本書按照教育部高等學(xué)校機(jī)械基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會制定的“機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求”編寫，并在此基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)財U(kuò)充了內(nèi)容。全書共分為5篇，第一篇為第1~4章，屬于常用機(jī)構(gòu)基本知識，主要介紹自由度、平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點和運(yùn)用等；第二篇為第5~7章，屬于機(jī)械傳動，包括齒輪傳動、蝸桿傳動和撓性傳動的特點、運(yùn)用及主要參數(shù)設(shè)計等；第三篇為第8～9章，屬于連接部分，包括螺紋連接、銷連接及鍵連接的基礎(chǔ)知識；第四篇為第10～12章，屬于軸系零部件部分，包括軸承、軸、聯(lián)軸器、離合器和制動器的基本知識；第五篇為第13~～14章，包括輪系和減速器的設(shè)計等內(nèi)容。各章節(jié)經(jīng)典例題選用現(xiàn)代設(shè)計工具軟件進(jìn)行設(shè)計、優(yōu)化分析，實現(xiàn)基礎(chǔ)理論與現(xiàn)代工具的運(yùn)用融合。章后附有習(xí)題，可輔助讀者進(jìn)行知識的鞏固學(xué)習(xí)。
基礎(chǔ)理論與工程應(yīng)用案例并重，解答經(jīng)典機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。
于文強(qiáng)，2000年至今 山東理工大學(xué)。中國機(jī)械工程學(xué)會會員。主持2011年基于ZigBee技術(shù)的智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)。2011年 金屬工藝學(xué) 省級精品課程建設(shè) 主要完成人2011年 金屬材料及工藝 省級精品課程建設(shè) 主要完成人2010年 機(jī)械設(shè)計 校級精品課程建設(shè) 主要完成人2011年 教學(xué)質(zhì)量獎2012年 教學(xué)成果獎
第0章 緒論 1
0.1機(jī)械的組成 1
0.1.1機(jī)器與機(jī)構(gòu) 1
0.1.2機(jī)構(gòu)、部件、構(gòu)件與零件 2
0.2本課程研究的內(nèi)容和任務(wù) 2
0.2.1本課程研究的主要內(nèi)容 2
0.2.2本課程的主要任務(wù) 3
0.3機(jī)械設(shè)計的基本要求和一般步驟 3
0.3.1機(jī)械設(shè)計的基本要求 3
0.3.2機(jī)械零件的設(shè)計準(zhǔn)則 3
0.3.3機(jī)械零件設(shè)計的一般步驟 4
第一篇 常 用 機(jī) 構(gòu)
第1章 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖及自由度 6
1.1機(jī)構(gòu)的組成 6
1.1.1運(yùn)動副的概念 6 第0章 緒論 1
0.1機(jī)械的組成 1
0.1.1機(jī)器與機(jī)構(gòu) 1
0.1.2機(jī)構(gòu)、部件、構(gòu)件與零件 2
0.2本課程研究的內(nèi)容和任務(wù) 2
0.2.1本課程研究的主要內(nèi)容 2
0.2.2本課程的主要任務(wù) 3
0.3機(jī)械設(shè)計的基本要求和一般步驟 3
0.3.1機(jī)械設(shè)計的基本要求 3
0.3.2機(jī)械零件的設(shè)計準(zhǔn)則 3
0.3.3機(jī)械零件設(shè)計的一般步驟 4
第一篇 常 用 機(jī) 構(gòu)
第1章 平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動簡圖及自由度 6
1.1機(jī)構(gòu)的組成 6
1.1.1運(yùn)動副的概念 6
1.1.2自由度與約束條件 6
1.1.3平面運(yùn)動副的分類 7
1.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 7
1.2.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的定義 7
1.2.2平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的繪制 7
1.2.3利用ADAMS進(jìn)行顎式破碎機(jī)
的運(yùn)動分析9
1.2.4利用ADAMS進(jìn)行單缸內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)動分析 12
1.3平面機(jī)構(gòu)的自由度 13
1.3.1平面機(jī)構(gòu)自由度的計算 13
