機械設計基礎

本書根據高等職業教育的特點，將工程力學、機械原理及機械零件的相關內容進行有機整合，從實用的角度出發介紹機械設計的基礎知識。全書分為9章，包括機械設計基礎、理論力學基礎、材料力學基礎、常用機構、撓性傳動、齒輪傳動和蝸桿傳動、機械連接與螺旋傳動、輪系、軸系零部件等。全書突出重點知識點，強化職業技能訓練，既方便高等職業院校教師教學，又方便學生學習。

本書可作為高職高專、高級技校、技師學院的機電、數控、模具、汽車等專業的基礎課教材，也可作為機械工程技術人員的參考用書。

第1章　機械設計基礎概論　1

1.1　課程性質和任務　1

1.2　初識機械設計　2

1.3　機械零件的失效形式及設計準則　4

1.4　機械零件的設計步驟　6

1.5　課程學習的方法和目的　6

小結　7

習題　7

第2章　理論力學基礎　8

2.1　靜力學基礎　9

2.1.1　力的基本概念　9

2.1.2　約束與約束力　10

2.1.3　受力分析與受力圖　14

2.1.4　物體系的受力分析　15

2.2　平面匯交力系　17

2.2.1　平面匯交力系的概念　17

2.2.2　平面匯交力系的簡化　18

2.2.3　平面匯交力系的平衡　19

2.3　力矩與力偶　20

2.3.1　力矩　20

2.3.2　力偶　21

2.4　平面任意力系　23

小結　29

習題　30

第3章　材料力學基礎　32

3.1　工程材料基本力學性能　33

3.1.1　材料力學的基本理論　33

3.1.2　內力和應力的概念　34

3.1.3　變形和應變　36

3.1.4　材料的力學性能　37

3.2　拉伸與壓縮　37

3.2.1　受力和變形特點　37

3.2.2　拉(壓)桿的強度計算　38

3.2.3　拉(壓)桿件的變形與胡克定律　39

3.3　剪切與擠壓　41

3.3.1　受力和變形特點　41

3.3.2　剪切實用計算　42

3.3.3　擠壓實用計算　42

3.4　圓軸的扭轉　43

3.4.1　受力和變形特點　44

3.4.2　外力偶矩、扭矩和扭矩圖　44

3.4.3　圓軸扭轉時的應力強度計算　46

3.4.4　知識拓展——材料失效與強度設計準則　48

3.5　梁的彎曲　51

3.5.1　受力特點與變形特點　51

3.5.2　梁的內力—剪力與彎矩　52

3.5.3　梁的純彎曲　53

3.6　組合變形和壓桿穩定　58

3.6.1　組合變形的基本原理　59

3.6.2　組合變形的計算　59

3.6.3　壓桿穩定性的概念　60

3.6.4　壓桿的穩定計算　61

小結　63

習題　63

第4章　常用機構　65

4.1　平面機構的結構分析　66

4.1.1　機構的組成　66

4.1.2　機構運動簡圖　69

4.1.3　機構具有確定運動的條件　70

4.2　平面連桿機構　73

4.2.1　鉸鏈四桿機構的基本形式　73

4.2.2　鉸鏈四桿機構存在曲柄的條件　76

4.2.3　平面四桿機構的基本特性　77

4.2.4　鉸鏈四桿機構的演化形式　80

4.2.5　平面四桿機構的設計　83

4.3　凸輪機構　84

4.3.1　凸輪機構的組成　84

4.3.2　凸輪機構的類型　85

4.3.3　從動件的常用運動規律　87

4.3.4　按已知運動規律繪製凸輪輪廓　89

4.3.5　凸輪機構設計中應注意的幾個問題　92

4.4　間歇運動機構　94

4.4.1　棘輪機構　95

4.4.2　槽輪機構　98

4.4.3　不完全齒輪機構　99

小結　100

習題　101

第5章　撓性傳動　102

5.1　帶傳動　103

5.1.徠1　帶傳動的分類及應用　103

5.1.2　帶傳動的工作情況分析　105

5.1.3　V帶的設計　107

5.1.4　V帶傳動的張緊、使用和維護　112

5.2　鏈傳動　114

5.2.1　鏈傳動的特點和分類　114

5.2.2　滾子鏈傳動的設計方法　116

5.2.3　滾子鏈鏈輪　118

5.2.4　鏈傳動的使用與維護　119

小結　121

習題　121

第6章　齒輪傳動和蝸桿傳動　123

6.1　齒輪傳動綜述　124

6.1.1　齒輪傳動的特點　124

6.1.2　齒輪傳動的類型　125

6.2　齒輪的齒廓曲線　126

6.2.1　齒輪嚙合的基本定律　126

6.2.2　齒廓曲線的選擇　127

