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1 绪论1

1.1 引言1

1.2 机器的组成及其特征2

1.3 机械设计基础课程研究的对象、内容、性质和任务4

1.4 机械设计的基本要求和一般程序5

1.4.1 机械设计的基本要求5

1.4.2 机械设计的一般程序6

1.5 机械零件的失效形式及设计计算准则7

1.5.1 失效形式7

1.5.2 设计计算准则8

1.6 机械零件的接触疲劳强度9

1.7 机械零件设计中的标准化10

1.8 现代机械设计理论概述11

1.8.1 设计方法学11

1.8.2 优化设计11

1.8.3 计算机辅助设计11

小知识 新型内燃机的开发12

思考与练习题14

2 平面机构的结构分析15

2.1 平面机构的组成15

2.1.1 构件及其自由度15

2.1.2 运动副及其分类15

2.1.3 运动链和机构17

2.1.4 机构中构件的分类17

2.2 平面机构运动简图18

2.2.1 机构运动简图及其作用18

2.2.2 构件、运动副及机构的常用符号18

2.2.3 平面机构运动简图的绘制20

2.3 平面机构的自由度21

2.3.1 自由度计算公式21

2.3.2 运动链具有确定运动的条件21

2.3.3 计算自由度时应注意的问题22

小知识 过载保护装置的机械结构设计25

思考与练习题28

3 平面连杆机构30

3.1 概述30

3.1.1 平面连杆机构的基本概念30

3.1.2 平面连杆机构的特点30

3.1.3 平面连杆机构的应用31

3.2 平面四杆机构的基本形式及其演化32

3.2.1 铰链四杆机构的类型32

3.2.2 铰链四杆机构的演化34

3.3 平面四杆机构的基本特性36

3.3.1 平面四杆机构存在曲柄的条件36

3.3.2 铰链四杆机构的几个基本概念37

3.4 平面四杆机构的设计39

3.4.1 图解法39

3.4.2 解析法42

小知识 平面连杆机构的计算机辅助设计与分析43

思考与练习题44

4 凸轮机构46

4.1 概述46

4.1.1 凸轮机构的组成与应用46

4.1.2 凸轮机构的分类47

4.1.3 凸轮机构设计的基本内容与步骤48

4.2 从动件常用运动规律49

4.2.1 凸轮机构的基本概念与参数49

4.2.2 从动件基本的运动规律50

4.2.3 从动件运动规律的选择52

4.3 凸轮轮廓的设计53

4.3.1 反转法53

4.3.2 图解法54

4.4 凸轮机构基本尺寸的确定57

4.4.1 凸轮机构压力角的确定57

4.4.2 基圆半径的确定58

4.4.3 滚子半径的确定58

4.4.4 凸轮机构的常用材料和结构59

小知识 我国凸轮机构研究的回顾与展望60

思考与练习题61

5 螺纹连接65

5.1 螺纹65

5.1.1 螺纹的形成和分类65

5.1.2 螺纹的主要参数67

5.1.3 几种常见螺纹的特点和应用67

5.2 螺旋副的受力分析、效率和自锁68

5.2.1 矩形螺纹68

5.2.2 非矩形螺纹69

5.3 螺纹连接的基本类型及其预紧和防松71

5.3.1 螺纹连接的类型71

5.3.2 标准螺纹连接件72

5.3.3 螺纹的预紧73

5.3.4 螺纹的防松74

5.4 螺栓连接的强度计算75

5.4.1 松螺栓连接的强度计算76

5.4.2 单个紧螺栓连接的强度计算76

5.4.3 螺栓组连接的强度计算80

5.4.4 螺纹连接件的材料和许用应力82

5.5 提高螺纹连接强度的措施84

5.5.1 降低螺栓的刚度或增大被连接件的刚度84

5.5.2 改善螺纹牙上载荷分布不均匀现象85

5.5.3 减小应力集中影响85

5.5.4 采用合理的工艺85

小知识 螺旋传动86

思考与练习题88

6 轴毂连接90

6.1 键连接90

6.1.1 平键连接90

6.1.2 半圆键连接93

6.1.3 楔键连接93

6.1.4 切向键连接94

6.2 花键连接95

6.3 销连接96

6.4 过盈配合连接97

小知识 其他形式轴毂连接简介98

思考与练习题98

7 带传动99

7.1 带传动分类及工作特点99

7.1.1 带传动的类型99

7.1.2 带传动工作特点101

7.2 V带和带轮的结构102

7.2.1 V带102

7.2.2 普通V带轮103

7.3 带传动工作情况分析106

7.3.1 带传动的受力分析107

7.3.2 带传动的应力分析108

7.3.3 带的弹性滑动与传动比110

7.4 V带传动的设计计算111

7.4.1 带传动的失效形式和设计准则111

7.4.2 带传动设计内容118

7.4.3 带传动的设计步骤和参数选择119

7.4.4 实例分析121

7.5 带传动的张紧、安装与维护124

7.5.1 带传动的张紧装置124

7.5.2 带传动的安装与维护124

