2.1　應力的種類　97
9.2.2　靜應力下的許用應力　98
9.2.3　變應力下的許用應力　98
9.2.4　安全系數　99
9.3　機械零件的接觸強度　102
9.4　機械零件的耐磨性　105
9.5　機械制造常用材料及其選擇　105
9.5.1　金屬材料　106
9.5.2　非金屬材料　107
9.6　公差與配合、表面粗糙度和優(yōu)先數系　108
9.6.1　公差與配合　108
9.6.2　表面粗糙度　109
9.6.3　優(yōu)先數系　110
9.7　機械零件的工藝性及標準化　111
9.7.1　工藝性　111
9.7.2　標準化　111
思考題　112
練習題　112第10章　螺紋聯接　115
10.1　螺紋的主要參數、類型、特點和應用　115
10.1.1　螺紋的主要參數　115
10.1.2　螺紋的類型、特點和應用　116
10.2　螺紋聯接的類型和螺紋緊固件　117
10.2.1　螺紋聯接的主要類型　117
10.2.2　螺紋緊固件　118
10.2.3　螺紋緊固件的材料及等級　120
10.3　螺紋聯接的預緊和防松　121
10.3.1　預緊　121
10.3.2　防松　121
10.4　螺栓的強度計算　123
10.4.1　普通螺栓聯接的強度計算　123
10.4.2　受剪螺栓聯接的強度計算　125
10.5　螺栓聯接的結構設計　128
10.5.1　螺栓組的布置　128
10.5.2　提高螺栓強度的措施　130
思考題　131
練習題　131第11章　齒輪傳動　133
11.1　齒輪的失效形式及計算準則　133
11.1.1　齒輪的失效形式　133
11.1.2　齒輪傳動的設計計算準則　134
11.2　齒輪材料及熱處理　135
11.2.1　齒輪材料　135
11.2.2　齒輪的熱處理　136
11.3　齒輪傳動的精度　137
11.3.1　選擇齒輪精度的基本要求　137
11.3.2　漸開線圓柱齒輪精度國標簡介　138
11.4　直齒圓柱齒輪傳動的受力分析及計算載荷　139
11.4.1　受力分析　139
11.4.2　計算載荷　140
11.5　直齒圓柱齒輪傳動的強度計算　142
11.5.1　齒面接觸疲勞強度計算　142
11.5.2　輪齒彎曲疲勞強度計算　143
11.5.3　許用應力　144
11.6　直齒圓柱齒輪傳動設計計算準則及主要設計參數的選擇　146
11.6.1　設計計算順序　146
11.6.2　主要設計參數的選擇　146
11.7　斜齒圓柱齒輪傳動　151
11.7.1　齒廓曲面的形成和嚙合特點　151
11.7.2　斜齒圓柱齒輪的基本參數、正確嚙合條件和幾何尺寸計算　152
11.7.3　斜齒輪傳動的重合度　153
11.7.4　斜齒輪的當量齒數　154
11.8　斜齒圓柱齒輪傳動的受力分析及強度計算　155
11.8.1　受力分析　155
11.8.2　強度計算　156
11.9　直齒錐齒輪傳動　160
11.9.1　直齒錐齒輪的當量齒數zv　160
11.9.2　直齒錐齒輪的幾何尺寸計算　161
11.9.3　受力分析　162
11.9.4　直齒錐齒輪傳動的強度計算　163
11.10　齒輪結構　164
11.11　圓弧齒輪傳動簡介　165
11.12　齒輪傳動的維護與修復　167
11.12.1　齒輪傳動的潤滑　167
11.12.2　齒輪傳動的維護　167
11.12.3　齒輪的修復　167
思考題　168
練習題　168第12章　蝸桿傳動　170
12.1　蝸桿傳動的類型和特點　170
12.1.1　蝸桿傳動的類型　170
12.1.2　蝸桿傳動的特點　172
12.2　普通圓柱蝸桿傳動的主要參數和幾何尺寸　173
12.2.1　普通圓柱蝸桿傳動的主要參數　173
12.2.2　普通圓柱蝸桿傳動的幾何尺寸計算　175
12.2.3　蝸桿、蝸輪的結構　177
12.3　蝸桿傳動的失效形式、設計準則和材料選擇　178
12.3.1　蝸桿傳動的相對滑動速度vs　178
12.3.2　蝸桿傳動的失效形式及設計準則　178
