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绪论1

0.1 引言1

0.2 本课程的研究对象、内容与任务1

0.2.1 研究对象1

0.2.2 课程的内容3

0.2.3 课程的任务3

0.3 机械设计的基本要求和一般程序3

0.3.1 机械设计的基本要求3

0.3.2 机械设计的一般程序4

0.4 机械设计中的常用设计方法4

第一篇 构件的静力分析与承载能力分析8

第1章 构件的静力分析8

1.1 静力学基础8

1.1.1 静力学基本概念8

1.1.2 静力学基本公理10

1.1.3 约束与约束反力11

1.1.4 受力分析与受力图14

1.2 平面力系15

1.2.1 平面汇交力系16

1.2.2 平面力偶系19

1.2.3 平面任意力系20

1.3 空间力系27

1.3.1 力在空间坐标轴上的投影27

1.3.2 力对轴的矩28

1.3.3 空间力系的平衡条件及应用30

思考题与习题31

第2章 轴向拉伸与压缩36

2.1 轴向拉伸与压缩的概念36

2.2 轴向拉伸与压缩时横截面的内力36

2.2.1 内力的概念与轴力的计算36

2.2.2 轴力正负号的规定37

2.2.3 轴力图37

2.3 轴向拉伸与压缩时的应力38

2.3.1 应力的概念38

2.3.2 轴向拉伸与压缩时横截面的应力38

2.3.3 斜截面的应力39

2.4 拉（压）杆的变形41

2.4.1 纵向变形与胡克定律41

2.4.2 横向变形与泊松比41

2.5 材料在拉伸、压缩时的力学性能43

2.5.1 试件、设备及方法44

2.5.2 低碳钢拉伸时的力学性能44

2.5.3 其他塑性材料拉伸时的力学性能46

2.5.4 铸铁拉伸时的力学性能46

2.5.5 低碳钢压缩时的力学性能47

2.5.6 铸铁压缩时的力学性能47

2.6 拉（压）杆件的强度计算47

2.6.1 失效与许用应力47

2.6.2 强度条件48

2.7 应力集中的概念50

2.8 拉（压）杆连接件的强度计算51

2.8.1 剪切的实用计算51

2.8.2 挤压的实用计算52

思考题与习题53

第3章 扭转55

3.1 扭转的概念55

3.2 圆轴扭转时的内力55

3.2.1 外力偶矩的计算55

3.2.2 扭转时的内力—扭矩55

3.2.3 扭矩图56

3.3 圆轴扭转时的应力和强度计算57

3.3.1 圆轴扭转时的应力57

3.3.2 圆轴扭转时的强度条件59

3.4 圆轴扭转时的变形和刚度计算60

3.4.1 圆轴扭转时的变形60

3.4.2 圆轴扭转时的刚度计算61

思考题与习题61

第4章 弯曲63

4.1 概述63

4.1.1 平面弯曲的概念63

4.1.2 梁的类型63

4.2 梁的内力——剪力和弯矩64

4.3 剪力方程和弯矩方程、剪力图和弯矩图65

4.4 梁横截面上的正应力和强度条件68

4.4.1 纯弯曲时梁横截面上的正应力69

4.4.2 横力弯曲时梁横截面上的正应力72

4.4.3 弯曲正应力强度条件72

4.5 梁的变形和刚度条件74

4.5.1 挠度和转角74

4.5.2 用叠加法求梁的位移75

4.5.3 梁的刚度条件77

4.6 梁的弯曲切应力及弯曲切应力强度条件78

4.6.1 矩形截面梁78

4.6.2 工字形截面梁79

4.6.3 圆形及圆环形截面梁79

4.6.4 弯曲切应力强度条件79

4.7 提高梁的弯曲强度和弯曲刚度的措施80

思考题与习题82

第5章 应力状态分析和强度理论84

5.1 应力状态的概念84

5.2 平面应力状态分析85

5.2.1 解析法85

5.2.2 图解法86

5.3 广义胡克定律88

5.4 强度理论89

思考题与习题93

第6章 压杆稳定95

6.1 压杆稳定的概念95

6.2 细长压杆的临界载荷96

6.2.1 两端铰支细长压杆的临界载荷96

6.2.2 其他约束情况下细长压杆的临界载荷97

6.3 压杆的临界应力97

6.3.1 细长压杆的临界应力97

6.3.2 欧拉公式的适用范围98

6.3.3 临界应力的经验公式98

6.4 压杆的稳定性设计99

6.4.1 压杆的稳定条件99

6.4.2 提高压杆稳定性的措施100

思考题与习题101

第二篇 常用平面机构104

第7章 平面机构的运动简图及自由度104

7.1 运动副及其类型104

7.1.1 运动副的概念104

7.1.2 平面运动副的类型104

7.2 平面机构运动简图及其绘制105

