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1 绪论1

1.1 本课程的研究对象1

1.1.1 本课程的研究对象1

1.1.2 基本概念2

1.2 本课程的主要内容和任务3

1.2.1 本课程的主要内容3

1.2.2 本课程的主要任务3

1.3 机械设计的基本要求与一般过程3

1.3.1 对机器设计的基本要求3

1.3.2 机械设计的一般过程4

1.4 机械设计方法4

1.4.1 机械传统设计方法5

1.4.2 机械现代设计方法简介5

小结6

思考与习题6

2 平面机构的结构分析及速度分析7

2.1 平面机构的组成7

2.1.1 构件的自由度与约束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 平面机构运动简图的概念8

2.2.2 平面机构运动简图的绘制10

2.3 平面机构自由度12

2.3.1 平面机构自由度的计算公式12

2.3.2 机构具有确定相对运动的条件12

2.3.3 计算平面机构自由度时的注意事项13

2.4 速度瞬心法及应用16

2.4.1 速度瞬心的概念及机构中速度瞬心的数目16

2.4.2 机构中瞬心位置的确定17

2.4.3 速度瞬心法的应用举例18

小结18

思考与习题18

3 平面连杆机构21

3.1 平面四杆机构的类型21

3.1.1 铰链四杆机构21

3.1.2 四杆机构的演化23

3.2 平面四杆机构的工作特性26

3.2.1 曲柄存在的条件26

3.2.2 急回特性与行程速比系数27

3.2.3 压力角和传动角28

3.2.4 死点位置29

3.3 平面四杆机构的设计30

3.3.1 用图解法设计四杆机构31

3.3.2 用实验法设计四杆机构33

3.3.3 用解析法设计平面四杆机构34

小结36

思考与习题36

4 凸轮机构38

4.1 凸轮机构的特点和类型38

4.1.1 凸轮机构的特点及应用38

4.1.2 凸轮机构的类型38

4.2 从动件的常用的运动规律40

4.2.1 凸轮机构的基本名词和术语40

4.2.2 从动件常用的运动规律41

4.2.3 从动件运动规律的选择44

4.3 用图解法设计凸轮轮廓45

4.3.1 对心移动从动件盘形凸轮轮廓的绘制45

4.3.2 偏置尖顶移动从动件盘形凸轮轮廓的绘制47

4.3.3 尖顶摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制48

4.4 用解析法设计凸轮轮廓49

4.4.1 凸轮的理论轮廓曲线方程49

4.4.2 凸轮的实际轮廓曲线方程50

4.4.3 刀具中心运动轨迹方程51

4.5 凸轮机构设计时应注意的问题51

4.5.1 滚子半径的选择51

4.5.2 平底长度L的确定52

4.5.3 压力角与传力性能52

4.5.4 基圆半径rb的确定53

4.5.5 凸轮机构的结构53

小结54

思考与习题54

5 齿轮机构56

5.1 齿轮机构的特点和类型56

5.1.1 齿轮机构的特点及应用56

5.1.2 齿轮机构的类型56

5.2 渐开线齿轮的齿廓与啮合特性57

5.2.1 齿廓啮合基本定律57

5.2.2 渐开线的形成与特性58

5.2.3 渐开线齿廓的啮合特性59

5.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸60

5.3.1 外齿轮的主要参数和几何尺寸60

5.3.2 内齿轮的主要参数和几何尺寸62

5.3.3 标准齿条的简介63

5.3.4 径节制简介63

5.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动63

5.4.1 正确啮合条件63

5.4.2 连续传动条件64

5.4.3 标准中心距65

5.5 渐开线齿轮的加工66

5.5.1 加工方法66

5.5.2 根切与最少齿数68

5.5.3 齿轮测量69

5.6 变位齿轮的简介70

5.6.1 变位齿轮的提出70

5.6.2 变位原理和变位齿轮的类型70

5.6.3 变位齿轮的特点71

