机械设计基础与课程设计

前    言

　　《机械设计基础与课程设计》是机械设计基础课程的配套教材。本书从普通高等教育机械类应用型人才及卓越工程师培养的需要出发，根据*有关"机械设计基础"课程教学基本要求和近几年教学内容改革和综合能力培养的需要，汲取各院校在培养应用型技术人才方面的经验和成果，密切结合工程实际并充分运用现代设计方法，结合编者多年的教学经验和教改实践编写而成，可供机械及近机械类、机电类各专业使用。

　　本书以常见的齿轮减速器课程设计为例，引出了各类相关的零部件设计资料及原理，系统地介绍了机械传动装置的设计内容、步骤和方法，并注重设计思路和现代设计方法的引导，启发学生把先修课程的理论知识融会贯通地应用到设计中去。将课程设计指导书、设计参考图、有关国家标准规范及设计参考资料等有机地结合起来，是一本适用于课程讲授与课程设计的教材。

　　本书作为机械学科课程体系中的一门专业基础课教材，在编写中力求具有如下特色。

　　(1) 对课程设计所需设计资料进行了重新编排与整理。按照实际工程的内在联系和认识的一般规律，将全书内容分为4篇进行阐述。篇主要介绍常用机构原理与设计；第二篇包括各类传动零部件设计；第三篇包括连接、支撑零部件设计；第四篇为常见齿轮减速器课程设计内容。

　　(2) 本书不仅讲述课程设计相关理论与方法，而且涵盖了系统的机械设计基础知识体系与设计资料，的特色在于融入了现代设计工具的应用方法，使得学生所学的理论知识有确切的工程实践命题得以印证。

　　(3) 本书编写组创建QQ群，用于专业教师同行探讨问题、研究教学方法、交流教学资源，同时为本书提供课件下载。

　　本书由山东理工大学于文强、重庆大学机械传动国家重点实验室赵相路、湖南常德职业技术学院宋道沙、内蒙古包头职业技术学院孙慧、内蒙古呼和浩特职业学院牛艳萍等教学一线的老师合作编写，由山东中天科技工程有限公司工程师孙冰担任技术指导。本书编写的具体分工如下：于文强编写第1～9章，赵相路编写第10～12章，孙冰编写第13、14章，宋道沙编写第15、16章，孙慧编写第17～20章，牛艳萍编写第21～23章。