小知识 其他形式带传动应用简介125

思考与练习题125

8 链传动127

8.1 链传动的结构和标准127

8.1.1 概述127

8.1.2 滚子链的结构128

8.1.3 滚子链的标准129

8.1.4 链轮129

8.2 链传动的运动特性和工作情况分析131

8.3 链传动的合理布置与润滑133

8.3.1 链传动的布置133

8.3.2 链传动的张紧133

8.3.3 链传动的润滑133

8.4 滚子链传动的设计计算134

8.4.1 链传动的失效形式134

8.4.2 额定功率曲线134

8.4.3 设计计算准则135

8.4.4 链传动主要参数的选择136

8.4.5 链传动的设计计算137

小知识 链传动结构形式的发展与应用138

思考与练习题141

9 齿轮传动143

9.1 齿轮传动的特点、应用和分类143

9.1.1 平面齿轮机构144

9.1.2 空间齿轮机构144

9.2 渐开线齿廓的形成和基本性质145

9.2.1 渐开线的形成145

9.2.2 渐开线的性质145

9.2.3 渐开线方程146

9.2.4 渐开线齿廓的啮合特点148

9.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算149

9.3.1 齿轮各部分的名称和符号149

9.3.2 标准直齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算151

9.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动152

9.4.1 渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件152

9.4.2 渐开线齿轮传动的重合度152

9.4.3 渐开线齿轮的无侧隙啮合154

9.5 渐开线齿轮的加工原理155

9.5.1 仿形法156

9.5.2 展成法156

9.6 渐开线齿廓的根切现象与最少齿数157

9.6.1 根切现象157

9.6.2 标准外啮合直齿轮的最少齿数158

9.7 变位齿轮传动158

9.7.1 变位齿轮158

9.7.2 最小变位系数159

9.7.3 变位齿轮的几何尺寸和传动类型160

9.8 齿轮常见的失效形式与设计准则162

9.8.1 轮齿常见的失效形式162

9.8.2 设计准则164

9.9 齿轮的常用材料及许用应力164

9.9.1 齿轮材料的基本要求164

9.9.2 齿轮常用材料164

9.9.3 许用应力165

9.10 渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算168

9.10.1 轮齿的受力分析168

9.10.2 轮齿的计算载荷169

9.10.3 齿面接触疲劳强度计算170

9.10.4 齿根弯曲疲劳强度计算172

9.11 斜齿圆柱齿轮传动173

9.11.1 齿廓曲面的形成及其啮合特点173

9.11.2 斜齿轮的基本参数和几何尺寸计算174

9.11.3 斜齿轮正确啮合的条件和重合度176

9.11.4 斜齿圆柱齿轮的当量齿数177

9.11.5 斜齿圆柱齿轮的强度计算178

9.12 直齿圆锥齿轮传动179

9.12.1 锥齿轮传动概述179

9.12.2 锥齿轮的齿廓曲线、背锥和当量齿数180

9.12.3 直齿锥齿轮传动的几何尺寸计算182

9.12.4 直齿锥齿轮的强度计算183

9.13 齿轮的结构设计及齿轮传动的润滑185

9.13.1 齿轮的结构设计185

9.13.2 齿轮传动的润滑187

9.13.3 齿轮传动的效率188

9.14 标准齿轮传动的设计计算实例188

9.14.1 主要参数的选择188

9.14.2 齿轮精度等级的选择190

9.14.3 设计计算的步骤191

小知识 椭圆齿轮195

思考与练习题198

10 蜗杆传动201

10.1 蜗杆传动的类型和特点201

10.1.1 蜗杆传动的类型201

10.1.2 蜗杆传动的特点204

10.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算204

10.2.1 主要参数及选择204

10.2.2 蜗杆传动几何尺寸计算207

10.2.3 蜗杆传动的变位208

10.3 蜗杆传动的失效形式和设计209

10.3.1 蜗杆传动的失效形式209

10.3.2 蜗杆传动的设计209

10.4 蜗杆传动的材料与结构210

10.4.1 蜗杆传动常用材料210

10.4.2 蜗杆的结构210

10.4.3 蜗轮的材料211

10.4.4 蜗轮的结构211

10.5 蜗杆传动的强度计算212

10.5.1 蜗杆传动的受力分析212

10.5.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算213