5.6.4 变位齿轮传动的类型72

5.7 斜齿圆柱齿轮机构73

5.7.1 齿廓形成及啮合特点73

5.7.2 基本参数及几何尺寸的计算74

5.7.3 标准斜齿轮的啮合传动76

5.7.4 当量齿轮和当量齿数77

5.7.5 斜齿轮机构的主要优缺点77

5.8 标准直齿圆锥齿轮机构78

5.8.1 圆锥齿轮及传动特点78

5.8.2 标准直齿圆锥齿轮的基本参数和几何尺寸的计算78

5.8.3 当量齿轮80

5.9 蜗杆蜗轮机构81

5.9.1 蜗杆蜗轮机构的特点81

5.9.2 蜗杆蜗轮机构的类型82

5.9.3 蜗杆蜗轮机构的正确啮合条件83

5.9.4 蜗杆蜗轮机构的主要参数和几何尺寸84

小结88

思考与习题88

6 轮系90

6.1 轮系的类型90

6.1.1 平行轴轮系和非平行轴轮系90

6.1.2 定轴轮系和周转轮系90

6.2 定轴轮系传动比的计算91

6.2.1 定轴轮系传动比的计算公式91

6.2.2 计算时的注意事项92

6.3 周转轮系传动比计算94

6.3.1 周转轮系的组成94

6.3.2 周转轮系传动比计算公式94

6.3.3 计算时的注意事项95

6.4 复合轮系传动比计算96

6.5 轮系的应用98

6.6 几种特殊的行星传动简介100

6.6.1 渐开线少齿差行星传动100

6.6.2 摆线针轮行星传动100

6.6.3 谐波齿轮传动101

小结101

思考与习题102

7 其他常用机构104

7.1 棘轮机构104

7.1.1 棘轮机构的工作原理及特点104

7.1.2 齿式棘轮机构类型及其应用104

7.1.3 摩擦式棘轮机构106

7.1.4 棘轮机构的主要参数和几何尺寸107

7.2 槽轮机构108

7.2.1 槽轮机构的工作原理和基本型式108

7.2.2 槽轮机构的特点和应用109

7.2.3 槽轮机构的设计要点110

7.2.4 槽轮机构的尺寸计算110

7.3 不完全齿轮机构和凸轮式间歇运动机构简介111

7.3.1 不完全齿轮机构111

7.3.2 凸轮式间歇运动机构111

7.4 螺旋机构112

7.4.1 螺旋机构的工作原理及类型112

7.4.2 螺旋机构的特点及功能113

小结113

思考与习题114

8 回转件的平衡与机械速度波动调节115

8.1 回转件的平衡115

8.1.1 平衡的目的与分类115

8.1.2 刚性回转件的平衡116

8.2 机械速度波动调节120

8.2.1 周期性速度波动的调节121

8.2.2 非周期性速度波动的调节122

小结123

思考与习题123

9 机械零件设计概论125

9.1 机械零件设计基础知识125

9.1.1 机械零件的失效125

9.1.2 机械零件的载荷和应力125

9.1.3 机械零件的设计准则127

9.1.4 机械零件设计的一般步骤128

9.2 机械零件的常用材料及热处理简介129

9.2.1 金属材料129

9.2.2 非金属材料130

9.2.3 机械零件材料的选用原则131

9.2.4 热处理工艺简介131

9.3 机械零件的工艺性及标准化132

9.3.1 机械零件的工艺性132

9.3.2 机械零件的标准化133

小结133

思考与习题134

10 带传动设计135

10.1 带传动的工作原理、类型和特点135

10.1.1 带传动的工作原理135

10.1.2 摩擦式带传动的类型135

10.1.3 带传动的工作特点和适用范围136

10.2 V带和V带轮136

10.2.1 V带的结构和标准136

10.2.2 V带轮的材料和结构设计137

10.3 带传动的受力分析和弹性滑动139

10.3.1 带传动的受力分析139

10.3.2 带传动的最大有效拉力及其影响因素140

10.3.3 带传动的弹性滑动和打滑141

10.4 带传动的应力分析和设计准则142

10.4.1 带传动的应力分析142

10.4.2 带传动的主要失效形式143

10.4.3 V带传动的设计准则和基本额定功率143

10.5 带传动的设计计算146

10.5.1 已知条件和设计内容146

10.5.2 设计步骤和设计参数的选择146

10.6 带传动的张紧、安装和维护151

