机械设计基础（第5版）

第1篇机械设计概论和机构结构

第1章机械设计概论1

1.1课程概论1

1.1.1机械的概念和组成1

1.1.2机械工作原理分析实例2

1.1.3机械设计发展概述4

1.1.4本课程的内容、基本要求和学习特点5

1.2机械设计过程5

1.3功能原理设计7

1.3.1功能原理设计的特点7

1.3.2功能分析8

1.3.3功能类型和求解思路8

1.3.4机械功能结构分析实例10

1.4机械设计约束11

1.4.1承载能力约束11

1.4.2技术性能约束14

1.4.3标准化约束15

1.4.4产品成本约束16

1.4.5可持续发展约束16

1.5机械结构设计16

1.5.1零件的相关与结构要素17

1.5.2结构设计的基本要求17

1.5.3结构设计的构型变换19

1.5.4结构设计准则20

1.5.5机械结构的合理性分析实例28

思考和实训习题30

第2章机构结构分析32

2.1平面机构的组成32

2.1.1机构的组成32

2.1.2运动副的自由度和运动链34

2.2平面机构运动简图35

2.2.1平面机构运动简图的关联要素35

2.2.2平面机构运动简图和示意图绘制实例38

2.3平面机构自由度和运动确定性39

2.3.1平面机构的自由度39

2.3.2机构自由度计算中的特殊情况处理39

2.3.3平面机构具有确定运动的条件40

2.3.4平面机构自由度的计算和分析实例41

思考和实训习题43

第2篇常 用 机 构

第3章平面连杆机构47

3.1平面连杆机构的类型和应用47

3.1.1铰链四杆机构48

3.1.2铰链四杆机构类型判别实例51

3.1.3滑块四杆机构52

3.1.4运动副变换54

3.1.5滑块四杆机构类型分析实例56

3.2平面连杆机构的基本特性57

3.2.1急回特性57

3.2.2传力分析58

3.2.3平面连杆机构运动几何分析实例61

3.3平面连杆机构的运动分析62

3.4平面连杆机构的运动设计62

3.4.1按照给定连杆位置设计铰链四杆机构62

3.4.2按照给定行程速度变化系数设计四杆机构63

3.4.3铰链四杆机构图解法设计和分析实例64

3.4.4铰链四杆机构的运动几何方程65

3.4.5按照给定的两连架杆对应位置设计铰链四杆机构66

3.5多杆机构的应用67

思考和实训习题69

第4章凸轮机构72

4.1凸轮机构的类型和应用72

4.1.1凸轮机构的组成和类型72

4.1.2凸轮机构的特点与应用75

4.2从动件基本运动规律75

4.2.1从动件基本运动规律的运动方程和线图76

4.2.2从动件运动规律的选择79

4.3凸轮轮廓设计81

4.3.1用图解法设计凸轮轮廓81

4.3.2用解析法设计凸轮轮廓84

4.3.3凸轮机构的计算机辅助设计实例87

4.4凸轮机构基本参数和尺寸的确定87

4.4.1凸轮机构的压力角及许用值87

4.4.2对心移动从动件盘形凸轮机构压力角的计算88

4.4.3凸轮基圆半径的确定88

4.4.4滚子半径的确定89

4.4.5图解法确定凸轮压力角实例90

4.5凸轮机构的结构、材料和工作图91

4.5.1凸轮和从动件的结构91

4.5.2凸轮和从动件的材料及选择93

4.5.3凸轮工作图94

思考和实训习题95

第5章轮系97

5.1定轴轮系97

5.1.1定轴轮系传动比97

5.1.2定轴轮系传动比符号的确定方法98

5.1.3定轴轮系各级传动比的分配98

5.2行星轮系99

5.2.1行星轮系的分类99

5.2.2行星轮系的传动比100

5.2.3行星轮系传动比符号的确定方法101

5.3组合轮系101

5.3.1组合轮系的分析与综合102

5.3.2组合轮系计算实例102

5.4轮系的应用103

5.4.1轮系的应用特点103

5.4.2轮系应用分析实例106

5.5其他行星传动简介107

思考和实训习题107

第6章其他常用机构109

6.1棘轮机构109

6.1.1棘轮机构的组成和工作原理109

6.1.2棘轮机构的类型、特点和应用110

6.1.3棘轮机构的应用实例111

6.1.4棘轮机构的基本参数和几何尺寸113

6.1.5棘轮机构设计计算实例114

6.2槽轮机构115

6.2.1槽轮机构的组成和工作原理116

6.2.2槽轮机构的类型、特点和应用116

6.2.3槽轮机构的基本参数和几何尺寸117

6.2.4槽轮机构的运动特性119

6.2.5槽轮机构设计计算实例120

6.3螺旋机构122

6.3.1螺旋机构的工作原理和类型122

6.3.2螺纹的形成和分类123

6.3.3螺纹的基本参数和几何尺寸126

6.3.4螺旋机构的运动分析127

6.3.5螺旋副的效率和自锁128

6.3.6螺旋机构计算实例129

6.3.7滑动螺旋副的材料和结构特点129

6.4机构的组合与应用131

6.5机构的选型与应用131

