本書按照教育部高等學校機械基礎課程教學指導分委員會制定的“機械設計基礎課程教學基本要求”編寫，并在此基礎上適當地擴充了內容。全書共分為5篇，第一篇為第1~4章，屬于常用機構基本知識，主要介紹自由度、平面連桿機構、凸輪機構及間歇運動機構的結構特點和運用等；第二篇為第5~7章，屬于機械傳動，包括齒輪傳動、蝸桿傳動和撓性傳動的特點、運用及主要參數設計等；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計等內容。各章節經典例題選用現代設計工具軟件進行設計、優化分析，實現基礎理論與現代工具的運用融合。章后附有習題，可輔助讀者進行知識的鞏固學習。
基礎理論與工程應用案例并重，解答經典機械結構設計問題。
于文強，2000年至今 山東理工大學。中國機械工程學會會員。主持2011年基于ZigBee技術的智能環境監測系統設計與開發。2011年 金屬工藝學 省級精品課程建設 主要完成人2011年 金屬材料及工藝 省級精品課程建設 主要完成人2010年 機械設計 校級精品課程建設 主要完成人2011年 教學質量獎2012年 教學成果獎
第0章 緒論 1
0.1機械的組成 1
0.1.1機器與機構 1
0.1.2機構、部件、構件與零件 2
0.2本課程研究的內容和任務 2
0.2.1本課程研究的主要內容 2
0.2.2本課程的主要任務 3
0.3機械設計的基本要求和一般步驟 3
0.3.1機械設計的基本要求 3
0.3.2機械零件的設計準則 3
0.3.3機械零件設計的一般步驟 4
第一篇 常 用 機 構
第1章 平面機構的運動簡圖及自由度 6
1.1機構的組成 6
1.1.1運動副的概念 6 第0章 緒論 1
0.1機械的組成 1
0.1.1機器與機構 1
0.1.2機構、部件、構件與零件 2
0.2本課程研究的內容和任務 2
0.2.1本課程研究的主要內容 2
0.2.2本課程的主要任務 3
0.3機械設計的基本要求和一般步驟 3
0.3.1機械設計的基本要求 3
0.3.2機械零件的設計準則 3
0.3.3機械零件設計的一般步驟 4
第一篇 常 用 機 構
第1章 平面機構的運動簡圖及自由度 6
1.1機構的組成 6
1.1.1運動副的概念 6
1.1.2自由度與約束條件 6
1.1.3平面運動副的分類 7
1.2平面機構運動簡圖 7
1.2.1機構運動簡圖的定義 7
1.2.2平面機構運動簡圖的繪制 7
1.2.3利用ADAMS進行顎式破碎機
的運動分析9
1.2.4利用ADAMS進行單缸內燃機的運動分析 12
1.3平面機構的自由度 13
1.3.1平面機構自由度的計算 13
1.3.2平面機構具有確定運動的條件 13
1.3.3計算平面機構自由度時應注意的事項 14
習題 16
第2章 平面連桿機構 18
2.1鉸鏈四桿機構的基本類型與工作特性 18
2.1.1鉸鏈四桿機構的基本類型 18
2.1.2鉸鏈四桿機構的工作特性 20
2.1.3利用ADAMS進行牛頭刨床機構的運動分析 23
2.2鉸鏈四桿機構的曲柄存在條件 25
2.3平面四桿機構的演化 25
2.3.1曲柄滑塊機構 26
2.3.2導桿機構 26
2.3.3搖塊機構和定塊機構 27
2.3.4偏心輪機構 28
2.4平面四桿機構的圖解法設計 28
2.4.1按給定的行程速比系數Ｋ設計平面四桿機構 28
2.4.2按給定的連桿位置設計平面四桿機構 29
2.5利用ANSYS進行平面桁架結構的受力分析 30
習題 32
第3章 凸輪機構 34
3.1凸輪機構的組成和分類 34
3.1.1凸輪機構的組成 34
3.1.2凸輪機構的分類 35
3.2從動件的常用運動規律 36
3.2.1等速運動規律 37
3.2.2等加速等減速運動規律 37
3.2.3簡諧運動規律 38
3.3圖解法設計凸輪輪廓 38
3.3.1凸輪輪廓曲線設計的基本原理 38
3.3.2對心直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的設計 39
3.3.3偏置直動從動件盤形凸輪輪廓曲線的設計 40
3.3.4利用ADAMS進行凸輪機構的設計與仿真 41
3.4凸輪機構基本參數的確定 44
3.4.1凸輪機構壓力角及其許用值 44
3.4.2滾子半徑的選擇 45
3.4.3基圓半徑的確定 45
習題 46
第4章 間歇運動機構 48
4.1棘輪機構 48
4.1.1棘輪機構的工作原理 48
4.1.2棘輪機構的類型 49
4.1.3棘輪機構的應用 50
4.2槽輪機構 51
4.2.1槽輪機構的組成及工作原理 51
4.2.2槽輪機構的分類及運用 51
4.3不完全齒輪機構 52
4.4凸輪間歇運動機構 53
習題 54