　　本书由山东理工大学王兰美教授担任主审，在此表示衷心的感谢。在编写过程中，我们参考了相关文献，在此对这些文献的作者表示衷心的感谢！

　　尽管我们为本书付出了十分的努力和心血，但书中仍存在不足之处，恳请广大同行和读者批评指正。

　　编  者  

目    录

绪论         1

0.1  机械的组成  1

0.1.1　机器与机构        1

0.1.2　机构、部件、构件与零件       2

0.2  本课程的研究内容和任务  2

0.2.1 
本课程研究的主要内容   2

0.2.2 
本课程的主要任务   3

0.3  机械设计的基本要求和一般步骤      3

0.3.1 
机械设计的基本要求       3

0.3.2 
机械零件的设计准则       4

0.3.3 
机械零件设计的一般步骤       4

0.4  课程设计的基本要求和内容      5

0.4.1 
课程设计的目的       5

0.4.2 
课程设计的内容及任务   5

0.4.3 
课程设计的一般步骤       6

0.4.4 
课程设计应注意的问题   7

第1篇  常用机构原理及设计资料

第1章  平面机构的运动简图及

自由度    8

1.1  机构的组成  8

1.1.1　运动副的概念   8

1.1.2　自由度与约束条件   8

1.1.3　平面运动副的分类   9

1.2  平面机构的运动简图  9

1.2.1 
机构运动简图的定义       9

1.2.2　平面机构运动简图的绘制       10

1.2.3 
利用ADAMS进行颚式

破碎机的运动分析        12

1.2.4 
利用ADAMS进行单缸

内燃机的运动分析        13

1.3  平面机构的自由度      14

1.3.1 
平面机构自由度的计算   14

1.3.2 
平面机构具有确定运动的

条件         15

1.3.3 
计算平面机构自由度时应

注意的事项    16

习题         18

第2章  平面连杆机构        19

2.1  铰链四杆机构的基本类型与工作

特性         19

2.1.1 
铰链四杆机构的基本类型       19

2.1.2　铰链四杆机构的工作特性       21

2.1.3 
利用ADAMS进行牛头

刨床机构的运动分析   23

2.2  铰链四杆机构的曲柄存在条件 25

2.3  平面四杆机构的演化  26

2.3.1 
曲柄滑块机构   26

2.3.2 
导杆机构   27

2.3.3　摇块机构和定块机构       28

2.3.4 
偏心轮机构        28

2.4  平面四杆机构的图解法设计      29

2.4.1 
按给定的行程速比系数Ｋ

设计平面四杆机构        29

2.4.2 
按给定的连杆位置设计

平面四杆机构        30

习题         30

第3章  凸轮机构        32

3.1  凸轮机构的组成和分类      32

3.1.1 
凸轮机构的组成       32

3.1.2 
凸轮机构的分类       33

3.2  从动件的常用运动规律      34

3.2.1 
等速运动规律   35

3.2.2 
等加速等减速运动规律   35

3.2.3 
简谐运动规律   36

3.3  图解法设计凸轮轮廓  36

3.3.1 
凸轮轮廓设计的基本原理       36

3.3.2　对心直动从动件盘形凸轮

轮廓曲线的设计    37

3.3.3　偏置直动从动件盘形凸轮

轮廓曲线的设计    39

3.3.4 
利用ADAMS进行凸轮

机构的设计与仿真        40

3.4  凸轮机构基本参数的确定  42

3.4.1　凸轮机构压力角及其许用值  42

3.4.2　滚子半径的选择       43

3.4.3　基圆半径的确定       44

3.5  圆柱凸轮机构的课程设计  44

3.5.1　滚子直动从动件圆柱凸轮

轮廓的设计    45

3.5.2　滚子摆动从动件圆柱凸轮

展开轮廓曲线的设计   46

3.5.3　直动-摆动从动件圆柱凸轮

组合机构设计实例        49

习题         52

第4章  间歇运动机构        53

4.1  棘轮机构       53

4.1.1  棘轮机构的工作原理       53

4.1.2 
棘轮机构的类型       53

4.1.3 
棘轮机构的应用       55

4.2  槽轮机构       55

4.2.1　槽轮机构的组成及工作原理  55

4.2.2 
槽轮机构的分类及运用   56

4.3  不完全齿轮机构  57

4.4  凸轮间歇运动机构      58

4.5　间歇运动机构的课程设计  58

4.5.1 
棘轮机构的设计       58

4.5.2 
槽轮机构的设计       60

习题         62

第2篇  传动零部件资料及设计

第5章  齿轮传动        63

5.1  齿轮传动的类型、特点及应用 63

5.1.1 
齿轮传动的类型       63

5.1.2　齿轮传动的特点及应用   63

5.2  齿廓啮合基本定律      64

5.3  渐开线和渐开线齿廓的啮合特性      65

5.3.1　渐开线及其性质       65

5.3.2　渐开线齿廓满足定传动比

传动的要求    66

5.3.3　渐开线齿廓的啮合特性   67

5.4  标准直齿圆柱齿轮的基本参数和

几何尺寸        68

5.4.1　齿轮各部分的名称及符号       68

5.4.2　标准直齿圆柱齿轮的基本

参数及几何尺寸计算   69

5.5  渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合

传动         71

5.5.1　正确啮合条件   71

5.5.2　连续传动条件   72

5.5.3　正确安装条件   73

5.6  渐开线直齿圆柱齿轮的加工      74

5.6.1　齿轮轮齿的加工方法       74

5.6.2　轮齿的根切现象、齿轮的

小齿数        76

5.6.3　变位齿轮简介   76

5.7  轮齿的失效形式和齿轮材料      77

5.7.1　轮齿的失效形式       77

5.7.2　设计准则   79

5.7.3　齿轮材料   79

5.8  直齿圆柱齿轮的强度计算  81

5.8.1　轮齿的受力分析和载荷计算  81

5.8.2　齿根弯曲强度计算   82

5.8.3　齿面接触疲劳强度计算   83

5.8.4　轮齿的许用弯曲应力和许用

接触应力        84

5.8.5　齿轮强度计算中的参数选择  85

5.8.6 
利用ADAMS进行圆柱齿轮

啮合的仿真分析    86

5.9  斜齿圆柱齿轮传动      88

5.9.1　斜齿圆柱齿轮齿廓的形成及

啮合特点        88

5.9.2　斜齿圆柱齿轮的基本参数和

几何尺寸计算        89

5.9.3　斜齿轮正确啮合的条件和

重合度    91

5.10 
直齿圆锥齿轮传动    92

5.10.1　圆锥齿轮传动概述 92

5.10.2　圆锥齿轮的齿廓曲线、

  背锥和当量齿数        93

5.10.3　标准直齿圆锥齿轮的几何

  尺寸计算    95

5.11　齿轮传动的润滑         96

5.12 
斜齿圆柱齿轮SolidWorks三维

  设计实例    97

5.12.1 
绘制齿形 97

5.12.2 
创建齿条 98

5.12.3 
创建齿轮基体 99

5.12.4 
创建齿轮安装孔     100

习题         101

第6章  蜗杆传动        103

6.1  概述   &nbs