1.3.2平面機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件 13
1.3.3計算平面機(jī)構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項 14
習(xí)題 16
第2章 平面連桿機(jī)構(gòu) 18
2.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型與工作特性 18
2.1.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型 18
2.1.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的工作特性 20
2.1.3利用ADAMS進(jìn)行牛頭刨床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 23
2.2鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件 25
2.3平面四桿機(jī)構(gòu)的演化 25
2.3.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 26
2.3.2導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 26
2.3.3搖塊機(jī)構(gòu)和定塊機(jī)構(gòu) 27
2.3.4偏心輪機(jī)構(gòu) 28
2.4平面四桿機(jī)構(gòu)的圖解法設(shè)計 28
2.4.1按給定的行程速比系數(shù)Ｋ設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu) 28
2.4.2按給定的連桿位置設(shè)計平面四桿機(jī)構(gòu) 29
2.5利用ANSYS進(jìn)行平面桁架結(jié)構(gòu)的受力分析 30
習(xí)題 32
第3章 凸輪機(jī)構(gòu) 34
3.1凸輪機(jī)構(gòu)的組成和分類 34
3.1.1凸輪機(jī)構(gòu)的組成 34
3.1.2凸輪機(jī)構(gòu)的分類 35
3.2從動件的常用運(yùn)動規(guī)律 36
3.2.1等速運(yùn)動規(guī)律 37
3.2.2等加速等減速運(yùn)動規(guī)律 37
3.2.3簡諧運(yùn)動規(guī)律 38
3.3圖解法設(shè)計凸輪輪廓 38
3.3.1凸輪輪廓曲線設(shè)計的基本原理 38
3.3.2對心直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計 39
3.3.3偏置直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的設(shè)計 40
3.3.4利用ADAMS進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計與仿真 41
3.4凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定 44
3.4.1凸輪機(jī)構(gòu)壓力角及其許用值 44
3.4.2滾子半徑的選擇 45
3.4.3基圓半徑的確定 45
習(xí)題 46
第4章 間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu) 48
4.1棘輪機(jī)構(gòu) 48
4.1.1棘輪機(jī)構(gòu)的工作原理 48
4.1.2棘輪機(jī)構(gòu)的類型 49
4.1.3棘輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 50
4.2槽輪機(jī)構(gòu) 51
4.2.1槽輪機(jī)構(gòu)的組成及工作原理 51
4.2.2槽輪機(jī)構(gòu)的分類及運(yùn)用 51
4.3不完全齒輪機(jī)構(gòu) 52
4.4凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu) 53
習(xí)題 54
第二篇 機(jī) 械 傳 動
第5章 齒輪傳動 56
5.1齒輪傳動的類型、特點及應(yīng)用 56
5.1.1齒輪傳動的類型 56
5.1.2齒輪傳動的特點及應(yīng)用 57
5.2齒廓嚙合基本定律 57
5.3漸開線和漸開線齒廓的嚙合特性 58
5.3.1漸開線及其性質(zhì) 58
5.3.2漸開線齒廓滿足定傳動比傳動的要求 59
5.3.3漸開線齒廓的嚙合特性 60
5.4標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸 60
5.4.1齒輪各部分的名稱及符號 60
5.4.2標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)及幾何尺寸計算 61