6.5.1机构的运动特性和选型131

6.5.2机械传动系统分析实例132

思考和实训习题135

第3篇机 械 传 动

第7章带传动139

7.1带传动的工作原理和应用139

7.1.1带传动的工作原理139

7.1.2带传动的类型、特点和应用139

7.2带传动的受力分析和应力分析141

7.2.1带传动的受力分析141

7.2.2带传动的应力分析142

7.3带传动的弹性滑动与失效形式143

7.3.1带传动的弹性滑动143

7.3.2带传动的失效形式144

7.4V带和V带轮145

7.4.1V带结构和基本尺寸145

7.4.2V带轮的材料、结构与工作图147

7.5带传动的安装和张紧150

7.5.1带传动的安装和初拉力测定150

7.5.2V带传动受力分析实例151

7.6V带传动选用计算152

7.6.1V带传动设计准则和V带的许用功率152

7.6.2V带传动选用计算的主要步骤156

7.6.3V带传动设计计算实例160

思考和实训习题162

第8章链传动164

8.1链传动的特点、类型和传动件结构参数164

8.1.1链传动的组成、特点和类型164

8.1.2链传动的传动件结构参数165

8.2链传动的运动分析和受力分析169

8.2.1链传动的运动分析169

8.2.2链传动运动分析计算实例171

8.2.3链传动的受力分析172

8.3链传动的选用计算173

8.3.1链传动的失效形式173

8.3.2滚子链的功率曲线174

8.3.3链传动基本参数的选择177

8.3.4链传动选用计算实例178

8.4链传动的布置、张紧和润滑180

8.4.1链传动的布置180

8.4.2链传动的张紧181

8.4.3链传动的润滑182

思考和实训习题182

第9章齿轮传动184

9.1齿轮传动的特点和类型184

9.1.1齿轮传动的特点184

9.1.2齿轮传动的类型184

9.2齿轮啮合基本定律与渐开线齿廓186

9.2.1齿廓啮合基本定律186

9.2.2齿廓间的相对滑动186

9.2.3渐开线齿廓187

9.3渐开线标准齿轮的基本参数和尺寸188

9.3.1齿轮的基本尺寸188

9.3.2渐开线标准齿轮的基本参数189

9.3.3标准齿轮的基本尺寸计算190

9.3.4齿轮基本尺寸计算实例191

9.4渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动191

9.4.1渐开线齿廓传动特性191

9.4.2渐开线齿轮的正确啮合条件193

9.4.3渐开线齿轮的连续传动条件193

9.4.4内齿轮和齿条195

9.5渐开线齿形的加工和检验尺寸196

9.5.1渐开线齿形的加工原理196

9.5.2渐开线齿廓的根切问题198

9.5.3渐开线齿轮的检验尺寸199

9.6变位齿轮传动200

9.6.1变位齿轮的概念200

9.6.2变位齿轮的齿形特点和尺寸变动201

9.6.3变位齿轮的传动类型和应用202

9.6.4变位齿轮计算实例204

9.7斜齿圆柱齿轮传动205

9.7.1斜齿圆柱齿轮齿面的形成和特点205

9.7.2斜齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸206

9.7.3斜齿轮的当量齿数208

9.7.4交错轴斜齿轮传动209

9.8圆锥齿轮传动209

9.8.1直齿圆锥齿轮齿廓曲面的形成209

9.8.2圆锥齿轮的背锥和当量齿数209

9.8.3直齿圆锥齿轮的基本参数和尺寸210

9.8.4圆柱圆锥齿轮传动简介212

9.9齿轮传动设计212

9.9.1齿轮轮齿的失效形式、常用材料和设计约束212

9.9.2圆柱齿轮传动的受力分析215

9.9.3圆柱齿轮承载能力计算217

9.9.4圆柱齿轮传动的精度等级及选用221

9.9.5齿轮传动设计准则和计算实例222

9.9.6圆柱齿轮传动的计算机辅助设计225

9.9.7直齿圆锥齿轮的强度计算225

9.9.8直齿圆锥齿轮设计计算实例227

9.10齿轮结构、工作图和传动润滑228

9.10.1齿轮结构228

9.10.2齿轮工作图229

9.10.3齿轮传动的润滑230

9.11圆弧齿轮传动简介232

思考和实训习题232

第10章蜗杆传动237

10.1蜗杆传动概述237

10.1.1蜗杆传动的类型237

10.1.2蜗杆传动的特点和应用238

10.2蜗杆传动的基本参数和尺寸238

10.2.1蜗杆传动的基本参数238

10.2.2蜗杆传动的基本尺寸241

10.2.3蜗杆传动的变位241

10.2.4蜗杆传动变位计算实例242

10.3蜗杆传动的承载能力计算243

10.3.1蜗杆传动的失效形式243

10.3.2蜗杆传动的材料和许用应力243

10.3.3蜗杆传动的受力分析244

10.3.4蜗杆传动的强度条件245

10.4蜗杆传动的效率、润滑和热平衡246

