机械设计基础(李莉)

本书是编写团队根据近年来相关课程教学改革的实践经验，并参照教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会制定的《高等学校机械基础系列课程调查分析报告暨机械基础系列课程教学基本要求》组织编写的。在内容编排上，注重理论与实际应用相结合，注重学生能力的培养与职业素质的养成，并融入思政要素，强化素质教育。 本书共13章，内容包括：绪论、平面机构的组成及分析、平面连杆机构、凸轮机构、其他常用机构、齿轮传动、蜗杆传动、轮系、带传动与链传动、连接、轴、轴承以及联轴器和离合器。每章均安排有企业应用案例内容，有助于学生将理论知识与实际工程问题相结合，提升实践能力。各章后附有适量习题以供选用，并附有必要的数据和资料以供查阅。 本书结构清晰、图例丰富、综合性强，可作为普通高等院校机械类专业以及近机类专业的基础课教材，也可供有关工程技术人员参考。

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第1章 绪论 1 本章知识导图 1 本章学习目标 2 1.1 本课程的研究对象 2 1.2 本课程中的基本概念和研究内容 2 1.2.1 基本概念 2 1.2.2 本课程研究的内容 4 1.3 本课程在教学中的地位及学习方法 4 1.3.1 本课程在教学中的地位 4 1.3.2 本课程的学习方法 5 思考题与习题 5 第2章 平面机构的组成及分析 6 本章知识导图 6 本章学习目标 7 2.1 机构的组成 7 2.1.1 运动副的概念 7 2.1.2 运动副的分类 7 2.2 平面机构的运动简图 8 2.2.1 机构运动简图的概念 8 2.2.2 平面机构运动简图的绘制 9 2.3 平面机构的自由度 10 2.3.1 平面机构的自由度计算 10 2.3.2 平面机构自由度计算的注意事项 11 2.4 平面机构运动分析的速度瞬心法 14 2.4.1 速度瞬心 14 2.4.2 瞬心的求法 14 2.5 企业应用案例——牛头刨床的运动分析 16 思考题与习题 17 第3章 平面连杆机构 19 本章知识导图 19 本章学习目标 20 3.1 平面连杆机构及其传动特点 20 3.2 平面连杆机构的基本形式及演化 20 3.2.1 平面连杆机构的基本形式 20 3.2.2 平面四杆机构的演化 23 3.3 平面四杆机构的运动特性 25 3.3.1 铰链四杆机构曲柄存在的条件 25 3.3.2 急回特性和行程速比系数 26 3.3.3 压力角与传动角 27 3.3.4 死点位置 28 3.4 平面四杆机构的运动设计 29 3.4.1 按给定连杆位置设计平面四杆机构 29 3.4.2 按给定行程速比系数K设计平面四杆机构 30 3.5 企业应用案例——热处理加热炉的炉门启闭机构设计 31 思考题与习题 32 第4章 凸轮机构 34 本章知识导图 34 本章学习目标 35 4.1 凸轮机构的组成及分类 35 4.1.1 凸轮机构的组成及应用 35 4.1.2 凸轮机构的分类 36 4.2 从动件常用的运动规律 38 4.2.1 凸轮机构中的基本名词术语 38 4.2.2 等速运动规律 39 4.2.3 等加速等减速运动规律 39 4.3 图解法设计盘形凸轮轮廓 40 4.3.1 反转法原理 40 4.3.2 直动从动件盘形凸轮轮廓设计 41 4.3.3 摆动从动件盘形凸轮轮廓设计 43 4.4 凸轮机构设计中应注意的几个问题 44 4.4.1 压力角 44 4.4.2 基圆半径的确定 45 4.4.3 滚子半径的确定 45 4.5 企业应用案例——凸轮分割器 46 思考题与习题 47 第5章 其他常用机构 49 本章知识导图 49 本章学习目标 50 5.1 棘轮机构 50 5.1.1 棘轮机构的组成及其工作特点 50 5.1.2 棘轮机构的类型与应用 50 5.1.3 棘轮机构设计中的主要问题 53 5.2 槽轮机构 54 5.2.1 槽轮机构的组成及工作原理 54 5.2.2 槽轮机构的类型、特点及应用 54 5.3 不完全齿轮机构 55 5.3.1 不完全齿轮机构的工作原理 55 5.3.2 不完全齿轮机构的类型、特点及应用 56 5.4 企业应用案例——棘轮扳手 57 思考题与习题 57 第6章 齿轮传动 58 本章知识导图 58 本章学习目标 59 6.1 齿轮传动的特点和类型 59 6.1.1 齿轮传动的特点 59 6.1.2 齿轮传动的类型 59 6.2 渐开线齿廓及其啮合特性 60 6.2.1 渐开线的形成及其特性 60 6.2.2 渐开线齿廓的啮合特性 61 6.