10.5.3 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算214

10.6 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算215

10.6.1 蜗杆传动效率215

10.6.2 蜗杆传动的润滑217

10.6.3 蜗杆传动的热平衡计算217

10.7 普通圆柱蜗杆传动的精度等级选择及安装与维护218

10.7.1 精度等级的选择218

10.7.2 安装与维护219

10.8 设计计算实例219

小知识 蜗轮蜗杆传动在数控系统中的应用221

思考与练习题223

11 齿轮系225

11.1 齿轮系及其分类225

11.1.1 定轴轮系225

11.1.2 周转轮系225

11.1.3 复合轮系226

11.2 定轴轮系的传动比计算226

11.2.1 平面定轴轮系传动比计算227

11.2.2 空间定轴轮系传动比计算228

11.2.3 结论228

11.3 周转轮系的传动比计算229

11.3.1 平面周转轮系的传动比计算229

11.3.2 空间周转轮系的传动比计算230

11.4 复合轮系的传动比计算231

11.4.1 基本轮系的区别231

11.4.2 复合轮系的传动比计算231

11.5 齿轮系的功用232

11.6 新型齿轮系及其应用234

11.6.1 渐开线少齿差行星传动235

11.6.2 摆线针轮行星传动235

11.6.3 谐波齿轮传动235

小知识 行星轮系的设计238

思考与练习题239

12 滚动轴承243

12.1 概述243

12.1.1 滚动轴承的构造243

12.1.2 滚动轴承的类型及特点244

12.1.3 滚动轴承的代号和选择246

12.2 滚动轴承的工作情况分析248

12.2.1 滚动轴承的载荷分布248

12.2.2 轴承工作时元件上载荷与应力的变化249

12.3 滚动轴承的失效形式与计算准则249

12.4 滚动轴承的寿命计算250

12.4.1 轴承寿命、基本额定寿命及基本额定动载荷250

12.4.2 寿命计算公式250

12.4.3 当量动载荷252

12.4.4 角接触轴承轴向载荷的计算253

12.4.5 静强度计算255

12.5 滚动轴承的组合设计256

12.5.1 轴系的轴向定位256

12.5.2 轴向位置的调整258

12.5.3 提高轴承系统的刚度和同轴度258

12.5.4 配合和装拆259

12.5.5 滚动轴承的润滑260

12.5.6 滚动轴承的密封261

小知识 带座外球面滚动轴承262

思考与练习题262

13 滑动轴承264

13.1 概述264

13.1.1 滑动轴承的分类和特点264

13.1.2 滑动轴承的结构和材料265

13.1.3 轴瓦结构268

13.1.4 滑动轴承的润滑269

13.2 非液体摩擦滑动轴承的设计计算272

13.2.1 径向滑动轴承的计算272

13.2.2 止推滑动轴承的计算273

13.3 液体摩擦动压滑动轴承的设计273

13.3.1 流体动压润滑的基本方程273

13.3.2 动压承载油膜的形成条件275

13.3.3 液体动压轴承的油膜形成过程275

13.4 滚动轴承与滑动轴承性能比较276

13.4.1 滑动轴承的特点276

13.4.2 滚动轴承的特点277

小知识 静压轴承简介277

思考与练习题277

14 其他常用零部件279

14.1 概述279

14.2 联轴器279

14.2.1 联轴器的类型和特点279

14.2.2 联轴器的选择282

14.3 离合器284

14.3.1 牙嵌式离合器284

14.3.2 摩擦离合器285

14.3.3 特殊功用离合器285

14.4 弹簧287

14.4.1 弹簧的类型287

14.4.2 弹簧的材料与制造288

14.4.3 圆柱螺旋压缩弹簧290

小知识 几种非圆柱弹簧的应用简介291

思考与练习题291

15 轴293

15.1 轴的功用、分类及常用材料293

15.1.1 轴的类型293

15.1.2 轴的材料295

15.1.3 轴的失效形式与设计准则296

15.2 轴的结构设计296

15.2.1 轴的结构296

15.2.2 轴的结构设计296

15.2.3 轴的结构设计步骤301

15.3 轴的强度计算301

15.3.1 轴的扭转强度计算302

15.3.2 轴的弯扭合成强度计算302

15.4 轴的刚度计算303

15.4.1 弯曲刚度校核计算303

15.4.2 扭转刚度校核计算304

15.5 轴的设计计算实例304

小知识 轴的振动稳定性及临界转速308

思考与练习题308

试卷A·参考答案·评分标准310

试卷B·参考答案·评分标准313

试卷C·参考答案·评分标准316

试卷D·参考答案·评分标准319

参考文献322