機械設(shè)計基礎(chǔ)（高職卜新民）

機械設(shè)計基礎(chǔ)綜述 1

0.1 本課程研究的對象及內(nèi)容 1

0.2 機械零件設(shè)計的基本準則及工程力學(xué)基礎(chǔ) 2

0.3 機械零件常用金屬材料和鋼熱處理常識 7

思考題 11

項目一 機械設(shè)計靜力學(xué)知識準備 12

1.1 力的概念和公理 12

1.1.1 力的概念 12

1.1.2 靜力學(xué)公理 13

1.2 常見約束及其力學(xué)模型 15

1.2.1 約束和約束反力 15

1.2.2 常見約束類型 15

1.3 物體的受力分析和受力圖 17

1.4 平面匯交力系的合成與平衡 19

1.4.1 平面匯交力系合成的幾何法 19

1.4.2 平面匯交力系合成的解析法 20

1.5 力矩和力偶 24

1.5.1 力對點之矩 24

1.5.2 合力矩定理 25

1.5.3 力偶及其性質(zhì) 26

1.6 平面任意力系的簡化 30

1.6.1 平面任意力系向平面內(nèi)任一點簡化 30

1.6.2 簡化結(jié)果的討論 31

1.6.3 平面任意力系的平衡條件和平衡方程 32

1.6.4 平面任意力系平衡方程的應(yīng)用 32

1.6.5 平衡方程的其它形式 34

1.6.6 固定端約束和均布載荷 35

1.7 物體系統(tǒng)的平衡問題 36

1.7.1 靜定與靜不定問題的概念 36

1.7.2 物體系統(tǒng)的平衡問題 37

1.8 考慮摩擦?xí)r構(gòu)件的平衡問題 39

1.8.1 滑動摩擦的概念 40

1.8.2 摩擦角與自鎖現(xiàn)象 41

1.8.3 考慮摩擦?xí)r構(gòu)件的平衡問題 42

1.9 空間力系簡介 44

1.9.1 空間力的投影和力對軸之矩 44

1.9.2 空間力系的平衡方程 47

1.9.3 輪軸類構(gòu)件平衡問題的平面解法 48

1.10 物體的重心和平面圖形的形心 51

1.10.1 物體重心的概念 51

1.10.2 重心的坐標公式 51

1.10.3 求重心的方法 52

思考題 55

習(xí)題 59

項目二 機械設(shè)計材料力學(xué)知識準備 69

2.1 材料力學(xué)的基本概念 69

2.1.1 變形固體的基本假設(shè) 69

2.1.2 內(nèi)力、截面法和應(yīng)力 70

2.1.3 桿件變形的基本形式 71

2.2 軸向拉伸與壓縮 71

2.2.1 軸向拉伸與壓縮的概念 71

2.2.2 軸向拉伸與壓縮時橫截面上的內(nèi)力 72

2.2.3 軸向拉伸與壓縮時橫截面上的應(yīng)力 75

2.2.4 軸向拉伸與壓縮的強度計算 76

2.2.5 軸向拉伸與壓縮的變形 78

2.2.6 軸向拉伸與壓縮的力學(xué)性能分析 81

2.3 剪切與擠壓 84

2.3.1 剪切與擠壓的概念 84

2.3.2 剪切的實用計算 85

2.3.3 擠壓的實用計算 86

2.4 圓軸的扭轉(zhuǎn) 88

2.4.1 扭轉(zhuǎn)的概念 88

2.4.2 圓軸扭轉(zhuǎn)時橫截面上的內(nèi)力 89

2.4.3 扭矩及扭矩圖的畫法 90

2.4.4 圓軸扭轉(zhuǎn)時橫截面上的應(yīng)力 91

2.4.5 極慣性矩和抗扭截面系數(shù) 93

2.4.6 圓軸扭轉(zhuǎn)時的變形 93

2.4.7 圓軸扭轉(zhuǎn)時的強度計算 94

2.4.8 圓軸扭轉(zhuǎn)時的剛度計算 95

2.5 直梁的彎曲 97

2.5.1 平面彎曲的概念 97

2.5.2 梁彎曲時橫截面上的內(nèi)力 99

2.5.3 剪力圖和彎矩圖 102

2.5.4 梁純彎曲時橫截面上的應(yīng)力 106

2.5.5 慣性矩和抗彎截面系數(shù) 109

2.5.6 梁彎曲時的強度計算 112

2.5.7 梁彎曲時的變形及剛度計算 116

2.5.8 提高梁彎曲時的強度及剛度的措施 119

2.6 組合變形的強度計算 123

2.6.1 拉伸（壓縮）與彎曲組合變形的強度計算 123

2.6.2 圓軸彎曲與扭轉(zhuǎn)組合變形的強度計算 126