5.5漸開線標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動 63
5.5.1正確嚙合條件 63
5.5.2連續(xù)傳動條件 63
5.5.3正確安裝條件 64
5.6漸開線直齒圓柱齒輪的加工 66
5.6.1齒輪輪齒的加工方法 66
5.6.2輪齒的根切現(xiàn)象，齒輪的最小齒數(shù) 68
5.6.3變位齒輪簡介 68
5.7輪齒的失效形式和齒輪材料 69
5.7.1輪齒的失效形式 69
5.7.2設(shè)計準(zhǔn)則 70
5.7.3齒輪材料 71
5.8直齒圓柱齒輪的強(qiáng)度計算 72
5.8.1輪齒的受力分析和載荷計算 72
5.8.2齒根彎曲強(qiáng)度計算 73
5.8.3齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算 74
5.8.4輪齒的許用彎曲應(yīng)力和許用接觸應(yīng)力 76
5.8.5齒輪強(qiáng)度計算中的參數(shù)選擇 77
5.8.6利用ADAMS進(jìn)行圓柱齒輪嚙合的仿真分析 77
5.9斜齒圓柱齒輪傳動 79
5.9.1斜齒圓柱齒輪齒廓的形成及嚙合特點 79
5.9.2斜齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸計算 80
5.9.3斜齒輪正確嚙合的條件和重合度 82
5.10直齒圓錐齒輪傳動 83
5.10.1圓錐齒輪傳動概述 83
5.10.2圓錐齒輪的齒廓曲線、背錐和當(dāng)量齒數(shù) 84
5.10.3標(biāo)準(zhǔn)直齒圓錐齒輪的幾何尺寸計算 86
5.11齒輪傳動的潤滑 87
習(xí)題 88
第6章 蝸桿傳動 90
6.1概述 90
6.1.1蝸桿傳動的特點 90
6.1.2蝸桿傳動的類型 91
6.1.3利用ADAMS進(jìn)行蝸桿傳動嚙合的運(yùn)動仿真 92
6.2圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù)和幾何尺寸 94
6.2.1圓柱蝸桿傳動的主要參數(shù) 94
6.2.2蝸桿傳動的幾何尺寸計算 96
6.3蝸桿傳動的失效形式、材料和結(jié)構(gòu) 98
6.3.1蝸桿傳動的失效形式及材料選擇 98
6.3.2蝸桿、蝸輪的結(jié)構(gòu) 98
6.4蝸桿傳動的受力分析和強(qiáng)度計算 99
6.4.1蝸桿傳動的受力分析 99
6.4.2蝸桿傳動的強(qiáng)度計算 99
6.5蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算 100
6.5.1蝸桿傳動的效率 100
6.5.2蝸桿傳動的潤滑 101
6.5.3熱平衡計算 101
習(xí)題 102
第7章 撓性傳動 103
7.1帶傳動的類型、特點及運(yùn)用 103
7.1.1帶傳動的類型 103
7.1.2帶傳動的特點與運(yùn)用 104
7.2V帶和帶輪的結(jié)構(gòu) 105
7.2.1普通V帶的結(jié)構(gòu)和尺寸標(biāo)準(zhǔn) 105
7.2.2V帶輪的結(jié)構(gòu) 106
7.3帶傳動的工作情況分析 108
7.3.1帶傳動的受力分析 108
7.3.2帶傳動的應(yīng)力分析 109
7.4普通V帶傳動的計算 110
7.4.1帶傳動的失效形式和設(shè)計準(zhǔn)則 110
7.4.2單根V帶的基本額定功率P0 111
7.4.3帶傳動設(shè)計的原始數(shù)據(jù)及內(nèi)容 112
7.4.4設(shè)計步驟和傳動參數(shù)的選擇 112
7.5帶傳動的張緊、安裝及維護(hù) 115
7.5.1V帶傳動的張緊 115
7.5.2帶傳動的安裝與維護(hù) 116
7.6鏈傳動簡介 116
7.6.1鏈傳動的組成、特點、分類及應(yīng)用 116
7.6.2滾子鏈的結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn) 117
7.6.3鏈傳動的運(yùn)動特性 118
7.6.4鏈傳動的設(shè)計簡介及主要參數(shù)的選擇 119
習(xí)題 120
第三篇 連接
第8章螺紋連接 122
8.1螺紋連接的基本知識 122
8.1.1螺紋的形成 122
8.1.2螺紋的類型和應(yīng)用 123
8.1.3螺紋的主要參數(shù) 123
8.1.4螺紋連接的主要類型和應(yīng)用 124
8.2螺紋連接的預(yù)緊和防松 125
8.2.1螺紋連接的預(yù)緊 125
8.2.2螺紋連接的防松 126
8.3螺栓連接的強(qiáng)度計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計 127
8.3.1普通螺栓連接的強(qiáng)度計算 127
8.3.2螺紋連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計要點 131
8.3.3利用ANSYS進(jìn)行螺栓的強(qiáng)度校核 132
