机械设计基础

本书是根据高等工科院校机械设计基础课程教学基本要求，针对普通高等工科院校的培养目标而编写的。本书在编写过程中有机融入了生活中或工程中的实例及操作性较强的案例，并对案例进行有效的分析，同时在每章都增加了知识扩展，这些内容突出了本书的新颖性和设计的实用性。 全书共19章，包括绪论、机械设计概论、机械运动设计与分析基础知识、平面连杆机构、凸轮机构及其设计、其他常用机构及组合机构、螺纹连接与螺旋传动、键、销及其连接、轴、滑动轴承、滚动轴承设计、联轴器、离合器和制动器、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、轮系、减速器和无级变速传动、机械的平衡与调速、机械创新设计简介。每章都给出了该章的教学内容、知识要点及基本要求，编写过程中加强了课程内容在逻辑和结构上的联系与综合。各章均附有一定数量的练习题，以便学生复习巩固所学知识。

于克强，黑龙江科技大学副教授，东北农业大学博士毕业。获第五届黑龙江省教学软件比赛一等奖，黑龙江科技学院第二届多媒体课件比赛一等奖，第十二届全国多媒体课件大赛二等奖，第五届黑龙江省现代教育技术论文比赛三等奖等。

靠前章绪论 1
1.1概述 2
1.2机械工业在现代化建设中的作用 2
1.3本课程研究的对象和内容 3
1.4本课程的地位、性质及任务 5
1.4.1本课程的地位 5
1.4.2本课程的性质 5
1.4.3本课程的主要任务 6
练习题 6
第2章机械设计概论 7
2.1机械设计的基本要求与设计准则 8
2.1.1机械设计的基本要求 8
2.1.2机器设计的基本要求 8
2.1.3机械零件的设计准则 9
2.2机械设计的方法和一般步骤 10
2.2.1机械设计的方法 10
2.2.2机器设计的一般步骤 10
2.3机械零件的常用材料及选择 11
2.3.1机械零件的常用材料 11
2.3.2选择机械零件材料的原则 14
2.4许用应力与安全系数 15
2.4.1载荷和应力 15
2.4.2静应力下的许用应力 16
2.4.3变应力下的许用应力 16
2.4.4安全系数 17
2.5机械零件的工艺性 17
练习题 18
第3章机械运动设计与分析基础知识 19
3.1运动副及其分类 20
3.1.1运动副的定义 20
3.1.2运动副的分类 21
3.1.3运动链和机构 22
3.2平面机构运动简图 22
3.2.1平面机构运动简图定义 22
3.2.2绘制平面机构运动简图的要点 23
3.2.3机构运动简图绘制的步骤 24
3.3平面机构的自由度计算 25
3.3.1平面机构自由度计算公式 25
3.3.2机构具有确定运动的条件 26
3.3.3计算平面机构自由度时应注意的事项 27
3.4平面机构的组成原理、结构分类及结构分析 31
3.4.1平面机构的组成原理 31
3.4.2平面机构的结构分析 33
3.4.3平面机构的高副低代 33
练习题 35
第4章平面连杆机构 37
4.1平面连杆机构基本概述 38
4.2铰链四杆机构的基本形式及演化 38
4.2.1铰链四杆机构的基本形式 38
4.2.2铰链四杆机构的演化 41
4.3铰链四杆机构的基本知识 46
4.3.1铰链四杆机构有曲柄的条件 46
4.3.2铰链四杆机构的急回特性 47
4.3.3铰链四杆机构的传动特性 48
4.4铰链四杆机构的设计 51
4.4.1连杆设计的基本内容和问题 51
4.4.2用图解法设计铰链四杆机构 51
练习题 55
第5章凸轮机构及其设计 58
5.1凸轮机构的类型及应用 59
5.1.1凸轮机构的组成及特点 59
5.1.2凸轮机构的类型 59
5.1.3凸轮机构的应用 62
5.2从动件的运动规律 63
5.2.1凸轮机构的基本名词术语 63
5.2.2从动件基本运动规律 64
5.2.3从动件运动规律的选择 70
5.3凸轮轮廓曲线的设计 70
5.3.1凸轮轮廓曲线设计的基本原理 71
5.3.2用图解法设计盘形凸轮轮廓曲线 71
5.3.3用解析法设计盘形凸轮轮廓曲线 75
5.4凸轮机构基本参数的确定 77
5.5.1凸轮机构压力角 78
5.5.2凸轮基圆半径的确定 80