12.3.3　蝸桿和蝸輪的材料選擇　179
12.3.4　蝸桿材料的許用應力　179
12.4　蝸桿傳動的受力分析　180
12.5　蝸桿傳動的強度計算　181
12.5.1　蝸輪齒面接觸疲勞強度計算　181
12.5.2　蝸輪齒根彎曲疲勞強度計算　182
12.6　蝸桿傳動的效率及熱平衡計算　183
12.6.1　蝸桿傳動的效率　183
12.6.2　蝸桿傳動的熱平衡計算　183
12.7　蝸桿傳動的安裝與維護　184
12.7.1　蝸桿傳動的潤滑　184
12.7.2　蝸桿、蝸輪的安裝調整　185
12.7.3　蝸桿傳動的嚙合和試運轉　185
思考題　188
練習題　188第13章　齒輪系傳動　190
13.1　定軸輪系傳動比的計算　191
13.1.1　輪系的傳動比　191
13.1.2　定軸輪系傳動比的計算　191
13.2　行星輪系傳動比的計算　194
13.2.1　行星輪系的組成　194
13.2.2　行星輪系的分類　195
13.2.3　行星輪系傳動比的計算　196
13.2.4　行星輪系各輪齒數的關系　200
13.3　組合行星輪系傳動比的計算　201
13.4　輪系的功用　203
13.5　幾種特殊行星傳動簡介　205
13.5.1　漸開線少齒差行星傳動　205
13.5.2　擺線針輪行星傳動　205
13.5.3　諧波齒輪傳動　206
思考題　207
練習題　207第14章　帶傳動和鏈傳動　210
14.1　概述　210
14.1.1　帶傳動的種類　210
14.1.2　摩擦帶傳動的主要特點和應用范圍　211
14.2　V帶和帶輪　212
14.2.1　V帶　212
14.2.2　V帶帶輪　213
14.3　帶傳動工作情況分析　218
14.3.1　帶傳動的受力分析　218
14.3.2　帶的彈性滑動和打滑　219
14.4　V帶傳動的設計計算　220
14.4.1　失效形式和設計準則　220
14.4.2　單根V帶的基本額定功率　221
14.4.3　原始數據及設計內容　223
14.4.4　設計步驟及參數選擇　223
14.5　V帶傳動的張緊與維護　228
14.5.1　V帶傳動的張緊裝置　228
14.5.2　帶傳動的使用和維護　229
14.6　其他帶傳動簡介　229
14.6.1　同步帶傳動　229
14.6.2　高速帶傳動　230
14.6.3　多楔帶傳動　230
14.7　滾子鏈和鏈輪　231
14.7.1　鏈傳動的工作原理和特點　231
14.7.2　鏈傳動的類型和應用　231
14.7.3　滾子鏈的結構和標準　232
14.7.4　滾子鏈鏈輪　233
14.8　滾子鏈傳動的設計　235
14.8.1　滾子鏈的失效形式　235
14.8.2　額定功率曲線　236
14.8.3　鏈傳動的設計步驟和主要參數的選擇　237
14.9　鏈傳動的使用和維護　239
14.9.1　鏈傳動的布置　239
14.9.2　鏈傳動的張緊　240
14.9.3　鏈傳動的潤滑　241
思考題　242
練習題　242第15章　軸　244
15.1　概述　244
15.1.1　軸的功用與分類　244
15.1.2　軸的材料　245
15.2　軸的結構設計　246
15.2.1　影響軸結構的因素　246
15.2.2　軸的結構應滿足的基本要求　246
15.2.3　軸的結構設計　246
15.2.4　最小軸徑的確定　250
15.3　軸的強度校核　251
15.4　軸的使用與維護　257
15.4.1　軸的使用和檢查　257
15.4.2　軸的維修　257
思考題　258
練習題　258第16章　滑動軸承　260
16.1　滑動軸承的種類和摩擦狀態(tài)　260
16.1.1　干摩擦狀態(tài)　260
16.1.2　邊界摩擦狀態(tài)　261
16.1.3　液體摩擦狀態(tài)　261
16.2　滑動軸承的結構型式　261
16.2.1　向心滑動軸承　261
16.2.2　推力滑動軸承　263
16.3　軸瓦及軸承襯材料　263
16.3.1　軸承合金　264
16.3.2　青銅　264
