機械設計基礎

本書是按照高職高專院校機械設計基礎課程教學要求，採用最新的國家標準，結合高職高專院校近年來教學改革的經驗與成果編寫而成。書中簡化理論推導，注重實際應用, 突出高職高專教育特點。

本書共11章，主要內容包括緒論、平面機構結構分析、平面機構運動力學分析、平面連桿機構、撓性傳動、齒輪傳動、輪系、其他常用機構、軸、軸承和連接等。各章配有一定數量的習題供學習時使用。

本書可作為高職高專院校機械類專業和近機類專業機械設計基礎課程教材，也可供有關工程技術人員參考。

第1章 緒論……1

1.1 機械概述……1

1.2 機械設計基本要求及主要設計準則……3

1.2.1 工作可靠性的要求……3

1.2.2 經濟性要求……4

1.2.3 機械零件設計的一般步驟……5

1.3 本課程的性質、任務和學習要求……5

習題……6

第2章 平面機構結構分析……7

2.1 機構的組成……7

2.1.1 構件及其類型……7

2.1.2 運動副……8

2.1.3 運動鏈和機構……9

2.2 平面機構運動簡圖的繪製……9

2.3 平面機構的自由度……13

2.3.1 自由度……13

2.3.2 約束……13

2.3.3 平面機構自由度的計算……13

2.3.4 機構具有確定運動的條件……14

2.3.5 計算機構自由度的注意事項……15

習題……17

第3章 平面機構運動力學分析……19

3.1 剛體運動力學基礎知識……19

3.1.1 剛體基本運動……19

3.1.2 剛體繞定軸轉動的動力學基本方程……21

3.1.3 剛體平面運動……21

3.1.4 平面圖形的角速度及圖形上各點速度分析……22

3.2 平面機構速度瞬心法分析……24

3.2.1 平面機構速度分析的任務和目的……24

3.2.2 速度瞬心法……24

3.3 平面機構力分析的任務、目的和方法……27

3.3.1 機構力分析的目的和方法……27

3.3.2 運動副中的摩擦……27

3.3.3 機構動力分析基本方法……30

習題……30

第4章 平面連桿機構……32

4.1 鉸鏈四桿機構的基本形式……32

4.1.1 曲柄搖桿機構……32

4.1.2 雙曲柄機構……33

4.1.3 雙搖桿機構……35

4.2 鉸鏈四桿機構曲柄存在條件……35

4.3 鉸鏈四桿機構的演化類型及應用……36

4.3.1 鉸鏈四桿機構演化為單滑塊(或導桿)機構的過程……36

4.3.2 取不同的構件作機架……37

4.3.3 擴大迴轉副……39

4.3.4 雙滑塊機構……39

4.4 平面連桿機構的工作特性……40

4.4.1 急回特性……40

4.4.2 壓力角α和傳動角γ ……41

4.4.3 機構的死點……42

4.5 平面連桿機構的設計……43

4.5.1 實現連桿的給定位置的設計……43

4.5.2 給定行程速比係數，設計平面連桿機構……44

4.5.3 按給定連架桿對應位置，設計鉸鏈四桿機構……45

4.5.4 試驗法、圖譜法和解析法設計四桿機構簡介……46

習題……48

第5章 撓性傳動……51

5.1 帶傳動的組成、類型及應用特點……51

5.1.1 帶傳動的組成……51

5.1.2 帶傳動的類型及應用特點……51

5.2 V帶和V帶輪……52

5.2.1 V帶的結構和標準……52

5.2.2 V帶輪的結構和材料……54

5.3 帶傳動的受力和應力分析……56

5.3.1 帶傳動的受力分析……56

5.3.2 帶傳動的應力分析……57

5.4 帶傳動的彈性滑動和傳動比……59

5.5 帶傳動的設計計算……60

5.5.1 帶傳動的主要失效形式設計準則……60

5.5.2 帶傳動的設計內容……60

5.5.3 設計步驟及參數選擇……60

5.6 帶傳動的安裝與維護……66

5.6.1 帶傳動的張緊……66

5.6.2 帶傳動的安裝和維護……67

5.7 鏈傳動簡介……68

5.7.1 鏈傳動的組成和類型……68

5.7.2 滾子鏈傳動的特點和應用……69