7.2.1 机构运动简图及其作用105

7.2.2 机构运动简图的绘制105

7.3 平面机构的自由度107

7.3.1 平面机构自由度及计算107

7.3.2 计算平面机构自由度的注意事项108

7.3.3 构件组合成为机构的条件111

思考题与习题112

第8章 平面连杆机构114

8.1 平面连杆机构的特点及应用114

8.1.1 平面连杆机构的特点114

8.1.2 平面连杆机构的应用114

8.2 铰链四杆机构的基本形式及其判定115

8.2.1 铰链四杆机构的基本形式115

8.2.2 铰链四杆机构基本形式的判定117

8.3 铰链四杆机构的演化118

8.3.1 转动副演化成移动副118

8.3.2 扩大转动副119

8.3.3 取不同构件为机架119

8.4 平面四杆机构的运动特性122

8.4.1 急回特性122

8.4.2 压力角和传动角122

8.4.3 死点123

8.5 平面四杆机构的运动设计124

8.5.1 图解法124

8.5.2 实验法125

思考题与习题126

第9章 凸轮机构及其设计128

9.1 凸轮机构的组成、特点及分类128

9.1.1 凸轮机构的基本组成和特点128

9.1.2 凸轮机构的类型129

9.2 从动件的运动规律130

9.2.1 平面凸轮机构的运动循环和基本概念130

9.2.2 从动件的常用运动规律131

9.3 凸轮轮廓设计133

9.3.1 对心直移尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计134

9.3.2 偏置直移尖顶从动件盘形凸轮轮廓的设计134

9.3.3 对心直移滚子从动件盘形凸轮轮廓的设计135

9.3.4 凸轮设计中的几个问题135

思考题与习题137

第10章 间歇运动机构139

10.1 棘轮机构139

10.1.1 棘轮机构的工作原理139

10.1.2 棘轮机构的类型139

10.1.3 棘轮机构的特点和应用140

10.2 槽轮机构141

10.2.1 槽轮机构的组成和工作原理141

10.2.2 槽轮机构的类型142

10.2.3 槽轮机构的特点与应用142

思考题与习题143

第三篇 常用机械传动146

第11章 带传动和链传动146

11.1 带传动概述146

11.1.1 摩擦型带传动的类型146

11.1.2 摩擦型带传动的特点和应用147

11.2 V带和V带轮147

11.2.1 V带的结构和标准147

11.2.2 V带轮的材料和结构148

11.3 带传动工作情况的分析149

11.3.1 带传动的受力分析149

11.3.2 带传动的打滑与弹性滑动150

11.3.3 带传动的应力分析151

11.4 普通V带传动的设计计算152

11.4.1 带传动的失效形式及设计准则152

11.4.2 单根V带的许用功率152

11.4.3 普通V带传动的设计计算及参数选择152

11.5 带传动的张紧、安装与维护159

11.5.1 带传动的张紧159

11.5.2 带传动的安装与维护160

11.6 链传动简介161

11.6.1 链传动的组成、特点和应用161

11.6.2 滚子链与链轮161

11.6.3 链传动的运动特性163

11.6.4 链传动的布置、张紧和润滑164

思考题与习题166

第12章 齿轮传动167

12.1 齿轮传动的特点和类型167

12.2 渐开线直齿圆柱齿轮168

12.2.1 渐开线的形成和性质168

12.2.2 渐开线齿廓的啮合特点169

12.2.3 渐开线直齿圆柱齿轮的名称、参数及几何尺寸计算170

12.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动172

12.3.1 正确啮合条件172

12.3.2 连续传动条件173

12.3.3 标准中心距174

12.4 渐开线齿轮轮齿的加工方法和根切174

12.4.1 轮齿的加工方法174

12.4.2 根切175

12.5 齿轮的失效形式与设计准则176

12.5.1 齿轮的失效形式176

12.5.2 齿轮的设计准则177

12.6 齿轮的常用材料及许用应力178

12.6.1 齿轮的常用材料178

12.6.2 齿轮的许用应力179

12.7 渐开线标准直齿圆柱齿轮传动的设计182

12.7.1 轮齿的受力分析182

12.7.2 轮齿的计算载荷182

12.7.3 齿面接触疲劳强度的计算183

12.7.4 齿根弯曲疲劳强度的计算184