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数 62 6.3.1 齿轮各部分的名称和符号 62 6.3.2 标准齿轮的基本参数 63 6.3.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸 64 6.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 64 6.4.1 渐开线齿轮正确啮合条件 64 6.4.2 渐开线齿轮连续传动条件 65 6.4.3 轮齿的相对滑动及齿轮传动的标准中心距 66 6.5 渐开线齿轮轮齿的切削加工与变位齿轮的概念 67 6.5.1 轮齿的切削加工原理 67 6.5.2 渐开线齿廓的根切现象和最小齿数 68 6.5.3 变位齿轮的概念 69 6.6 齿轮传动的失效形式、设计准则与材料选择 69 6.6.1 齿轮传动的失效形式 69 6.6.2 齿轮传动设计准则 71 6.6.3 齿轮的常用材料 72 6.7 渐开线标准直齿圆柱齿轮强度计算 73 6.7.1 轮齿的受力分析和计算载荷 73 6.7.2 齿轮的强度计算 74 6.7.3 齿轮传动设计参数的选择 78 6.8 斜齿圆柱齿轮传动 79 6.8.1 斜齿圆柱齿轮齿廓的形成及其啮合 79 6.8.2 斜齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸 79 6.8.3 斜齿圆柱齿轮正确啮合条件 81 6.8.4 斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 81 6.9 直齿锥齿轮传动 83 6.9.1 锥齿轮传动的特点和应用 83 6.9.2 直齿锥齿轮的基本参数和几何尺寸 83 6.9.3 背锥和当量齿数 84 6.9.4 直齿锥齿轮传动的强度计算 85 6.10 齿轮的结构 86 6.11 企业应用案例——带式运输机减速器齿轮传动设计 89 思考题与习题 91 第7章 蜗杆传动 93 本章知识导图 93 本章学习目标 94 7.1 蜗杆传动的特点与类型 94 7.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 96 7.2.1 蜗杆传动的主要参数及其选择 96 7.2.2 蜗杆传动的几何尺寸计算 99 7.3 蜗杆传动的工作情况分析及结构设计 99 7.3.1 蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料 99 7.3.2 蜗杆传动的转向判定及受力分析 100 7.3.3 蜗杆传动的自锁 101 7.3.4 圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计 102 7.4 普通圆柱蜗杆传动的强度计算 103 7.4.1 蜗轮齿面接触疲劳强度计算 103 7.4.2 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 104 7.5 普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 104 7.5.1 蜗杆传动的效率 104 7.5.2 蜗杆传动的润滑 106 7.5.3 蜗杆传动的热平衡计算 106 7.6 企业应用案例——混料机用蜗杆传动设计 107 思考题与习题 109 第8章 轮系 111 本章知识导图 111 本章学习目标 112 8.1 轮系的类型 112 8.2 定轴轮系传动比计算 113 8.3 周转轮系传动比计算 115 8.4 复合轮系传动比计算 118 8.5 轮系的功用 119 8.6 企业应用案例——精密传动领域的RV减速器 122 思考题与习题 123 第9章 带传动与链传动 125 本章知识导图 125 本章学习目标 126 9.1 带传动的特点、类型及几何参数 126 9.1.1 带传动的特点 126 9.1.2 带传动的类型 126 9.1.3 带传动的主要几何参数 128 9.2 V带及带轮 128 9.2.1 V带的类型与结构 128 9.2.2 V带轮 130 9.3 带传动的工作情况分析 130 9.3.1 带传动的受力分析 130 9.3.2 带传动的最大有效拉力及其主要影响因素 132 9.3.3 带传动的应力分析 133 9.3.4 带传动的弹性滑动和打滑 134 9.4 V带传动的设计计算 135 9.4.1 失效形式和设计准则 