機械設計基礎

機械設計基礎（第2版）

本書根據高等工科院校機械設計基礎課程最新教學的基本要求，並結合多年的教學實踐經驗修訂而成。本書保持了第1版的貼近和服務化工工程實踐性的特色，同時將較為成熟的新理念、新觀點充實到教材中。

本書共15章，內容包括：緒論；平面機構的結構分析與速度分析；平面連桿機構及其設計；凸輪機構；齒輪機構；輪系；其它常用機構；機械的調速與平衡；機械零件設計概論；螺紋連接；嚙合傳動；帶傳動與鏈傳動；滑動軸承；滾動軸承；軸及其連接。

0緒論1

1平面機構的結構分析與速度分析3

1.1平面機構的組成3

1.1.1運動副3

1.1.2運動副的分類3

1.1.3運動鏈3

1.1.4機構4

1.2平面機構運動簡圖4

1.2.1平面機構運動簡圖4

1.2.2平面機構運動簡圖的繪製6

1.3平面機構自由度的計算6

1.3.1平面機構自由度的計算公式6

1.3.2平面機構自由度的計算6

1.3.3機構具有確定運動的條件9

1.4平面機構的組成原理、結構分類及結構分析9

1.4.1平面機構的組成原理9

1.4.2平面機構的結構分類10

1.4.3平面機構的結構分析11

1.5速度瞬心及其在機構速度分析上的應用11

1.5.1速度瞬心11

1.5.2速度瞬心位置的確定12

1.5.3速度瞬心在速度分析上的應用13

習題14

2平面連桿機構及其設計16

2.1平面連桿機構的特點16

2.2平面四連桿機構的類型及應用17

2.2.1平面四桿機構的基本型式17

2.2.2平面四桿機構的演化19

2.3平面四桿機構的基本知識22

2.3.1四桿機構存在曲柄的條件22

2.3.2急回運動和行程速比係數23

2.3.3平面連桿機構的傳動角與死點24

2.4平面四桿機構的設計27

2.4.1圖解法設計四桿機構27

2.4.2解析法設計四桿機構30

習題31

3凸輪機構33

3.1凸輪機構的應用及分類33

3.1.1凸輪機構的應用33

3.1.2凸輪機構的分類34

3.2從動件常用運動規律36

3.2.1凸輪輪廓與從動件運動的關係36

3.2.2從動件的運動規律37

3.2.3從動件運動規律的選擇42

3.3凸輪輪廓曲線設計42

3.3.1凸輪廓線設計方法的基本原理42

3.3.2圖解法設計凸輪廓線43

3.3.3解析法設計凸輪廓線45

3.4凸輪機構基本尺寸的確定47

3.4.1凸輪機構的壓力角47

3.4.2凸輪機構的基圓半徑48

3.4.3凸輪機構的滾子半徑的選擇49

習題50

4齒輪機構52

4.1齒輪機構的特點和類型52

4.2齒廓曲線52

4.2.1齒廓嚙合基本定律53

4.2.2齒廓曲線的選擇54

4.3漸開線及漸開線齒輪傳動的特點54

4.3.1漸開線的形成、特性及其方程54

4.3.2漸開線齒廓滿足定傳動比傳動55

4.3.3漸開線齒廓傳動的特點55

4.4漸開線標準齒輪的各部分名稱、參數及尺寸計算56

4.4.1各部分名稱及符號56

4.4.2標準直齒圓柱齒輪的基本參數56

4.4.3標準直齒輪的幾何尺寸計算57

4.4.4標準齒條的特點58

4.4.5任意圓上的齒厚58

4.5漸開線齒輪的加工方法及變位齒輪59

4.5.1齒輪輪齒的加工方法59

4.5.2根切60

4.5.3變位齒輪61

4.6漸開線齒輪的嚙合傳動61

4.6.1直齒圓柱齒輪正確嚙合的條件61

4.6.2一對齒輪的嚙合過程62

4.6.3齒輪傳動的中心距及嚙合角62

4.6.4直齒圓柱齒輪連續傳動的條件63

4.7平行軸斜齒圓柱齒輪機構64

4.7.1斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的形成及其嚙合特性64

4.7.2斜齒輪的基本參數65

4.7.3斜齒圓柱齒輪傳動的正確嚙合條件及重合度66

4.7.4斜齒輪的當量齒數66

4.7.5斜齒輪的幾何尺寸計算67

4.7.6斜齒輪的優缺點68

4.8直齒圓錐齒輪68

4.8.1圓錐齒輪概述68

4.8.2背錐和當量齒數68

4.8.3直齒圓錐齒輪幾何尺寸計算69

習題70

5輪系71

5.1輪系的分類71