10.6.1 带传动的张紧151

10.6.2 V带的安装和维护152

小结152

思考与习题152

11 链传动设计154

11.1 链传动的类型和应用154

11.1.1 链传动的类型154

11.1.2 链传动的工作特点和适用范围154

11.2 链条和链轮155

11.2.1 链条155

11.2.2 链轮157

11.3 链传动的运动特性158

11.3.1 链传动的运动不均匀性158

11.3.2 链传动的动载荷160

11.4 滚子链传动的设计160

11.4.1 链传动的失效形式160

11.4.2 额定功率P0161

11.4.3 中、高速（v≥0.6 m/s）链传动的设计162

11.4.4 低速链传动（v＜0.6 m/s）的设计164

11.5 链传动的布置、润滑和张紧166

11.5.1 链传动的布置166

11.5.2 链传动的润滑167

11.5.3 链传动的张紧167

小结168

思考与习题168

12 齿轮传动设计169

12.1 齿轮的失效形式与材料选择169

12.1.1 齿轮传动的形式169

12.1.2 齿轮的主要失效形式169

12.1.3 齿轮的材料和热处理171

12.2 齿轮的精度173

12.2.1 精度等级173

12.2.2 精度等级选择173

12.2.3 侧隙、齿厚偏差174

12.3 标准直齿圆柱齿轮传动的载荷计算174

12.3.1 轮齿的受力分析174

12.3.2 计算载荷175

12.4 标准直齿圆柱齿轮传动的设计175

12.4.1 齿面接触疲劳强度175

12.4.2 齿根弯曲疲劳强度178

12.4.3 齿轮材料的许用应力179

12.4.4 齿轮的主要设计参数180

12.4.5 标准直齿轮传动的设计步骤与示例181

12.5 标准斜齿圆柱齿轮传动设计183

12.5.1 轮齿的受力分析184

12.5.2 齿面接触疲劳强度185

12.5.3 齿根弯曲疲劳强度185

12.5.4 标准斜齿轮传动的设计示例187

12.6 标准直齿圆锥齿轮传动设计190

12.6.1 轮齿的受力分析190

12.6.2 标准直齿圆锥齿轮传动的强度设计191

12.6.3 标准直齿圆锥齿轮传动的设计示例192

12.7 齿轮的结构设计194

12.7.1 齿轮轴195

12.7.2 实心式齿轮195

12.7.3 腹板式齿轮195

12.7.4 轮辐式齿轮195

12.7.5 组合式齿轮196

12.8 齿轮传动的润滑196

12.8.1 润滑剂的选择197

12.8.2 润滑方式的选择198

12.9 蜗杆传动设计199

12.9.1 蜗杆传动的失效形式和设计准则199

12.9.2 蜗杆、蜗轮的材料和结构199

12.9.3 蜗杆传动的受力分析与强度计算201

12.9.4 蜗杆传动设计示例203

12.9.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算204

小结206

思考与习题207

13 联接209

13.1 机械制造中常用的螺纹209

13.1.1 螺纹的形成209

13.1.2 螺纹的主要参数209

13.1.3 螺纹的类型、特点及应用210

13.2 普通螺纹联接212

13.2.1 普通螺纹联接的基本类型及应用212

13.2.2 常用螺纹联接件213

13.3 螺旋副的受力分析、自锁条件及效率215

13.3.1 螺旋副的受力分析215

13.3.2 自锁条件216

13.3.3 螺旋副的效率216

13.4 螺纹联接的预紧、防松及结构设计217

13.4.1 螺纹联接的预紧217

13.4.2 螺纹联接的防松217

13.4.3 螺栓组联接的结构设计要点219

13.5 螺栓联接的强度计算220

13.5.1 松螺栓联接的强度计算220

13.5.2 紧螺栓联接的强度计算221

13.5.3 螺纹联接件的常用材料及其许用应力223

13.6 键联接225

13.6.1 键联接的类型、标准及应用225

13.6.2 平键联接的尺寸选择和强度计算228

13.7 花键和销联接230

13.7.1 花键联接230

