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第1章 机械设计基础概论1

1.1 概述1

1.1.1 机器和机械1

1.1.2 课程简介4

1.2 机械设计的内容和基本要求5

1.2.1 机械设计产生的历史背景及其含义5

1.2.2 现代机械设计的特点6

1.2.3 机械设计的基本要求7

1.2.4 机械设计类型8

1.2.5 机械设计的一般方法9

1.2.6 机械设计的一般程序10

1.3 机械零件的失效形式和设计准则11

1.3.1 机械零件的失效形式11

1.3.2 机械零件的设计准则11

1.4 机械零件的材料选用12

1.4.1 机械零件的工作、使用条件13

1.4.2 材料选择的基本原则13

1.5 机械零件的结构工艺性和标准化14

1.5.1 机械零件的工艺性14

1.5.2 机械设计中的标准化17

习题18

第2章 结构的静力分析20

2.1 静力分析基础20

2.1.1 力的概念20

2.1.2 静力学的基本公理21

2.1.3 约束与约束反力23

2.1.4 物体的受力分析与受力图27

2.2 平面力系的简化与平衡28

2.2.1 力系的分类和力系等效的概念28

2.2.2 平面汇交力系的简化与平衡28

2.3 力矩与平面力偶系32

2.3.1 力矩的概念与计算32

2.3.2 力偶及其性质33

2.3.3 平面力偶系的合成和平衡35

2.4 平面任意力系简化与平衡36

2.4.1 力的平移定理36

2.4.2 平面任意力系向平面内任意一点简化37

2.4.3 平面任意力系简化结果分析38

2.4.4 平面任意力系的平衡方程及应用38

2.4.5 静定与静不定问题41

2.4.6 物系的平衡41

2.5 空间力系简介42

2.5.1 力沿空间直角坐标轴的分解与投影43

2.5.2 力对轴之矩44

2.5.3 空间任意力系的平衡方程及应用44

2.6 滑动摩擦简介45

2.6.1 摩擦力45

2.6.2 摩擦角和自锁现象47

2.6.3 考虑摩擦时物体的平衡问题48

习题49

第3章 构件的变形及强度计算52

3.1 概述52

3.1.1 基本要求52

3.1.2 变形固体的基本假设52

3.1.3 内力、截面法和应力53

3.1.4 杆件变形的基本形式53

3.2 构件的拉伸和压缩54

3.2.1 轴向拉伸和压缩的概念54

3.2.2 轴向拉伸和压缩时横截面的内力、应力计算55

3.2.3 轴向拉伸和压缩时的变形58

3.2.4 材料拉伸与压缩的力学性能及强度计算60

3.3 剪切与挤压64

3.3.1 剪切的概念及剪切胡克定律64

3.3.2 挤压的概念及实用计算66

3.4 圆轴的扭转68

3.4.1 扭转的概念68

3.4.2 圆轴扭转时横截面上的内力——扭矩69

3.4.3 圆轴扭转时横截面上的应力71

3.4.4 圆轴扭转时的强度和刚度计算72

3.5 直梁的弯曲74

3.5.1 直梁平面弯曲的概念74

3.5.2 梁的计算简图74

3.5.3 梁横截面上的内力——剪力和弯矩75

3.5.4 平面弯曲时梁横截面上的正应力77

3.5.5 梁弯曲时的强度、刚度计算79

3.6 构件组合变形的强度计算81

3.7 交变应力作用下零件的疲劳强度82

3.7.1 交变应力及其特征82

3.7.2 疲劳破坏与材料的持久极限83

3.7.3 交变应力作用下零件的强度计算84

习题84

第4章 机构的自由度及运动分析88

4.1 机构的组成88

4.1.1 构件88

4.1.2 运动副88

4.1.3 运动链与机构90

4.2 平面机构运动简图90

4.2.1 运动副及构件的表达91

4.2.2 绘制平面机构运动简图92

4.3 平面机构的自由度93

4.3.1 平面机构的自由度93

4.3.2 机构具有确定运动的条件94

4.3.3 计算机构自由度的注意事项95

4.4 平面机构的运动分析97

4.4.1 点的运动97

4.4.2 刚体的运动99

4.4.3 速度瞬心103

习题105

第5章 机械的润滑和密封107

5.1 润滑的作用和常用润滑剂107

5.1.1 润滑的作用107

5.1.2 润滑剂108

5.2 润滑方式的选取和润滑装置113

5.3 常用传动装置的润滑115

5.3.1 滑动轴承的润滑115

5.3.2 滚动轴承的润滑116

5.3.3 齿轮传动的润滑116

5.4 密封方式及密封装置117

5.4.1 概述117

5.4.2 静密封118

5.4.3 动密封119

习题121

第6章 机械联接122

6.1 键联接122

6.1.1 键联接的类型122

6.1.2 键的选择124

6.1.3 花键联接125

6.2 销联接127

6.3 螺纹联接127

6.4 轴间联接132

6.4.1 联轴器133

6.4.2 离合器136

6.5 不可拆卸联接138

6.5.1 焊接138

6.5.2 胶接139

6.5.3 铆接141

习题141

第7章 轴和轴承144

7.1 轴的概述144

7.1.1 轴的分类144

7.1.2 轴的材料及其选择145

7.2 轴的结构设计146

7.2.1 拟定轴上零件的装配方案146

7.2.2 轴上零件的定位147

7.2.3 各轴段直径和长度的确定149

7.2.4 提高轴的强度的常用措施150

7.2.5 轴的结构工艺性151

7.3 轴的强度计算152

7.3.1 按扭转强度条件计算152

7.3.2 按弯扭合成强度条件计算152

7.3.3 轴的设计步骤153

7.4 滚动轴承157

7.4.1 滚动轴承的构造、类型和特点157

7.4.2 滚动轴承的代号及类型选择160

7.5 滚动轴承的组合结构设计163