2.7 壓桿穩(wěn)定簡介 130

習(xí)題 136

項目三 機械設(shè)計機構(gòu)知識準備 148

3.1 平面機構(gòu) 148

3.1.1 平面運動副的概念 148

3.1.2 平面運動副的類型 148

3.1.3 平面機構(gòu)運動簡圖 149

3.1.4 平面機構(gòu)的自由度 153

3.2 鉸鏈連桿機構(gòu) 156

3.2.1 鉸鏈四桿機構(gòu)的類型 156

3.2.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的演化形式 159

3.2.3 鉸鏈四桿機構(gòu)有曲柄的條件 162

3.2.4 平面連桿機構(gòu)的工作特性 163

3.2.5 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 166

3.3 凸輪機構(gòu) 169

3.3.1 概述 169

3.3.2 從動件常用運動規(guī)律 171

3.3.3 凸輪的輪廓曲線設(shè)計 175

3.3.4 凸輪機構(gòu)常用材料 178

3.3.5 凸輪在軸上的固定方法 179

3.3.6 凸輪機構(gòu)設(shè)計中的幾個問題 179

3.4 齒輪機構(gòu)幾何尺寸計算 182

3.4.1 概述 182

3.4.2 漸開線與漸開線齒廓 183

3.4.3 漸開線標準直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸 184

3.4.4 漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動 187

3.4.5 漸開線齒輪的切齒原理與根切現(xiàn)象 190

3.4.6 漸開線變位齒輪傳動簡介 193

3.4.7 斜齒圓柱齒輪機構(gòu)幾何尺寸計算 194

3.4.8 直齒圓錐齒輪機構(gòu)幾何尺寸計算 198

3.4.9 蝸輪蝸桿機構(gòu)幾何尺寸計算 200

3.5 間歇機構(gòu)簡介 204

3.5.1 棘輪機構(gòu) 204

3.5.2 槽輪機構(gòu) 206

3.6 齒輪系傳動比計算 207

3.6.1 概述 207

3.6.2 定軸輪系傳動比計算 208

3.6.3 周轉(zhuǎn)輪系傳動比計算 210

3.6.4 復(fù)合輪系傳動比計算 213

習(xí)題 214

項目四 聯(lián)接件與彈簧的設(shè)計 219

4.1 鍵聯(lián)接和銷聯(lián)接的選型設(shè)計 219

4.2 平鍵聯(lián)接的尺寸選擇和強度校核 222

4.2.1 平鍵聯(lián)接的尺寸選擇 222

4.2.2 平鍵聯(lián)接的強度計算 224

4.3 花鍵聯(lián)接的類型和選用 226

4.3.1 花鍵聯(lián)接的類型 226

4.3.2 花鍵聯(lián)接的選用 227

4.4 銷聯(lián)接的類型和選用 230

4.4.1 銷的分類 230

4.4.2 銷聯(lián)接的應(yīng)用 230

4.5 螺紋聯(lián)接 230

4.5.1 螺紋聯(lián)接 231

4.5.2 螺紋聯(lián)接的基本類型和螺紋聯(lián)接件 234

4.5.3 螺旋副的受力分析、自鎖和效率 237

4.5.4 螺栓強度計算 239

4.5.5 螺栓聯(lián)接結(jié)構(gòu)設(shè)計主要注意事項 244

4.6 彈簧 245

4.6.1 彈簧的功用和類型 245

4.6.2 彈簧的制造、材料和許用應(yīng)力 247

4.6.3 圓柱形螺旋彈簧的結(jié)構(gòu)、參數(shù)和尺寸 248

4.6.4 彈簧的應(yīng)力、變形和特性曲線 250

4.6.5 片彈簧簡介 252

思考題 253

習(xí)題 253

項目五 傳動裝置設(shè)計 255

5.1 帶傳動設(shè)計 255

5.1.1 概述 255

5.1.2 普通V帶結(jié)構(gòu)及國家標準 256

5.1.3 帶傳動的受力分析和應(yīng)力分析 258

5.1.4 帶傳動的彈性滑動及傳動比 260