習(xí)題 135
第9章 鍵連接和銷連接 137
9.1鍵連接 137
9.1.1鍵連接的類型與特點 137
9.1.2平鍵連接的尺寸選擇和強(qiáng)度驗算 139
9.1.3花鍵連接141
9.1.4利用ANSYS進(jìn)行平鍵的有限元分析 143
9.2銷連接 145
習(xí)題 146
第四篇 軸系零部件
第10章 軸承 148
10.1軸承的分類 148
10.2滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型和代號 149
10.2.1滾動軸承的結(jié)構(gòu) 149
10.2.2滾動軸承的特性和類型 149
10.2.3滾動軸承的代號 153
10.3滾動軸承的壽命計算和尺寸選擇 155
10.3.1滾動軸承的載荷分析 155
10.3.2滾動軸承的失效形式及設(shè)計準(zhǔn)則 155
10.3.3基本額定壽命和基本額定動載荷 156
10.3.4滾動軸承的壽命計算 157
10.3.5角接觸軸承的軸向載荷計算 159
10.3.6滾動軸承的靜強(qiáng)度計算 160
10.4滾動軸承的組合設(shè)計 161
10.4.1軸系的軸向固定 161
10.4.2軸承組合的調(diào)整 162
10.4.3滾動軸承的配合 164
10.4.4滾動軸承的裝拆 164
10.4.5滾動軸承的潤滑和密封 164
10.5滑動軸承的類型及結(jié)構(gòu) 166
10.5.1滑動軸承的類型與摩擦狀態(tài) 166
10.5.2滑動軸承的結(jié)構(gòu) 167
10.5.3軸瓦的結(jié)構(gòu)及材料 168
10.5.4滑動軸承的潤滑 170
10.6非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計計算 171
10.6.1向心滑動軸承的計算 171
10.6.2推力滑動軸承的計算 173
習(xí)題 173
第11章 軸 175
11.1概述 175
11.1.1軸的類型 175
11.1.2軸的材料 176
11.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 177
11.2.1軸的組成 178
11.2.2零件在軸上的固定方法 178
11.2.3軸的結(jié)構(gòu)工藝性 179
11.2.4減小應(yīng)力集中，提高軸的疲勞強(qiáng)度 180
11.2.5軸的結(jié)構(gòu)尺寸 180
11.3軸的強(qiáng)度計算 181
11.3.1按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計算 181
11.3.2按彎扭合成強(qiáng)度條件計算 182
11.4軸的剛度計算 183
習(xí)題 184
第12章 聯(lián)軸器、離合器和制動器 185
12.1聯(lián)軸器 185
12.1.1剛性聯(lián)軸器 186
12.1.2撓性聯(lián)軸器 187
12.2離合器 190
12.2.1嵌合式離合器 190
12.2.2摩擦式離合器 191
12.2.3超越離合器 192
12.3制動器 192
12.3.1帶式制動器 193
12.3.2塊式制動器 193
12.3.3盤式制動器 194
習(xí)題 194
第五篇 減速器
第13章 輪系 196
13.1輪系及其分類 196
13.1.1定軸輪系 196
13.1.2周轉(zhuǎn)輪系 196
13.1.3復(fù)合輪系 197
13.2定軸輪系傳動比的計算 197
13.2.1一對齒輪嚙合的傳動比 198
13.2.2定軸輪系傳動比的計算 198
13.3周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算 200
13.3.1周轉(zhuǎn)輪系的組成 200
13.3.2周轉(zhuǎn)輪系傳動比的計算 201
13.4復(fù)合輪系傳動比的計算 202
13.5輪系的應(yīng)用 204
13.5.1輪系的應(yīng)用 204
13.5.2利用ADAMS進(jìn)行汽車后橋差速器輪系的設(shè)計與運(yùn)動分析 205
習(xí)題 208
第14章 減速器設(shè)計與模態(tài)分析實例 210
14.1減速器的應(yīng)用分析 210
14.1.1常用減速器的主要類型、特點和應(yīng)用 210
14.1.2減速器的主要參數(shù)及傳動比的分配原則 212
14.2減速器的結(jié)構(gòu) 212
14.2.1減速器的軸系部件 214
14.2.2減速器箱體 214
14.2.3減速器的附件 214
14.3減速器的裝配圖 215
14.3.1裝配圖的作用和內(nèi)容 215
14.3.2減速器的裝配圖 216
14.4深海潛艇的模態(tài)分析 217
14.4.1導(dǎo)入模型 217
14.4.2選擇分析類型 218
14.4.3靜力學(xué)分析 218
14.4.4模態(tài)分析 222
習(xí)題 225