6.3　漸開線齒廓的嚙合性質　127

6.3.1　漸開線的形成及其特性　127

6.3.2　漸開線方程式及漸開線函數　128

6.3.3　漸開線齒輪齒廓的嚙合特性　129

6.4　漸開線標準直齒圓柱齒輪的結構　129

6.4.1　漸開線直齒圓柱齒輪各部分名稱　130

6.4.2　漸開線直齒圓柱齒輪的基本參數　131

6.4.3　漸開線直齒圓柱齒輪的幾何尺寸計算　133

6.4.4　齒條和內嚙合齒輪的尺寸　134

6.5　漸開線齒輪正確嚙合和連續傳動的條件　135

6.5.1　漸開線齒輪的正確嚙合條件　135

6.5.2　齒輪傳動的中心距及嚙合角　136

6.5.3　漸開線齒輪連續傳動的條件　138

6.5.4　齒輪的安裝　138

6.6　標準直齒圓柱齒輪傳動的強度計算　140

6.6.1　受力分析　140

6.6.2　輪齒的計算載荷　141

6.6.3　齒面接觸疲勞強度計算　141

6.6.4　齒根彎曲疲勞強度計算　142

6.6.5　齒輪傳動的設計計算　143

6.6.6　齒輪主要參數的選擇　144

6.7　齒輪的切削加工　145

6.7.1　成形法　145

6.7.2　范成法　146

6.7.3　根切現象　147

6.8　其他常用齒輪傳動　148

6.8.1　齒輪齒條傳動　148

6.8.2　斜齒圓柱齒輪傳動　149

6.8.3　直齒圓錐齒輪傳動　152

6.9　齒輪傳動的設計　153

6.9.1　齒輪的失效形式　153

6.9.2　齒輪的材料　156

6.9.3　齒輪結構　157

6.9.4　齒輪的精度和標註　157

6.9.5　齒輪的潤滑　158

6.10　蝸桿傳動　159

6.10.1　初識蝸桿傳動　159

6.10.2　普通圓柱蝸桿傳動的主要參數　160

6.10.3　蝸桿傳動迴轉方向的判別　161

6.10.4　蝸桿傳動的正確嚙合條件　161

6.10.5　蝸桿、蝸輪的結構　162

6.10.6　蝸桿傳動的受力分析　163

6.10.7　蝸桿蝸輪的失效形式與計算準則　163

6.10.8　蝸桿傳動的潤滑與 熱平衡　164

小結　164

習題　165

第7章　輪系　166

7.1　輪系的分類　167

7.2　輪系的傳動比計算　168

7.2.1　定軸輪系的傳動比　169

7.2.2　周轉輪系的傳動比　173

7.2.3　複合輪系的傳動比　175

7.3　輪系的功用　177

7.3.1　實現分路傳動　177

7.3.2　實現變速與換向轉動　177

7.3.3　實現運動的合成與分解　178

7.3.4　實現大功率傳遞　179

7.4　輪系的設計　179

7.4.1　定軸輪系的設計　179

7.4.2　周轉輪系的設計　180

7.4.3　特殊行星傳動簡介　181

小結　183

練習　183

第8章　機械連接及螺旋傳動　185

8.1　鍵連接　186

8.1.1　平鍵連接　186

8.1.2　半圓鍵連接　188

8.1.3　楔鍵連接　188

8.1.4　切向鍵連接　189

8.1.5　花鍵連接　190

8.1.6　鍵連接應用小結　190

8.2　銷連接　191

8.2.1　銷連接的種類和用途　191

8.2.2　銷連接的應用　191

8.3　螺紋連接　192

8.3.1　螺紋的形成原理和種類　192

8.3.2　螺紋副的受力分析、效率和自鎖　194

8.3.3　標準螺紋連接的種類和用途　196

8.3.4　螺紋連接的預緊和防松　198

8.3.5　螺紋連接的強度計算　201

8.4　螺旋傳動　207

8.4.1　螺旋傳動的類型及應用　207

8.4.2　滑動螺旋傳動的結構和材料　209

8.4.3　滾動螺旋簡介　210

小結　211

習題　212

第9章　軸系零部件　213

9.1　軸　214

9.1.1　軸的類型及設計要求　215

9.1.2　軸的材料　216

9.1.3　軸的加工工藝性要求　217

9.1.4　軸的結構設計　217

9.1.5　軸的強度校核計算　219

9.1.6　軸的設計計算　221

9.2　軸承　223

9.2.1　滾動軸承　224

9.2.2　滑動軸承　237

9.3　聯軸器、離合器和制動器　241

9.3.1　聯軸器　241

9.3.2　離合器　244

9.3.3　制動器　245

小結　247

習題　247

參考文獻　249