13.7.2 销联接231

小结232

思考与习题232

14 滚动轴承234

14.1 滚动轴承的基本知识234

14.1.1 滚动轴承的基本构造234

14.1.2 滚动轴承的材料235

14.1.3 滚动轴承的结构特性235

14.1.4 滚动轴承的类型、性能及特点235

14.1.5 滚动轴承的代号238

14.2 滚动轴承类型的选用240

14.2.1 滚动轴承承受的载荷情况240

14.2.2 滚动轴承的转速241

14.2.3 自动调心性能241

14.2.4 经济性241

14.2.5 其他方面241

14.3 滚动轴承的受力分析、失效形式和计算准则243

14.3.1 滚动轴承的受力分析243

14.3.2 滚动轴承的失效形式244

14.3.3 滚动轴承的计算准则244

14.4 滚动轴承的寿命及载荷的计算244

14.4.1 基本额定寿命和基本额定动载荷244

14.4.2 滚动轴承的当量动载荷及计算245

14.4.3 滚动轴承的寿命计算公式247

14.4.4 向心角接触轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷FA的计算248

14.4.5 滚动轴承静载荷的计算251

14.5 滚动轴承的组合设计252

14.5.1 滚动轴承的轴向固定与定位252

14.5.2 轴与轴承组合的支承结构253

14.5.3 滚动轴承的配合选用254

14.5.4 滚动轴承的安装和拆卸255

14.5.5 轴承组合的调整255

14.5.6 支承部位的刚度和同轴度256

14.6 滚动轴承的润滑和密封257

14.6.1 滚动轴承的润滑258

14.6.2 滚动轴承的密封259

小结260

思考与习题261

15 滑动轴承262

15.1 滑动轴承的结构类型262

15.1.1 径向滑动轴承的结构类型262

15.1.2 止推滑动轴承的结构类型264

15.2 轴瓦和轴承材料265

15.2.1 轴瓦的结构265

15.2.2 滑动轴承材料268

15.3 不完全油膜滑动轴承的设计计算271

15.3.1 不完全油膜滑动轴承的失效形式和计算准则271

15.3.2 径向滑动轴承的设计计算271

15.3.3 止推滑动轴承的设计计算272

15.4 滑动轴承的润滑273

15.4.1 滑动轴承的润滑剂及其选用273

15.4.2 滑动轴承的润滑方法及装置274

15.4.3 润滑方法的选择276

15.5 流体膜滑动轴承简介276

15.5.1 液体动压径向滑动轴承276

15.5.2 液体静压滑动轴承简介279

15.5.3 气体轴承简介280

小结281

思考与习题281

16 轴的设计282

16.1 轴的用途、类型和设计要求282

16.1.1 轴的用途282

16.1.2 轴的类型282

16.1.3 有关的基本名词和术语284

16.1.4 轴的设计要求及设计步骤284

16.2 轴的材料284

16.3 最小轴径的估算285

16.4 轴的结构设计286

16.4.1 轴上主要零件的布置286

16.4.2 各轴段直径和长度的确定286

16.4.3 轴上零件的轴向固定和定位287

16.4.4 轴上零件的周向固定289

16.4.5 轴的结构工艺性289

16.5 轴的强度计算290

16.6 轴的刚度计算及临界转速的概念295

16.6.1 轴的刚度计算简介295

16.6.2 轴的临界转速简介296

小结296

思考与习题297

17 其他常用零部件298

17.1 联轴器298

17.1.1 固定式刚性联轴器298

17.1.2 可移式刚性联轴器298

17.1.3 弹性联轴器299

17.1.4 联轴器的选择301

17.2 离合器302

17.2.1 牙嵌式离合器302

17.2.2 圆盘摩擦式离合器303

17.3 弹簧305

17.3.1 弹簧的功能305

17.3.2 弹簧的种类305

17.3.3 弹簧的材料和制造306

17.3.4 弹簧的特性曲线307

17.3.5 橡胶弹簧简介307

17.3.6 空气弹簧307

小结308

思考与习题308

参考文献309