5.1.5 普通V帶傳動的設(shè)計 261

5.1.6 帶傳動的張緊、安裝和維護 266

5.1.7 V帶輪的材料及結(jié)構(gòu)設(shè)計 268

5.1.8 同步帶傳動簡介 270

5.1.9 普通V帶傳動的設(shè)計實例 270

5.2 鏈傳動設(shè)計 272

5.2.1 概述 272

5.2.2 滾子鏈和鏈輪 272

5.2.3 滾子鏈傳動的設(shè)計 277

5.3 齒輪傳動設(shè)計 282

5.3.1 齒輪傳動的失效形式和設(shè)計準則 282

5.3.2 齒輪常用材料及熱處理 284

5.3.3 直齒圓柱齒輪傳動的設(shè)計計算 286

5.4 直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計 293

5.4.1 直齒圓柱齒輪傳動的參數(shù)選擇 293

5.4.2 設(shè)計步驟 294

5.5 平行軸斜齒圓柱齒輪傳動 297

5.5.1 受力分析 297

5.5.2 強度計算 298

5.6 直齒錐齒輪傳動 302

5.6.1 受力分析 302

5.6.2 強度計算 302

5.6.3 主要參數(shù)選擇 303

5.7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 304

5.7.1 圓柱齒輪結(jié)構(gòu) 304

5.7.2 錐齒輪結(jié)構(gòu) 306

5.8 蝸桿傳動 307

5.8.1 蝸桿傳動的受力分析 307

5.8.2 蝸桿傳動的失效形式及設(shè)計準則 308

5.8.3 蝸桿傳動的材料選擇 308

5.8.4 蝸桿傳動的強度計算 309

5.8.5 蝸桿傳動的熱平衡計算 310

5.8.6 圓柱蝸桿傳動的參數(shù)選擇 311

5.8.7 蝸桿蝸輪結(jié)構(gòu) 312

習(xí)題 314

項目六 軸系零部件設(shè)計 317

6.1 軸的設(shè)計 317

6.1.1 概述 317

6.1.2 軸的材料 319

6.1.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 320

6.1.4 軸的強度計算 326

6.1.5 軸的剛度計算簡介 328

6.1.6 軸的工作圖 329

6.1.7 軸的設(shè)計示例分析 331

6.2 滑動軸承設(shè)計 335

6.2.1 滑動軸承的結(jié)構(gòu) 335

6.2.2 滑動軸承的失效形式及材料 340

6.2.3 非液體滑動軸承設(shè)計 343

6.3 滾動軸承設(shè)計 347

6.3.1 滾動軸承的結(jié)構(gòu)和類型 347

6.3.2 滾動軸承的代號 350

6.3.3 滾動軸承的類型選擇 352

6.3.4 滾動軸承的壽命計算 353

6.3.5 滾動軸承的靜載荷計算 357

6.3.6 滾動軸承組合設(shè)計 359

6.4 軸承蓋的選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計 364

6.5 聯(lián)軸器與離合器選型設(shè)計 366

6.5.1 聯(lián)軸器的類型及選擇 366

6.5.2 離合器的類型及選擇 372

習(xí)題 375

項目七 機械的潤滑與密封 379

7.1 潤滑的作用和潤滑技術(shù) 380

7.2 潤滑劑 380

7.2.1 潤滑劑的種類及特點 380

7.2.2 潤滑劑的選擇 383

7.3 常用潤滑方式和潤滑裝置 383

7.3.1 油潤滑方式及裝置 383

7.3.2 脂潤滑方式及裝置 384

7.4 密封方式及密封件 385

7.4.1 密封方式 385

7.4.2 密封裝置 385

7.5 減速器的潤滑 387

7.5.1 閉式齒輪傳動的潤滑 387

7.5.2 蝸桿傳動的潤滑 388

7.6 軸承的潤滑 388

7.6.1 滑動軸承的潤滑 388

7.6.2 滾動軸承的潤滑 389

習(xí)題 391

項目八 機械創(chuàng)新設(shè)計與實例分析 393