5.7.3 套筒滾子鏈的結構和標準……69

5.7.4 鏈輪的結構和材料……71

5.7.5 鏈傳動的運動特性……72

5.7.6 鏈傳動的主要失效形式……73

5.7.7 鏈傳動的設計要點……74

5.7.8 鏈傳動主要參數的選擇……76

5.7.9 鏈傳動的布置、張緊及潤滑……77

習題……80

第6章 齒輪傳動……82

6.1 齒輪傳動的特點和類型……82

6.1.1 齒輪傳動的特點……82

6.1.2 齒輪機構的類型……82

6.2 漸開線齒廓及其嚙合原理……83

6.2.1 漸開線的形成及特性……83

6.2.2 齒廓嚙合基本定理……84

6.2.3 漸開線齒廓嚙合傳動特性……85

6.3 漸開線標準齒輪的參數和幾何尺寸……86

6.3.1 齒輪各部分名稱和符號……86

6.3.2 齒輪基本參數……87

6.3.3 幾何尺寸計算公式……88

6.4 漸開線圓柱直齒輪的嚙合傳動……89

6.4.1 一對漸開線齒輪正確嚙合的條件……89

6.4.2 齒輪傳動的標準中心距及嚙合角……90

6.4.3 重合度、連續傳動……91

6.5 齒廓的切削加工原理……92

6.6 漸開線齒輪的根切現象及最少齒數……95

6.6.1 漸開線齒輪輪齒的根切現象……95

6.6.2 根切的原因……95

6.6.3 漸開線標準齒輪不根切的最少齒數……95

6.7 漸開線變位齒輪簡介……96

6.7.1 漸開線標準齒輪的局限性……96

6.7.2 變位修正法……97

6.7.3 不根切的最小變位係數……97

6.7.4 變位齒輪的幾何尺寸……98

6.8 齒輪傳動失效形式、設計準則及精度等級……99

6.8.1 失效形式及設計準則……99

6.8.2 材料選擇及熱處理……101

6.8.3 齒輪傳動的精度等級……101

6.9 直齒圓柱齒輪傳動的受力分析……103

6.10 直齒圓柱齒輪傳動的強度計算……104

6.10.1 直齒圓柱齒輪齒面接觸疲勞強度計算……104

6.10.2 齒根彎曲疲勞強度計算……107

6.11 齒輪傳動參數的選擇及設計實例……109

6.11.1 主要參數的選擇……109

6.11.2 齒輪傳動的設計實例……109

6.12 斜齒圓柱齒輪傳動……111

6.12.1 齒面形成及嚙合特點……111

6.12.2 斜齒輪的基本參數及幾何尺寸計算……112

6.12.3 斜齒圓柱齒輪的當量齒數……114

6.12.4 斜齒圓柱齒輪嚙合傳動……115

6.12.5 斜齒圓柱齒輪傳動的受力分析……116

6.12.6 斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算……117

6.12.7 齒輪傳動參數的選擇及設計實例……118

6.13 圓錐齒輪傳動……119

6.13.1 直齒圓錐齒輪齒廓曲面的形成……120

6.13.2 背錐與當量齒數……120

6.13.3 直齒圓錐齒輪傳動……122

6.13.4 直齒圓錐齒輪傳動的參數及幾何尺寸……122

6.13.5 直齒圓錐齒輪受力分析……123

6.13.6 直齒圓錐齒輪強度計算……124

6.14 蝸桿傳動……125

6.14.1 蝸桿傳動概述……125

6.14.2 普通圓柱蝸桿傳動的主要參數和幾何尺寸……126

6.14.3 蝸桿傳動的強度計算與設計……129

6.14.4 蝸桿傳動的受力分析和強度計算……129

6.14.5 蝸桿傳動的潤滑、效率及熱平衡計算……131

6.15 蝸桿傳動設計……133

6.16 齒輪結構設計及齒輪傳動的潤滑……134

6.16.1 齒輪結構設計……134

6.16.2 齒輪傳動潤滑……135

習題……137

第7章 輪系……139

7.1 輪系及其分類……139

7.1.1 定軸輪系……139

7.1.2 行星輪系……139

7.1.3 混合輪系……140

7.2 定軸輪系傳動比的計算……140