7.5.1 轴承的配置163

7.5.2 轴向位置的调整164

7.5.3 提高轴承系统的刚度和同轴度164

7.5.4 配合和装拆166

7.6 滑动轴承166

7.6.1 径向滑动轴承167

7.6.2 止推滑动轴承167

习题168

第8章 挠性传动170

8.1 带传动170

8.1.1 带传动的组成及应用170

8.1.2 V带轮的设计173

8.1.3 带传动的工作情况分析177

8.1.4 普通V带传动设计计算180

8.1.5 V带传动的张紧和维护186

8.2 链传动187

8.2.1 链传动的组成及应用187

8.2.2 滚子链和链轮189

8.2.3 链传动的布置、张紧和维护192

习题194

第9章 齿轮传动196

9.1 齿轮传动的特点和类型196

9.1.1 齿轮传动的特点196

9.1.2 齿轮传动的类型196

9.1.3 齿廓啮合基本定律197

9.2 渐开线齿廓198

9.2.1 渐开线的形成及其特性198

9.2.2 渐开线齿廓的啮合特性199

9.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸200

9.3.1 渐开线齿轮各部分的名称、定义200

9.3.2 渐开线齿轮的基本参数201

9.4 渐开线直齿圆柱齿轮传动的性质203

9.4.1 一对渐开线齿轮的正确啮合条件203

9.4.2 齿轮传动连续性的条件203

9.4.3 齿轮传动的无侧隙啮合条件及标准中心距204

9.5 渐开线齿轮的加工方法及根切现象206

9.5.1 齿轮轮齿的加工方法206

9.5.2 渐开线齿廓的根切现象与最少齿数207

9.6 轮齿的失效和齿轮的材料208

9.6.1 轮齿的失效形式208

9.6.2 设计准则210

9.6.3 齿轮的材料及热处理210

9.7 标准直齿圆柱齿轮传动的设计213

9.7.1 齿轮强度计算理论213

9.7.2 轮齿的受力分析213

9.7.3 轮齿的计算载荷214

9.7.4 齿面接触疲劳强度计算214

9.7.5 齿根弯曲疲劳强度计算216

9.7.6 齿轮传动的许用应力217

9.7.7 齿轮的主要参数选择221

9.7.8 齿轮精度等级的选择222

9.7.9 圆柱齿轮的结构与润滑223

9.8 平行轴斜齿圆柱齿轮传动228

9.8.1 斜齿轮齿廓曲面的形成及其啮合特点228

9.8.2 斜齿圆柱齿轮的几何参数及几何尺寸计算229

9.8.3 斜齿圆柱齿轮传动的正确啮合条件232

9.8.4 斜齿圆柱齿轮的当量齿数233

9.8.5 斜齿圆柱齿轮的受力分析233

9.8.6 斜齿圆柱齿轮的强度计算234

9.9 圆锥齿轮传动简介238

9.9.1 锥齿轮传动的特点和应用238

9.9.2 直齿圆锥齿轮基本参数及几何尺寸238

9.10 蜗杆传动239

9.10.1 蜗杆传动的类型和特点240

9.10.2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸241

9.10.3 蜗杆传动的失效形式、材料、结构和精度245

9.10.4 蜗杆传动的计算249

习题252

第10章 齿轮系255

10.1 齿轮系的分类255

10.2 定轴齿轮系的传动比256

10.3 行星齿轮系的传动比258

10.4 组合齿轮系的传动比260

10.5 齿轮系的应用261

习题262

第11章 常用机构及运动分析265

11.1 平面连杆机构265

11.1.1 平面四杆机构的特点及应用265

11.1.2 平面四杆机构的运动特性270

11.1.3 平面四杆机构的传力特性274

11.1.4 平面四杆机构的设计277

11.2 凸轮机构279

11.2.1 凸轮机构的组成、特点与分类280

11.2.2 凸轮机构的运动特性282

11.2.3 凸轮机构的传力特性288

11.2.4 图解法设计凸轮轮廓289

11.2.5 凸轮工作轮廓的校核292

11.3 螺旋机构294

11.3.1 螺旋传动的类型294

11.3.2 螺旋传动机构的工作原理295

11.3.3 螺旋传动机构的结构及材料297

习题298

第12章 其他常用机构301

12.1 间歇运动机构301

12.1.1 棘轮机构301

12.1.2 槽轮机构305

12.1.3 不完全齿轮机构307

12.2 微位移机构308

12.2.1 机械式微位移机构309

12.2.2 热变形和弹性变形式微位移机构311

12.2.3 压电元件式微位移机构312

习题313

第13章 支承及导轨314

13.1 支承314

13.1.1 圆柱支承315

13.1.2 轴尖支承、刀支承316

13.1.3 弹性支承、电磁支承318

13.2 导轨319

13.2.1 滑动导轨320

13.2.2 滚动导轨325

13.2.3 静压导轨327

13.3 箱体327

习题330

第14章 弹性元件331

14.1 弹簧的功用与类型331

14.1.1 弹簧的用途331

14.1.2 弹簧的分类331

14.2 圆柱螺旋弹簧332

14.2.1 圆柱螺旋弹簧的结构332

14.2.2 圆柱螺旋弹簧的设计计算332

习题340

第15章 机械创新设计简介341

15.1 机械创新设计的基本原理341

15.1.1 创新的概念341

15.1.2 机械创新设计的特点342

15.1.3 机械创新设计的分类343

15.1.4 常用创新技法343

15.2 机构组合与创新345

15.3 机构演化与创新346

15.3.1 改变构件的结构尺寸和运动性质346

15.3.2 机构的机架变换348

15.4 机械运动方案与创新设计349

主要参考文献356