16.3.3　具有特殊性能的軸承材料　264
16.4　潤滑劑和潤滑裝置　265
16.4.1　潤滑劑　265
16.4.2　潤滑裝置　267
16.5　非液體摩擦滑動軸承的計算　268
16.5.1　向心軸承　269
16.5.2　推力軸承　269
16.6　動壓潤滑的基本原理　270
16.6.1　動壓潤滑形成的原理和條件　270
16.6.2　液體動壓潤滑的基本方程　272
16.7　液體動壓多油楔滑動軸承簡介　273
16.8　液體靜壓多油楔滑動軸承簡介　274
16.8.1　靜壓軸承　274
16.8.2　空氣軸承　275
思考題　275
練習題　275第17章　滾動軸承　276
17.1　滾動軸承的類型及代號　276
17.1.1　滾動軸承的構造　276
17.1.2　滾動軸承的類型及特點　277
17.1.3　滾動軸承的代號　280
17.2　滾動軸承的類型選擇、壽命校核和靜強度計算　282
17.2.1　軸承的類型選擇　282
17.2.2　滾動軸承的主要失效形式及計算準則　283
17.2.3　滾動軸承的壽命計算　285
17.2.4　滾動軸承的靜強度計算　289
17.3　滾動軸承的組合設計　291
17.3.1　軸承內外圈的軸向固定方法　292
17.3.2　軸系的軸向固定　292
17.3.3　軸承組合的軸向調整　294
17.3.4　滾動軸承的預緊　294
17.3.5　滾動軸承的配合　295
17.3.6　支承部分的剛度和同軸度　295
17.3.7　滾動軸承的裝拆　296
17.3.8　滾動軸承的潤滑與密封　297
思考題　300
練習題　300第18章　聯軸器、離合器　301
18.1　聯軸器　301
18.1.1　聯軸器的分類　302
18.1.2　常用聯軸器的結構、特點及應用　302
18.1.3　聯軸器的選用　305
18.2　聯軸器的安裝與維護　306
18.2.1　聯軸器的對中要求　306
18.2.2　聯軸器的安裝找正　306
18.2.3　聯軸器對中找正的注意事項　307
18.2.4　聯軸器的使用與維護　307
18.3　離合器　307
18.3.1　離合器的分類　308
18.3.2　常用離合器的類型及特點　308
18.3.3　離合器的使用與維護　310
思考題　310
練習題　310第19章　減速器和變速器　311
19.1　減速器　311
19.1.1　減速器的組成和分類　311
19.1.2　常用減速器的類型、特點及應用　311
19.2　變速器　314
19.2.1　有級變速器　314
19.2.2　無級變速器　315
思考題　316
練習題　316第20章　彈簧　317
20.1　概述　317
20.1.1　彈簧的功用與類型　317
20.1.2　彈簧的材料與制造　318
20.2　圓柱螺旋彈簧設計　319
20.2.1　彈簧的端部結構　319
20.2.2　彈簧的特性曲線、應力及變形　320
20.2.3　拉伸、壓縮彈簧的基本參數和幾何尺寸計算　322
20.2.4　彈簧的設計計算　324
思考題　325
練習題　325第21章　計算機輔助設計　326
21.1　概述　326
21.1.1　CAD硬件　326
21.1.2　CAD軟件　327
21.2　AutoCAD軟件簡介　328
21.2.1　AutoCAD軟件的功能簡介　328
21.2.2　AutoCAD軟件在機械設計中的應用　330
21.3　Pro/Engineer軟件簡介　330
21.3.1　Pro/Engineer軟件的功能簡介　330
21.3.2　Pro/Engineer軟件在機械設計中的應用　331
思考題　333
練習題　333附錄　機械設計基礎實訓練習指導　334
實訓1　平面機構運動簡圖的測繪和分析　334
實訓2　漸開線齒輪范成原理實驗　335
實訓3　漸開線直齒圓柱齒輪參數的測定　338
實訓4　軸系結構的測繪與分析　340
實訓5　機械的結構及特性分析　343
實訓6　減速器的結構分析和拆裝　345
實訓7　剛性轉子的靜平衡實驗　348參考文獻　351