12.7.5 齿轮传动主要参数的选择185

12.7.6 齿轮精度的选择186

12.7.7 齿轮的结构187

12.7.8 齿轮传动的润滑188

12.8 平行轴标准斜齿圆柱齿轮传动191

12.8.1 齿廓曲面的形成及其啮合191

12.8.2 主要参数及几何尺寸192

12.8.3 斜齿圆柱齿轮的当量齿数193

12.9 直齿圆锥齿轮传动193

12.9.1 直齿圆锥齿轮传动的传动比193

12.9.2 主要参数及几何尺寸计算194

12.10 蜗杆传动195

12.10.1 蜗杆传动的组成和特点195

12.10.2 蜗轮旋转方向的确定195

12.10.3 蜗杆传动的主要参数195

思考题与习题196

第13章 轮系198

13.1 轮系的类型198

13.2 轮系的传动比199

13.2.1 一对齿轮啮合的传动比的表示199

13.2.2 定轴轮系传动比的计算199

13.2.3 行星轮系传动比的计算201

13.2.4 组合轮系传动比的计算202

13.3 轮系的应用204

思考题与习题205

第四篇 常用机械零部件208

第14章 螺纹连接与螺旋传动208

14.1 螺纹的主要参数和常用类型208

14.1.1 螺纹的形成和分类208

14.1.2 螺纹的主要参数209

14.1.3 几种常用螺纹的特点及应用209

14.2 螺纹连接的基本类型和螺纹连接件210

14.2.1 螺纹连接的基本类型210

14.2.2 标准螺纹连接件212

14.3 螺纹连接的预紧与防松213

14.3.1 螺纹连接的预紧213

14.3.2 螺纹连接的防松214

14.4 螺栓连接的强度计算216

14.4.1 松螺栓连接216

14.4.2 紧螺栓连接216

14.4.3 铰制孔用螺栓连接217

14.5 螺纹连接结构设计注意事项218

14.6 螺旋传动简介220

思考题与习题223

第15章 轴和轴毂连接224

15.1 轴的类型及材料224

15.1.1 轴的类型224

15.1.2 轴的常用材料及其选择225

15.2 动载荷与交变应力226

15.2.1 动载荷与交变应力的概念226

15.2.2 疲劳失效与疲劳极限227

15.3 轴的结构组成及设计228

15.3.1 轴的结构组成228

15.3.2 轴的结构设计228

15.4 轴的设计计算232

15.4.1 按扭转强度估算轴的最小直径232

15.4.2 按弯扭组合强度校核232

15.4.3 刚度校核233

15.5 轴毂连接237

15.5.1 键连接237

15.5.2 花键连接240

15.5.3 销连接241

思考题与习题241

第16章 轴承243

16.1 滑动轴承概述243

16.1.1 滑动轴承的类型243

16.1.2 滑动轴承的结构243

16.1.3 轴瓦245

16.1.4 滑动轴承的润滑246

16.2 液体摩擦滑动轴承简介247

16.2.1 液体动压滑动轴承247

16.2.2 液体静压滑动轴承248

16.3 滚动轴承概述249

16.3.1 滚动轴承的结构249

16.3.2 滚动轴承的类型及选择249

16.3.3 滚动轴承的代号252

16.4 滚动轴承的寿命计算254

16.4.1 滚动轴承的失效形式与计算准则254

16.4.2 基本额定寿命与基本额定动载荷254

16.4.3 当量动载荷254

16.4.4 寿命计算公式256

16.4.5 角接触轴承轴向载荷计算258

16.4.6 滚动轴承静强度计算259

16.5 滚动轴承的组合设计260

16.5.1 轴系的轴向定位260

16.5.2 轴向位置及轴承游隙的调整261

16.5.3 轴承的配合与装拆261

16.5.4 滚动轴承的润滑263

16.5.5 滚动轴承的密封264

思考题与习题265

第17章 联轴器和离合器266

17.1 联轴器266

17.1.1 刚性联轴器266

17.1.2 挠性联轴器268

17.1.3 联轴器的选择269

17.2 离合器269

17.2.1 操纵离合器270

17.2.2 自动离合器271

思考题与习题272

第18章 回转体的平衡273

18.1 回转体的静平衡273

18.1.1 静平衡计算273

18.1.2 静平衡试验274

18.2 回转体的动平衡274

18.2.1 动平衡计算274

18.2.2 动平衡试验275

思考题与习题275

附录 带式运输机传动装置的设计276

参考文献281