135 9.4.2 单根V带所能传递的功率 135 9.4.3 设计计算和参数选择 139 9.4.4 V带传动的张紧设计、使用与维护 143 9.5 链传动概述 145 9.6 链传动的运动特性分析 147 9.7 滚子链传动的设计计算 148 9.7.1 链运动的主要失效形式 148 9.7.2 链传动的承载能力 149 9.7.3 链传动主要参数的选择 150 9.7.4 链传动的布置 152 9.8 企业应用案例——带式输送机 153 思考题与习题 155 第10章 连接 156 本章知识导图 156 本章学习目标 157 10.1 螺纹连接的基本知识 157 10.1.1 螺纹的类型、应用及主要参数 157 10.1.2 螺纹连接的类型 159 10.1.3 标准螺纹连接件 161 10.2 螺纹连接的预紧和防松 162 10.2.1 螺纹连接的预紧 162 10.2.2 螺纹连接的防松 163 10.3 螺纹连接的强度计算 164 10.3.1 螺栓的失效形式及计算准则 164 10.3.2 单个螺栓连接的强度计算 165 10.3.3 螺纹连接件的材料及许用应力 171 10.4 螺栓组连接的设计 172 10.4.1 螺栓组连接的结构设计 172 10.4.2 螺栓组连接的受力分析 173 10.4.3 提高螺栓连接强度的措施 176 10.5 螺旋传动 180 10.5.1 螺旋传动的类型和应用 180 10.5.2 滑动螺旋传动螺杆及螺母的材料 180 10.5.3 滑动螺旋传动的失效形式和设计准则 180 10.6 键连接和花键连接 182 10.6.1 键连接类型和结构特点 182 10.6.2 平键连接的尺寸选择强度校核 184 10.6.3 花键连接 184 10.7 销连接 186 10.8 企业应用案例——卷扬机 187 思考题与习题 188 第11章 轴 190 本章知识导图 190 本章学习目标 191 11.1 轴的分类及材料 191 11.1.1 轴的分类 191 11.1.2 轴的材料 193 11.2 轴的结构设计 194 11.2.1 轴上零件的装配方案 194 11.2.2 轴上零件的固定 195 11.2.3 轴结构的工艺要求 197 11.2.4 提高轴的强度的常用措施 198 11.3 轴的性能分析与计算要点 200 11.3.1 轴的失效形式及设计准则 200 11.3.2 轴的强度计算 200 11.3.3 轴的刚度计算 204 11.3.4 轴的振动计算 204 11.4 轴的使用与维护 205 11.4.1 轴的使用 205 11.4.2 轴的维护 205 11.5 企业应用案例——化工设备输送装置 205 思考题与习题 210 第12章 轴承 212 本章知识导图 212 本章学习目标 213 12.1 轴承的分类与应用 213 12.2 滑动轴承的类型、结构和材料 213 12.2.1 滑动轴承的类型 213 12.2.2 滑动轴承的结构 213 12.2.3 滑动轴承的材料 217 12.3 滚动轴承的类型、代号及选用 218 12.3.1 滚动轴承的基本构造 218 12.3.2 滚动轴承的材料 219 12.3.3 滚动轴承的重要结构特性 219 12.3.4 滚动轴承的主要类型 219 12.3.5 滚动轴承的代号 221 12.3.6 滚动轴承类型的选择 223 12.4 滚动轴承的工作能力计算 224 12.4.1 滚动轴承的失效形式和计算准则 224 12.4.2 基本额定寿命和基本额定动载荷 225 12.4.3 滚动轴承的寿命计算公式 226 12.4.4 滚动轴承的当量动载荷 227 12.4.5 角接触球轴承和圆锥滚子轴承的径向载荷Fr与轴向载荷Fa 229 12.4.6 滚动轴承的静强度计算 230 12.5 滚动轴承装置设计 233 12.5.1 轴承的配置 233 12.5.2 滚动轴承的轴向紧固 235 12.5.3 滚动轴承的配合 236 12.5.4 滚动轴承的润滑 236 12.5.5 滚动轴承的密封装置 237 12.6 企业应用案例——带式输送机减速器高速轴轴承选型 239 思考题与习题 240 第13章 联轴器和离合器 242 本章知识导图 242 本章学习目标 243 13.1 联轴器 243 13.1.1 联轴器的分类和特性 243 13.1.2 联轴器的选择 247 13.2 离合器 248 13.2.1 离合器的分类 248 13.2.2 常用离合器的结构和特点 249 13.3 企业应用案例——起重机 252 思考题与习题 252 参考文献 253