5.5.3滚子半径的确定 81
5.5.4平底尺寸的确定 82
练习题 83
第6章其他常用机构及组合机构 84
6.1棘轮机构 85
6.1.1棘轮机构的组成及工作原理 85
6.1.2齿式棘轮机构类型及应用 86
6.1.3摩擦式棘轮机构 88
6.1.4棘轮机构的运动设计 89
6.2槽轮机构 90
6.2.1槽轮机构的组成和工作原理 90
6.2.2槽轮机构的特点和应用 90
6.2.3槽轮机构的类型 91
6.2.4槽轮机构的设计要点 91
6.3不接近齿轮机构 92
6.4组合机构 93
6.4.1连杆—连杆机构 93
6.4.2连杆—凸轮机构 94
6.4.3双凸轮机构 94
6.4.4连杆—棘轮机构 94
6.4.53齿轮—连杆机构 95
练习题 95
第7章螺纹连接与螺旋传动 97
7.1螺纹连接的基本知识 98
7.1.1螺纹的形成 98
7.1.2螺纹的类型 98
7.1.3螺纹的主要参数 99
7.2螺纹副的受力分析、效率和自锁 100
7.2.1矩形螺纹 100
7.2.2非矩形螺纹 101
7.3螺纹连接类型和标准连接件 102
7.3.1普通螺纹连接的基本类型 102
7.3.2螺纹紧固件 104
7.4螺纹连接的预紧与防松 106
7.4.1螺纹连接的预紧 106
7.4.2螺纹连接的防松 107
7.5螺纹连接的强度计算 108
7.5.1螺栓的失效形式及计算准则 108
7.5.2受轴向工作载荷的螺栓连接 109
7.5.3受横向工作载荷的螺栓连接 112
7.5.4螺纹连接的常用材料及许用应力 114
7.5.5提高螺栓连接强度的措施 115
7.6螺旋传动 118
7.6.1螺旋传动的特点 118
7.6.2螺旋传动的转换及应用 119
7.6.3螺旋传动的类型 119
练习题 121
第8章键、销及其他连接 123
8.1键连接 124
8.1.1键连接的功用、主要类型和应用 124
8.1.2键的选择和键连接的强度计算 127
8.1.3花键连接的特点、类型和应用 129
8.1.4花键连接的设计计算 130
8.2销连接 132
8.3无键连接 133
8.3.1型面连接 133
8.3.2过盈连接 133
8.3.3胀紧连接 134
练习题 134
第9章轴 136
9.1轴的类型及应用 137
9.2轴的材料及选择 139
9.2.1轴的材料及热处理 139
9.2.2轴的材料选择 139
9.3轴的结构设计 140
9.3.1轴的制造安装要求 141
9.3.2轴上零件的布置与结构 141
9.3.3轴上零件的定位和固定 142
9.3.4轴段直径和长度的确定 145
9.3.5避免或减少应力集中 146
9.3.6轴的结构工艺性 146
9.4轴的工作能力计算 146
9.4.1轴的强度计算 146
9.4.2轴的刚度计算 153
练习题 154
靠前0章滑动轴承 156
10.1滑动轴承的摩擦状态 157
10.1.1摩擦学相关内容 157
10.1.2摩擦状态 157
10.2滑动轴承的类型、结构形式 158
10.2.1滑动轴承的类型 158
10.2.2滑动轴承的结构形式 158
10.3滑动轴承的失效形式及常用材料 162
10.3.1滑动轴承的失效形式 162
10.3.2滑动轴承的材料 162
10.4滑动轴承的润滑剂和润滑装置 164
10.4.1润滑剂的选择 164
10.4.2润滑方法和润滑装置的选择 167
10.5非液体摩擦滑动轴承 169
10.5.1失效形式及计算准则 169
10.5.2非液体摩擦滑动轴承的计算 169
10.6液体摩擦滑动轴承简介 171
10.6.1液体动压轴承 171
10.6.2液体静压轴承工作原理简介 172
练习题 173
靠前1章滚动轴承设计 175
11.1滚动轴承的主要类型及代号 176
11.1.1滚动轴承的基本构造 176
11.1.2滚动轴承的类型 177
11.1.3滚动轴承的性能和特点 178
11.1.4滚动轴承的代号 184
11.1.5滚动轴承的类型选择 186
11.2滚动轴承的工作情况 188
11.2.1滚动轴承的受力分析 188