第二篇 機 械 傳 動
第5章 齒輪傳動 56
5.1齒輪傳動的類型、特點及應用 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 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標準直齒圓柱齒輪的基本參數和幾何尺寸 60
5.4.1齒輪各部分的名稱及符號 60
5.4.2標準直齒圓柱齒輪的基本參數及幾何尺寸計算 61
5.5漸開線標準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輪齒的根切現象，齒輪的最小齒數 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設計準則 70
5.7.3齒輪材料 71
5.8直齒圓柱齒輪的強度計算 72
5.8.1輪齒的受力分析和載荷計算 72
5.8.2齒根彎曲強度計算 73
5.8.3齒面接觸疲勞強度計算 74
5.8.4輪齒的許用彎曲應力和許用接觸應力 76
5.8.5齒輪強度計算中的參數選擇 77
5.8.6利用ADAMS進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、背錐和當量齒數 84
5.10.3標準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進行蝸桿傳動嚙合的運動仿真 92
6.2圓柱蝸桿傳動的主要參數和幾何尺寸 94
6.2.1圓柱蝸桿傳動的主要參數 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、材料和結構 98
6.3.1蝸桿傳動的失效形式及材料選擇 98
6.3.2蝸桿、蝸輪的結構 98
6.4蝸桿傳動的受力分析和強度計算 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
習題 102
第7章 撓性傳動 103
7.1帶傳動的類型、特點及運用 103
7.1.1帶傳動的類型 103
7.1.2帶傳動的特點與運用 104
7.2V帶和帶輪的結構 105
7.2.1普通V帶的結構和尺寸標準 105
7.2.2V帶輪的結構 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計準則 110
7.4.2單根V帶的基本額定功率P0 111
7.4.3帶傳動設計的原始數據及內容 112
7.4.4設計步驟和傳動參數的選擇 112
7.5帶傳動的張緊、安裝及維護 115
7.5.1V帶傳動的張緊 115
7.5.2帶傳動的安裝與維護 116
7.6鏈傳動簡介 116
7.6.1鏈傳動的組成、特點、分類及應用 116
7.6.2滾子鏈的結構及標準 117
7.6.3鏈傳動的運動特性 118
7.6.4鏈傳動的設計簡介及主要參數的選擇 119
習題 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螺紋的類型和應用 123
8.1.3螺紋的主要參數 123
8.1.4螺紋連接的主要類型和應用 124
8.2螺紋連接的預緊和防松 125
8.2.1螺紋連接的預緊 125
8.2.2螺紋連接的防松 126
8.3螺栓連接的強度計算和結構設計 127
8.3.1普通螺栓連接的強度計算 127
8.3.2螺紋連接的結構設計要點 131
8.3.3利用ANSYS進行螺栓的強度校核 132
習題 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度驗算 139
9.1.3花鍵連接141
9.1.4利用ANSYS進行平鍵的有限元分析 143
9.2銷連接 145
習題 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滾動軸承的結構、類型和代號 149
10.2.1滾動軸承的結構 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計準則 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滾動軸承的靜強度計算 160
10.4滾動軸承的組合設計 161
10.4.1軸系的軸向固定 161
10.4.2軸承組合的調整 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構 166
10.5.1滑動軸承的類型與摩擦狀態 166
10.5.2滑動軸承的結構 167