7.2.1 一對齒輪嚙合的傳動比……140

7.2.2 平面定軸輪系的傳動比……141

7.2.3 空間定軸輪系的傳動比……142

7.3 行星輪系傳動比的計算……142

7.3.1 行星輪系傳動比的計算……142

7.3.2 混合輪系傳動比的計算……145

7.4 輪系的應用……146

7.4.1 實現較遠距離的傳動……146

7.4.2 獲得大的傳動比……146

7.4.3 實現變速、換向傳動……146

7.4.4 實現分路傳動……146

7.4.5 實現運動的合成和分解……147

習題……147

第8章 其他常用機構……150

8.1 凸輪機構……150

8.1.1 凸輪機構的組成、類型、特點及應用……150

8.1.2 從動件的常用運動規律……152

8.1.3 圖解法設計凸輪輪廓曲線……157

8.1.4 凸輪機構設計中的幾個問題……159

8.1.5 解析法設計凸輪的廓線……162

8.1.6 凸輪機構的常用材料和結構……164

8.1.7 凸輪輪廓的加工方法……165

8.2 棘輪機構……166

8.2.1 棘輪機構的組成、工作原理及特點……166

8.2.2 棘輪機構的類型與應用……166

8.2.3 棘輪轉角的調節……168

8.2.4 棘輪與棘爪的材料……169

8.3 槽輪機構……169

8.3.1 槽輪機構的組成、工作原理及特點……169

8.3.2 槽輪機構的基本類型及應用……170

8.3.3 槽輪機構的設計……171

8.4 不完全齒輪機構……172

習題……172

第9章 軸……174

9.1 概述……174

9.1.1 軸的功用……174

9.1.2 軸的分類……174

9.1.3 設計軸時要解決的主要問題……176

9.2 軸的材料及選擇……176

9.3 軸的結構設計……177

9.3.1 軸的組成……177

9.3.2 軸上零件的定位與固定……177

9.3.3 軸的結構工藝性……179

9.3.4 軸的各段直徑和長度確定……181

9.4 軸的強度計算……182

9.4.1 按扭轉強度計算……182

9.4.2 按彎扭合成強度計算……183

9.5 軸的剛度計算……184

9.5.1 軸的彎曲剛度校核計算……184

9.5.2 軸的扭轉剛度校核計算……185

9.6 軸的設計方法及設計步驟……185

習題……190

第10章 軸承……192

10.1 概述……192

10.2 滾動軸承……192

10.2.1 滾動軸承的功用……192

10.2.2 滾動軸承的結構、類型和代號……192

10.2.3 滾動軸承的類型選擇……197

10.3 滾動軸承的計算……198

10.3.1 滾動軸承的受力情況分析……198

10.3.2 滾動軸承的失效形式和計算準則……199

10.4 滾動軸承的組合設計……202

10.4.1 滾動軸承的定位與調整……202

10.4.2 滾動軸承的配合與裝拆……203

10.4.3 滾動軸承的潤滑與密封……203

10.5 滑動軸承簡介……205

10.5.1 滑動軸承類型、結構……205

10.5.2 軸瓦……206

10.5.3 滑動軸承的潤滑……207

習題……207

第11章 連接……209

11.1 螺紋連接……209

11.1.1 螺紋的形成……209

11.1.2 螺紋的類型……209

11.1.3 螺紋連接的基本參數……210

11.1.4 螺紋連接的基本類型……211

11.1.5 螺紋連接的預緊和防松……213

11.2 鍵連接……216

11.2.1 類型、特點和應用……216

11.2.2 普通平鍵連接的尺寸選擇……217

11.2.3 普通平鍵的強度計算……218

11.2.4 花鍵連接……219

11.3 銷連接……220

11.4 聯軸器與離合器簡介……221

11.4.1 聯軸器……221

11.4.2 離合器……224

習題……227

參考文獻……228"