11.2.2滚动轴承的主要失效形式及计算准则 189
11.3滚动轴承的寿命计算 190
11.3.1基本概念 190
11.3.2滚动轴承的寿命计算公式 193
11.3.3角接触球轴承和圆锥滚子轴承的径向载荷与轴向载荷计算 195
11.3.4滚动轴承的静载荷计算 196
11.4轴承装置的结构设计 197
11.4.1滚动轴承组成支撑结构 197
11.4.2轴承游隙和轴承组合位置的调整 199
11.4.3滚动轴承的固定 199
11.4.4滚动轴承的配合和装拆 200
11.4.5轴承合理的组合方式及预紧 201
11.4.6滚动轴承的润滑和密封 203
练习题 208
靠前2章联轴器、离合器和制动器 210
12.1联轴器 211
12.1.1联轴器的类型 211
12.1.2联轴器的特点 222
12.1.3联轴器的选择 223
12.2离合器 225
12.2.1离合器的类型及特点 225
12.2.2离合器的选择 231
12.3制动器 232
12.3.1摩擦制动器的组成与分类 232
12.3.2制动器的选择与确定 234
练习题 235
靠前3章带传动 237
13.1带传动的类型和特点 238
13.1.1带传动的工作原理 238
13.1.2带传动的形式 238
13.1.3摩擦式带传动的类型 238
13.1.4带传动的工作特点和适用范围 239
13.2V带和V带轮 240
13.2.1V带的结构和标准 240
13.2.2V带轮的材料和结构设计 241
13.2.3带传动的几何尺寸计算 243
13.3带传动的受力分析和弹性滑动 244
13.3.1带传动的受力分析 244
13.3.2带传动的优选有效拉力及其影响因素 244
13.3.3带传动的弹性滑动和打滑 245
13.4带传动的应力分析和设计准则 246
13.4.1带传动的应力分析 246
13.4.2带传动的失效形式及设计准则 248
13.4.3V带传动的基本额定功率 248
13.5V带传动的设计计算 250
13.5.1已知条件和设计内容 250
13.5.2设计步骤和设计参数的选择 250
13.6带传动的张紧、安装和维护 255
13.6.1带传动张紧 255
13.6.2V带的安装和维护 256
练习题 257
靠前4章链传动 258
14.1链传动的类型、特点和应用 259
14.1.1链传动的类型 259
14.1.2链传动的特点及应用 259
14.2滚子链及链轮 260
14.2.1滚子链 260
14.2.2滚子链链轮 262
14.3链传动的运动特性 264
14.3.1链传动的运动不均匀性 264
14.3.2链传动的受力分析 265
14.4滚子链传动的失效形式和设计计算 266
14.4.1链传动的失效形式 266
14.4.2功率曲线图 267
14.4.3链传动参数的选择和设计步骤 269
14.5链传动的布置、张紧与润滑 272
14.5.1链传动的布置 272
14.5.2链传动的润滑 273
14.5.3链传动的张紧 274
练习题 275
靠前5章齿轮传动 276
15.1齿轮传动的特点和类型 277
15.1.1齿轮传动概述 277
15.1.2齿轮传动的特点 277
15.1.3齿轮传动的类型 277
15.2齿廓啮合的基本定律 279
15.2.1齿廓啮合基本定律 279
15.2.2齿廓曲线的选择 280
15.3渐开线齿廓及其啮合特性 281
15.3.1渐开线的形成与特性 281
15.3.2渐开线函数及渐开线方程式 281
15.3.3渐开线齿廓啮合特性 282
15.4渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸 283
15.4.1外齿轮各部分的名称和主要参数 283
15.4.2渐开线标准直齿圆柱齿轮的尺寸计算公式 285
15.4.3齿条和内齿轮的尺寸 286
15.5渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 287
15.5.1正确啮合条件 287
15.5.2连续传动条件 287