8.1 機構(gòu)的組合與實例分析 393

8.1.1 機構(gòu)的串聯(lián)組合 393

8.1.2 機構(gòu)的并聯(lián)組合 394

8.1.3 機構(gòu)的復(fù)合組合 394

8.1.4 機構(gòu)的疊加組合 395

8.2 機構(gòu)的變異與演化及實例分析 396

8.2.1 連桿機構(gòu) 396

8.2.2 凸輪機構(gòu) 397

8.2.3 齒輪機構(gòu) 397

8.3 機構(gòu)再生運動鏈與實例分析 398

8.3.1 一般化運動鏈 398

8.3.2 單自由度運動鏈的基本類型 399

8.3.3 連桿類配的分類 400

8.3.4 設(shè)計約束機構(gòu)再生運動鏈 401

8.3.5 實例 401

8.4 機械運動方案設(shè)計 403

8.4.1 機械運動方案設(shè)計概述 403

8.4.2 實例分析 404

習(xí)題 407

參考文獻 408 2100433B

本書共分為八個項目。項目一 機械設(shè)計靜力學(xué)知識準備，項目二 機械設(shè)計材料力學(xué)知識準備，項目三 機械設(shè)計機構(gòu)知識準備，項目四 聯(lián)接件與彈簧的設(shè)計，項目五 傳動裝置設(shè)計，項目六 軸系零部件設(shè)計，項目七 機械的潤滑與密封，項目八 機械創(chuàng)新設(shè)計與實例分析。

本書可作為高職高專院校機制、模具、數(shù)控技術(shù)、汽車等機械類和近機類各專業(yè)“機械設(shè)計基礎(chǔ)”課程的教材，也可供相關(guān)工程科技人員參考。

本教材是以教育部《普通高等學(xué)校高職高專教育專業(yè)指導(dǎo)性目錄》中的機械類專業(yè)對于機械設(shè)計能力的要求為依據(jù)，結(jié)合筆者多年職業(yè)教育的經(jīng)驗而編寫的。

全書分為三篇，共17章。主要內(nèi)容包括靜力學(xué)分析基礎(chǔ)，平面力系，空間力系，構(gòu)件的軸向拉伸與壓縮，剪切和擠壓，扭轉(zhuǎn)變形，彎曲，平面機構(gòu)運動簡圖，平面連桿機構(gòu)，凸輪機構(gòu)，間歇運動機構(gòu)，齒輪傳動，輪系，帶傳動，聯(lián)接，軸系零、部件，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)等。

本教材適用于高職高專院校機電一體化技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、機械設(shè)計及其自動化等專業(yè)，同時也可作為相關(guān)工程技術(shù)人員的參考用書。

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》是依據(jù)教育部制定的高職高專機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的基本要求，并結(jié)合編者多年的教學(xué)改革經(jīng)驗編寫而成?！稒C械設(shè)計基礎(chǔ)》詳細地介紹了通用零、部件的設(shè)計與計算，常用機構(gòu)的結(jié)構(gòu)、運動分析與設(shè)計等內(nèi)容。《機械設(shè)計基礎(chǔ)》分為14章，內(nèi)容包括：緒論、平面機構(gòu)運動簡圖及自由度、平面連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)及其設(shè)計、其他常用機構(gòu)、連接、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、齒輪系、軸、軸承、其他常用零部件、回轉(zhuǎn)構(gòu)件的平衡。各章均有教學(xué)目標和本章小結(jié)，并配有相應(yīng)的習(xí)題及必要的數(shù)據(jù)資料。

《機械設(shè)計基礎(chǔ)》可作為高職高專院校機械類和近機類各專業(yè)的機械設(shè)計基礎(chǔ)課程的教材，也可供其他非機類專業(yè)學(xué)生及相關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員參考。