10.4.1蜗杆传动的滑动速度246

10.4.2蜗杆传动的效率246

10.4.3蜗杆传动的运动和效率计算实例247

10.4.4蜗杆传动的润滑248

10.4.5蜗杆传动的热平衡计算249

10.5蜗杆与蜗轮的结构和工作图250

10.5.1蜗杆结构250

10.5.2蜗轮结构250

10.5.3蜗杆和蜗轮工作图250

10.5.4普通圆柱蜗杆传动设计计算实例252

思考和实训习题254

第4篇轴系零部件

第11章滑动轴承257

11.1滑动轴承的工作原理257

11.1.1滑动轴承简介257

11.1.2滑动摩擦的类型257

11.1.3滑动轴承设计中的基本问题258

11.2滑动轴承的分类和结构特点258

11.2.1径向滑动轴承259

11.2.2推力滑动轴承259

11.2.3特殊结构轴承简介260

11.3滑动轴承的材料和轴瓦结构261

11.3.1滑动轴承的材料261

11.3.2轴瓦的结构262

11.4滑动轴承的润滑和配合264

11.4.1润滑剂及其选用原则264

11.4.2润滑装置265

11.4.3滑动轴承润滑方式的选择265

11.4.4滑动轴承的配合266

11.5非液体润滑滑动轴承的计算266

11.5.1径向滑动轴承设计计算267

11.5.2推力滑动轴承工作能力验算267

11.5.3非液体润滑滑动轴承计算实例268

11.6液体动压滑动轴承和静压滑动轴承简介269

思考和实训习题269

第12章滚动轴承270

12.1滚动轴承的组成、类型和特点270

12.1.1滚动轴承的组成270

12.1.2滚动轴承的类型、特点及应用271

12.2滚动轴承的代号及类型选择275

12.2.1滚动轴承的代号275

12.2.2滚动轴承类型的选择278

12.2.3滚动轴承类型选择实例279

12.3滚动轴承寿命计算279

12.3.1滚动轴承的失效形式及计算准则279

12.3.2滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷280

12.3.3滚动轴承的寿命计算基本公式281

12.3.4滚动轴承的当量动载荷计算282

12.3.5角接触轴承的轴向载荷284

12.3.6滚动轴承的静强度计算285

12.3.7滚动轴承选用计算实例286

12.4陶瓷滚动轴承与滚动导轨简介293

思考和实训习题293

第13章轴及轴系295

13.1轴的概述295

13.1.1轴的功用与分类295

13.1.2轴的设计中应考虑的问题296

13.2轴的材料与强度计算296

13.2.1轴的材料与机械性能296

13.2.2轴径的估算和强度计算298

13.2.3轴的设计计算实例300

13.3轴及轴系的结构设计303

13.3.1轴的结构设计303

13.3.2轴的结构设计实例306

13.3.3轴的工作图307

13.3.4轴系结构的组合设计307

思考和实训习题312

第14章联轴器、离合器与制动器315

14.1联轴器315

14.1.1固定式刚性联轴器316

14.1.2移动式刚性联轴器318

14.1.3弹性联轴器319

14.1.4联轴器选用计算实例320

14.2离合器321

14.2.1嵌合式离合器321

14.2.2摩擦式离合器322

14.3制动器324

14.3.1抱块式制动器324

14.3.2内涨式制动器324

14.3.3带式制动器325

思考和实训习题325

第5篇机 械 连 接

第15章连接327

15.1键连接327

15.1.1键连接的功用和分类327

15.1.2平键连接的选择和计算330

15.1.3花键连接的类型、标准和选用331

15.2销连接332

15.3螺纹连接333

15.3.1螺纹连接的基本类型和螺纹连接件333

15.3.2螺纹连接的预紧和防松337

15.3.3螺栓组的布置和受力分析339

15.3.4螺栓连接的强度计算345

15.3.5螺栓连接件的材料和许用应力346

15.3.6提高螺栓连接强度的结构设计348

15.3.7螺栓连接计算实例350

思考和实训习题351

第16章弹簧353

16.1概述353

16.1.1弹簧的类型、特点和应用353

16.1.2弹簧的材料和制造353

16.2圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的几何参数和特性曲线357

16.2.1圆柱螺旋弹簧的结构357

16.2.2圆柱螺旋弹簧的基本参数和几何尺寸357

16.2.3圆柱螺旋弹簧的特性曲线358

16.3圆柱螺旋弹簧的设计计算360

16.3.1强度计算360

16.3.2刚度计算361

16.3.3稳定性校核361

16.3.4圆柱螺旋弹簧设计计算实例362

16.4非金属弹簧简介364

思考和实训习题364

参考文献367