參考文獻(xiàn) 226
前言
在知識經(jīng)濟(jì)時代，機(jī)械的常規(guī)設(shè)計方法必須向現(xiàn)代設(shè)計方法和現(xiàn)代設(shè)計工具運(yùn)用過渡才具有生命力。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法涉及的內(nèi)容十分廣泛，本書力求從普通高等教育機(jī)械類應(yīng)用型人才及卓越工程師培養(yǎng)的需要出發(fā)，結(jié)合教育部有關(guān)“機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)”課程教學(xué)基本要求和近幾年教學(xué)內(nèi)容改革和綜合能力培養(yǎng)的需要，充分汲取各院校在培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才方面的經(jīng)驗和成果，以“必需、夠用”為度，力求做到精選內(nèi)容、適當(dāng)拓寬知識面、反映學(xué)科新成就、現(xiàn)代設(shè)計新工具和新方法；密切結(jié)合工程實際，突出應(yīng)用性，重排教學(xué)內(nèi)容，簡化理論與公式，結(jié)合編者多年的教學(xué)經(jīng)驗和教改實踐編寫而成，可供機(jī)械及近機(jī)械類、機(jī)電類各專業(yè)使用。
作為機(jī)械學(xué)科課程體系中的一門技術(shù)基礎(chǔ)課教程，編寫中力求使本書具有如下特色。
（1）對機(jī)械設(shè)計整體內(nèi)容進(jìn)行了重新編排與整理。按照實際工程的內(nèi)在聯(lián)系和認(rèn)識的一般規(guī)律，將全書內(nèi)容分為5篇進(jìn)行闡述。第一篇主要介紹自由度、平面連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)及間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點和運(yùn)用等；第二篇包括齒輪傳動、蝸桿傳動和撓性傳動的特點、運(yùn)用及主要參數(shù)設(shè)計等；第三篇包括螺紋連接、銷連接及鍵連接的基礎(chǔ)知識；第四篇包括軸承、軸、聯(lián)軸器、離合器和制動器的基本知識；第五篇為輪系和減速器等設(shè)計內(nèi)容。
（2）本書不僅具有系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計理論基礎(chǔ)知識體系，而且汲取經(jīng)典機(jī)械設(shè)計內(nèi)容精華，最大的特色在于融入了現(xiàn)代設(shè)計工具的應(yīng)用方法，使得學(xué)生所學(xué)的理論知識有確切的工程實踐命題得以印證。
（3）在系統(tǒng)總結(jié)了機(jī)械工程人才的培養(yǎng)要求和現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對工程師基本素質(zhì)的要求后，系統(tǒng)地梳理經(jīng)典機(jī)械設(shè)計課程的內(nèi)容體系構(gòu)架，適時恰當(dāng)?shù)丶尤氍F(xiàn)代設(shè)計工具軟件的應(yīng)用案例，解答傳統(tǒng)課本中的經(jīng)典設(shè)計問題，同時融入與工程實踐相關(guān)的設(shè)計性問題并提供使用工具軟件解答優(yōu)化設(shè)計的全部過程，使得學(xué)生不僅具有扎實的設(shè)計理論基礎(chǔ)，同時具有從事現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)設(shè)計的基本能力，成為名符其實的機(jī)械設(shè)計卓越工程師。
（4）現(xiàn)代設(shè)計工具應(yīng)用軟件教學(xué)采用圖文并茂的講解方式，圖形、圖樣清晰規(guī)范，文字表達(dá)深入淺出，采用了已頒布的新國家標(biāo)準(zhǔn)、有關(guān)技術(shù)規(guī)范、數(shù)據(jù)和資料。
（5）本書編寫組創(chuàng)建QQ群：39024033，用于專業(yè)教師同行探討問題、研究教學(xué)方法、交流教學(xué)資源，同時為本書提供課件下載。
本書由山東理工大學(xué)于文強(qiáng)、重慶大學(xué)機(jī)械傳動國家重點實驗室趙相路、營口理工學(xué)院王靜波、鄭州科技學(xué)院朱永剛和鄭喜貴等教學(xué)一線的老師合作編寫。
本書由山東理工大學(xué)王蘭美教授擔(dān)任主審，在此表示衷心的感謝。在編寫過程中，我們參考了相關(guān)文獻(xiàn)，在此對這些文獻(xiàn)的作者表示衷心的感謝！
盡管我們?yōu)楸緯冻隽耸值呐托难珪腥源嬖诓蛔阒帲瑧┱垙V大同行和讀者批評指正，編者郵箱：yyu2000@126?com。
編者
2013年10月
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