10.5.3軸瓦的結構及材料 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軸的結構設計 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軸的結構工藝性 179
11.2.4減小應力集中，提高軸的疲勞強度 180
11.2.5軸的結構尺寸 180
11.3軸的強度計算 181
11.3.1按扭轉強度條件計算 181
11.3.2按彎扭合成強度條件計算 182
11.4軸的剛度計算 183
習題 184
第12章 聯軸器、離合器和制動器 185
12.1聯軸器 185
12.1.1剛性聯軸器 186
12.1.2撓性聯軸器 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周轉輪系 196
13.1.3復合輪系 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周轉輪系傳動比的計算 200
13.3.1周轉輪系的組成 200
13.3.2周轉輪系傳動比的計算 201
13.4復合輪系傳動比的計算 202
13.5輪系的應用 204
13.5.1輪系的應用 204
13.5.2利用ADAMS進行汽車后橋差速器輪系的設計與運動分析 205
習題 208
第14章 減速器設計與模態分析實例 210
14.1減速器的應用分析 210
14.1.1常用減速器的主要類型、特點和應用 210
14.1.2減速器的主要參數及傳動比的分配原則 212
14.2減速器的結構 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裝配圖的作用和內容 215
14.3.2減速器的裝配圖 216
14.4深海潛艇的模態分析 217
14.4.1導入模型 217
14.4.2選擇分析類型 218
14.4.3靜力學分析 218
14.4.4模態分析 222
習題 225
參考文獻 226
前言
在知識經濟時代，機械的常規設計方法必須向現代設計方法和現代設計工具運用過渡才具有生命力。現代機械設計方法涉及的內容十分廣泛，本書力求從普通高等教育機械類應用型人才及卓越工程師培養的需要出發，結合教育部有關“機械設計基礎”課程教學基本要求和近幾年教學內容改革和綜合能力培養的需要，充分汲取各院校在培養應用型技術人才方面的經驗和成果，以“必需、夠用”為度，力求做到精選內容、適當拓寬知識面、反映學科新成就、現代設計新工具和新方法；密切結合工程實際，突出應用性，重排教學內容，簡化理論與公式，結合編者多年的教學經驗和教改實踐編寫而成，可供機械及近機械類、機電類各專業使用。
作為機械學科課程體系中的一門技術基礎課教程，編寫中力求使本書具有如下特色。
（1）對機械設計整體內容進行了重新編排與整理。按照實際工程的內在聯系和認識的一般規律，將全書內容分為5篇進行闡述。第一篇主要介紹自由度、平面連桿機構、凸輪機構及間歇運動機構的結構特點和運用等；第二篇包括齒輪傳動、蝸桿傳動和撓性傳動的特點、運用及主要參數設計等；第三篇包括螺紋連接、銷連接及鍵連接的基礎知識；第四篇包括軸承、軸、聯軸器、離合器和制動器的基本知識；第五篇為輪系和減速器等設計內容。
（2）本書不僅具有系統的機械設計理論基礎知識體系，而且汲取經典機械設計內容精華，最大的特色在于融入了現代設計工具的應用方法，使得學生所學的理論知識有確切的工程實踐命題得以印證。
（3）在系統總結了機械工程人才的培養要求和現代工業企業對工程師基本素質的要求后，系統地梳理經典機械設計課程的內容體系構架，適時恰當地加入現代設計工具軟件的應用案例，解答傳統課本中的經典設計問題，同時融入與工程實踐相關的設計性問題并提供使用工具軟件解答優化設計的全部過程，使得學生不僅具有扎實的設計理論基礎，同時具有從事現代機械工業設計的基本能力，成為名符其實的機械設計卓越工程師。
（4）現代設計工具應用軟件教學采用圖文并茂的講解方式，圖形、圖樣清晰規范，文字表達深入淺出，采用了已頒布的新國家標準、有關技術規范、數據和資料。
（5）本書編寫組創建QQ群：39024033，用于專業教師同行探討問題、研究教學方法、交流教學資源，同時為本書提供課件下載。
本書由山東理工大學于文強、重慶大學機械傳動國家重點實驗室趙相路、營口理工學院王靜波、鄭州科技學院朱永剛和鄭喜貴等教學一線的老師合作編寫。
本書由山東理工大學王蘭美教授擔任主審，在此表示衷心的感謝。在編寫過程中，我們參考了相關文獻，在此對這些文獻的作者表示衷心的感謝！
盡管我們為本書付出了十分的努力和心血，但書中仍存在不足之處，懇請廣大同行和讀者批評指正，編者郵箱：yyu2000@126?com。
編者
2013年10月
新書資訊