5.2定軸輪系傳動比72

5.2.1平行軸定軸輪系傳動比72

5.2.2空間定軸輪系傳動比73

5.3周轉輪系傳動比73

5.4複合輪系75

5.5輪系的應用77

5.5.1輪系的齒數條件77

5.5.2輪系的功用77

5.6其它幾種常用行星傳動簡介79

5.6.1漸開線少齒差行星傳動79

5.6.2擺線針輪行星傳動79

5.6.3諧波齒輪傳動80

習題80

6其他常用機構82

6.1棘輪機構82

6.1.1棘輪機構的組成、工作原理82

6.1.2棘輪機構的類型和應用82

6.1.3棘輪機構的設計要點84

6.2槽輪機構85

6.2.1槽輪機構的工作原理和類型85

6.2.2槽輪機構的運動係數及運動特性86

6.3不完全齒輪機構87

6.4凸輪式間歇運動機構88

6.4.1圓柱凸輪間歇運動機構88

6.4.2蝸桿凸輪間歇運動機構88

6.5萬向鉸鏈機構88

6.6組合機構89

習題90

7機械的調速與平衡91

7.1機械運轉的速度波動及其調節91

7.1.1引起機械速度波動的原因91

7.1.2機械運轉的平均角速度和速度不均勻係數91

7.1.3周期性速度波動的調節92

7.1.4非周期性速度波動的調節95

7.2剛性轉子的平衡96

7.2.1問題的提出96

7.2.2盤類轉子的平衡96

7.2.3軸類轉子的平衡98

習題101

8機械零件設計概論102

8.1機械零件的失效形式102

8.1.1整體斷裂102

8.1.2過大的殘餘變形102

8.1.3表面破壞102

8.1.4破壞正常工作條件引起的失效102

8.2機械零件設計應滿足的基本要求103

8.2.1避免在預定壽命期內失效的要求103

8.2.2結構工藝性要求103

8.2.3經濟性要求103

8.2.4質量小的要求103

8.2.5可靠性要求104

8.3機械零件的設計準則104

8.3.1強度準則104

8.3.2剛度準則104

8.3.3壽命準則104

8.3.4振動穩定性準則104

8.3.5可靠性準則105

8.4機械零件常用材料及其選擇105

8.4.1機械零件常用的材料105

8.4.2機械零件材料的選擇原則106

8.5機械設計中的標準化106

8.6機械零件的許用應力107

8.6.1材料的疲勞特性107

8.6.2零件的極限應力線圖110

8.6.3提高機械零件疲勞強度的措施111

8.7機械零件的接觸強度111

8.8摩擦、磨損及潤滑112

8.8.1摩擦112

8.8.2磨損113

8.8.3潤滑115

習題116

9螺紋連接117

9.1螺紋117

9.1.1螺紋及螺紋的主要參數117

9.1.2螺紋分類、特點和應用118

9.2螺紋連接的基本類型和標準螺紋連接件120

9.2.1螺紋連接的基本類型120

9.2.2標準螺紋連接件121

9.3螺紋連接的預緊和防松124

9.3.1螺紋連接的預緊124

9.3.2螺紋連接的防松126

9.4螺栓組連接設計128

9.4.1螺栓組連接的結構設計128

9.4.2螺栓組連接受力分析130

9.5單個螺栓連接的強度計算134

9.5.1松螺栓連接強度計算134

9.5.2緊螺栓連接強度計算134

9.5.3螺栓連接件的許用應力138

9.6螺紋連接零件的常用材料和力學性能等級139

9.7提高螺栓連接強度的措施140

習題145

10嚙合傳動148

10.1齒輪傳動的主要失效形式148

10.2齒輪材料及熱處理選擇150

10.2.1齒輪材料150

10.2.2齒輪熱處理150

10.3齒輪傳動的計算載荷152

10.3.1輪齒的受力分析152

10.3.2計算載荷153

10.4標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算154

10.4.1齒根彎曲疲勞強度計算154

10.4.2齒面接觸疲勞強度計算156

10.4.3齒輪傳動設計參數的選擇157

10.5齒輪材料的許用應力與精度選擇159

10.5.1齒輪傳動的許用應力159

10.5.2齒輪精度的選擇160