15.6渐开线齿轮的切制原理及根切现象 292
15.6.1渐开线齿轮的加工方法 292
15.6.2齿轮精度等级 295
15.6.3渐开线齿廓的根切 296
15.6.4变位齿轮的概述 297
15.7齿轮传动的失效形式、设计准则及材料 299
15.7.1齿轮的失效形式 299
15.7.2齿轮传动的设计准则 301
15.7.3齿轮的材料 301
15.8直齿圆柱齿轮传动的强度计算 303
15.8.1轮齿的受力分析和计算载荷 303
15.8.2齿轮的许用应力 304
15.8.3齿面接触疲劳强度计算 307
15.8.3齿根弯曲疲劳强度计算 310
15.8.4齿轮传动的强度计算说明 312
15.8.5齿轮传动设计参数的选择 313
15.8.6齿轮精度的选择 314
15.8.7标准直齿轮传动的设计步骤 315
15.9斜齿圆柱齿轮传动 317
15.9.1斜齿圆柱齿轮齿廓形成及啮合特点 317
15.9.2斜齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算 318
15.9.3斜齿圆柱齿轮啮合传动 320
15.9.4当量齿轮和当量齿数 322
15.9.5斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 322
15.10直齿圆锥齿轮传动 329
15.10.1直齿圆锥齿轮传动概述 329
15.10.2直齿圆锥齿轮的当量齿轮和当量齿数 331
15.10.3直齿圆锥齿轮的参数和几何尺寸计算 331
15.10.4直齿圆锥齿轮传动的强度计算 334
15.10.5齿面接触疲劳强度计算 335
15.11齿轮的润滑与结构设计 335
15.11.1齿轮传动的润滑 335
15.11.2齿轮传动的结构设计 337
练习题 339
靠前6章蜗杆传动 341
16.1蜗杆传动的类型和特点 342
16.1.1蜗杆传动的类型 342
16.1.2蜗杆传动的特点 343
16.2蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 344
16.2.1蜗杆传动的正确啮合条件 344
16.2.2蜗杆传动的基本参数和几何尺寸 344
16.3蜗杆传动的失效形式、材料和结构 347
16.3.1蜗杆传动的滑动速度 347
16.3.2蜗杆传动的失效形式和设计准则 348
16.3.3蜗杆传动的材料和结构 348
16.4蜗杆传动的强度计算 350
16.4.1蜗杆传动的受力分析 350
16.4.2蜗轮齿面接触疲劳强度计算 351
16.4.3蜗轮轮齿齿根弯曲疲劳强度计算 352
16.5蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 353
16.5.1蜗杆传动的效率 353
16.5.2蜗杆传动的润滑 354
16.5.3蜗杆传动的热平衡计算 355
练习题 357
靠前7章轮系、减速器和无级变速传动 359
17.1轮系的分类 360
17.2轮系的传动比计算 361
17.2.1定轴轮系传动比的计算 362
17.2.2周转轮系传动比的计算 364
17.2.3复合轮系传动比的计算 366
17.3轮系的功用 367
练习题 371
靠前8章机械的平衡与调速 373
18.1回转件平衡的意义 374
18.2刚性转子的静平衡和动平衡 374
18.2.1平衡方法 374
18.2.2刚性转子的静平衡 374
18.2.3刚性转子的动平衡 376
18.3机械的速度波动及调节 379
18.3.1机械的运转过程 379
18.3.2周期性速度波动及其调节方法 380
18.3.3非周期性速度波动及其调节方法 384
练习题 385
靠前9章机械创新设计简介 387
19.1机械创新设计的要求及内容 388
19.1.1机械创新设计的要求 388
19.1.2机械创新设计的内容 389
19.2创新技法 390
19.2.1设问探求法 390
19.2.2缺点列举及改进方法 390
19.2.3组合创造法 391
练习题 392
参考文献 393