10.6標準斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算164

10.6.1標準斜齒圓柱齒輪傳動重合度164

10.6.2齒根彎曲疲勞強度計算164

10.6.3齒面接觸疲勞強度計算166

10.7標準錐齒輪傳動的強度計算169

10.7.1設計參數170

10.7.2輪齒的受力分析170

10.7.3齒根彎曲疲勞強度計算170

10.7.4齒面接觸疲勞強度計算171

10.8齒輪的結構設計172

10.9齒輪傳動的潤滑173

10.9.1齒輪傳動的潤滑方式173

10.9.2潤滑劑的選擇174

10.10蝸桿傳動的組成、特點及類型174

10.11蝸桿傳動的主要參數和幾何尺寸計算175

10.12蝸桿傳動的主要失效形式、常用材料和結構178

10.13蝸桿傳動的強度計算簡介179

習題180

11帶傳動與鏈傳動182

11.1引言182

11.2帶傳動183

11.2.1帶傳動的特點、組成、類型183

11.2.2普通V帶和窄V帶的型號及結構184

11.2.3V帶帶輪186

11.2.4帶傳動的工作情況分析188

11.2.5帶傳動的張緊191

11.2.6其它帶傳動簡介192

11.3帶傳動案例設計與分析194

11.3.1設計要求與數據194

11.3.2設計內容194

11.3.3設計步驟、結果及說明194

11.4鏈傳動200

11.4.1鏈傳動的組成、特點及應用200

11.4.2滾子鏈的結構參數201

11.4.3套筒滾子鏈輪202

11.4.4套筒滾子鏈傳動的工作情況分析204

11.4.5鏈傳動的合理布置和張緊方法206

11.4.6鏈傳動的使用和維護207

11.4.7其它鏈傳動及鏈條簡介208

11.5鏈傳動案例設計與分析209

11.5.1設計要求與參數209

11.5.2設計內容209

11.5.3設計步驟、結果及說明209

習題213

12滑動軸承215

12.1液體動壓潤滑滑動軸承工作原理215

12.2滑動軸承的類型、特點及應用217

12.3滑動軸承的結構、失效形式及常用材料217

12.3.1滑動軸承的結構217

12.3.2滑動軸承的失效形式221

12.3.3滑動軸承的材料222

12.4滑動軸承的潤滑225

12.4.1潤滑劑及其選擇225

12.4.2潤滑方法和潤滑裝置226

12.4.3不完全液體潤滑軸承的設計計算227

習題230

13滾動軸承231

13.1概述231

13.1.1滾動軸承的組成231

13.1.2滾動軸承的分類232

13.2常用滾動軸承的類型、代號及選擇232

13.2.1常用滾動軸承的類型232

13.2.2滾動軸承的代號232

13.2.3滾動軸承的選擇235

13.3滾動軸承的選擇計算236

13.3.1滾動軸承內部的載荷分佈及應力變化情況236

13.3.2滾動軸承的失效形式236

13.3.3滾動軸承的計算準則237

13.3.4軸承的壽命237

13.3.5基本額定動載荷237

13.3.6滾動軸承的壽命計算公式238

13.3.7滾動軸承的當量動載荷238

13.3.8角接觸軸承軸向載荷Fa的計算239

13.3.9滾動軸承的靜載荷計算240

13.4滾動軸承的組合設計244

13.4.1軸承的軸向固定244

13.4.2滾動軸承的配合與裝拆246

13.4.3軸向位置及軸承游隙的調整246

13.4.4支承部分的剛度和同軸度246

13.4.5滾動軸承的潤滑247

13.4.6滾動軸承的密封248

習題250

14軸及其連接252

14.1概述252

14.1.1軸的用途與分類252

14.1.2軸的材料252

14.2軸的結構設計255

14.2.1零件在軸上的定位255

14.2.2軸段的直徑和長度的確定265

14.2.3軸的定位265

14.2.4提高軸的強度和剛度的措施266

14.2.5軸的結構工藝性267

14.3軸的強度計算267

14.3.1軸的強度校核計算267

14.3.2軸的剛度校核270

14.3.3軸的振動及振動穩定性的概念271

習題276

參考文獻278