机械设计基础(汽车类专业适用新工科普通高等教育汽车类系列教材)【集团自营】

前言
上篇机械基础部分
第1章绪论2
1.1机器的类型和组成2
1.1.1机器的类型2
1.1.2机器的功能组成2
1.1.3机器的结构组成4
1.2本课程研究的内容、对象与任务5
1.2.1本课程的主要内容及研究对象5
1.2.2本课程的地位与性质5
1.2.3本课程的主要任务及学习方法6
1.3机械设计的基本要求和一般程序7
1.3.1机械设计的基本要求7
1.3.2机械设计的一般程序和主要内容7
1.3.3机械零件设计的基本要求和一般步骤8
思考练习题9
第2章机构组成和机构分析基础知识10
2.1机构的组成10
2.1.1构件及其分类10
2.1.2运动副及其分类11
2.1.3汽车中的运动副12
2.2平面机构运动简图13
2.2.1机构运动简图的概念13
2.2.2运动副和构件的表示14
2.2.3绘制平面机构运动简图的方法和步骤16
2.2.4机构运动简图在汽车上的应用18
2.3平面机构的自由度计算及具有确定运动的条件19
2.3.1机构自由度的计算公式19
2.3.2机构具有确定运动的条件19
2.3.3计算机构自由度时应注意的事项20
2.4速度瞬心及应用24
2.4.1速度瞬心的概念及数量24
2.4.2速度瞬心的确定24
2.4.3速度瞬心在汽车设计中的应用26
思考练习题27
第3章平面连杆机构29
3.1铰链四杆机构30
3.1.1曲柄存在的条件30
3.1.2铰链四杆机构的基本形式及应用31
3.1.3铰链四杆机构的演变34
3.2具有移动副的四杆机构及其扩展36
3.2.1含有一个移动副的四杆机构36
3.2.2含有两个移动副的四杆机构（双滑块机构）38
3.2.3四杆机构的扩展39
3.3平面四杆机构的基本特性40
3.3.1四杆机构的急回特性和行程速比系数40
3.3.2压力角和传动角42
3.3.3机构的死点43
3.4平面四杆机构的运动学设计44
3.4.1平面连杆机构设计概述44
3.4.2按给定的行程速比系数设计四杆机构45
3.4.3按给定连杆的位置设计四杆机构47
3.4.4按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构47
3.4.5按给定点的运动轨迹设计四杆机构48
3.5平面机构在汽车上的应用49
3.5.1履带车辆悬挂装置49
3.5.2汽车发动机的曲柄连杆机构50
3.5.3汽车底盘的转向梯形51
3.5.4中型货车的自卸机构53
思考练习题53
第4章凸轮机构55
4.1凸轮机构概述55
4.1.1凸轮机构的组成和特点55
4.1.2凸轮机构的分类55
4.1.3凸轮与从动件维持高副接触的
方式57
4.1.4凸轮机构的应用58
4.2凸轮机构的从动件运动规律60
4.2.1基本名词术语60
4.2.2常用的从动件运动规律61
4.2.3从动件运动规律的组合65
4.3凸轮机构的压力角66
4.3.1凸轮机构压力角与从动件受力之间的关系66
4.3.2凸轮机构压力角与尺寸之间的关系67
4.4用作图法设计凸轮轮廓曲线68
4.4.1反转原理68
4.4.2直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制69
4.4.3对心直动滚子凸轮轮廓的绘制70
4.4.4其他凸轮轮廓曲线的绘制72
4.5用解析法设计凸轮轮廓曲线73
4.5.1直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计74
4.5.2直动平底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计75
4.5.3摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计75
思考练习题76
第5章齿轮机构78
5.1齿轮机构概述78
5.1.1齿轮机构的特点78
5.1.2齿轮机构的类型78
5.1.3齿轮机构在汽车上的应用78
5.2渐开线齿廓的啮合特性82
5.2.1齿廓啮合基本定律82
5.2.2渐开线的形成及性质83
5.2.3渐开线的啮合特性84
5.3渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸计算85
5.3.1渐开线齿轮各部分的名称和符号85
5.3.2渐开线齿轮的主要参数86
5.3.3齿条与内齿轮88
5.4渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合89
5.4.1正确啮合的条件89
5.4.2重合度89
5.4.3标准中心距91
5.5渐开线齿轮的加工、根切与变位91
5.5.1渐开线齿轮的加工方法91
5.5.2根切现象及 少齿数94
5.5.3变位齿轮95
5.5.4齿轮传动类型97
5.6平行轴斜齿圆柱齿轮机构98
5.6.1斜齿轮概述98
5.6.2斜齿轮的主要参数及几何尺寸100
5.6.3斜齿轮传动的重合度101
5.6.4斜齿轮的当量齿轮与当量齿数102
5.6.5斜齿轮的啮合特点103
5.7锥齿轮机构104
5.7.1锥齿轮概述104
5.7.2直齿锥齿轮机构104
5.7.3汽车主减速器常用的锥齿轮简介107
5.8蜗杆机构109
5.8.1蜗杆传动的形成和种类109
5.8.2蜗杆传动的正确啮合条件110
5.8.3蜗杆传动的基本参数和几何尺寸111
5.8.4蜗杆机构的主要特点114
思考练习题115
第6章齿轮系117
6.1齿轮系的应用及类型117
6.1.1定轴轮系117
6.1.2周转轮系117
6.1.3复合轮系118
6.1.4轮系的基本概念118
6.2定轴轮系传动比的确定120
6.2.1定轴轮系传动比的计算120
6.2.2定轴轮系主、从动轮转向关系的确定121
6.3周转轮系传动比的计算122
6.3.1转化轮系122
6.3.2转化轮系传动比的计算123
6.4复合轮系的传动比125
6.5轮系在汽车中的应用126
6.5.1轮系在汽车手动变速器中的应用126
6.5.2汽车自动变速器行星齿轮机构的工作原理128
6.5.3行星齿轮机构在汽车驱动桥差速器中的应用132
思考练习题133
第7章其他常用机构135
7.1棘轮机构135
7.1.1棘轮机构的组成及工作原理135
7.1.2轮齿式棘轮机构136
7.1.3摩擦式棘轮机构137
7.1.4棘轮机构的特点和应用137
7.2其他间歇运动机构139
7.2.1槽轮机构139
7.2.2不 齿轮机构141
7.2.3凸轮间歇运动机构141
7.3螺旋机构142
7.3.1螺旋机构概述142
7.3.2差动螺旋机构143
7.3.3复式螺旋机构143
7.3.4双移动螺旋机构144
7.4万向联轴器145
7.4.1单万向联轴器145
7.4.2双万向联轴器145
思考练习题147
第8章机械系统动力学分析与设计148
8.1机械周期性速度波动与调节148
8.1.1周期性速度波动148
8.1.2周期性速度波动调节的基本原理150
8.1.3飞轮设计150
8.2机械非周期性速度波动与调节153
8.2.1非周期性速度波动153
8.2.2非周期性速度波动的调节153
8.3机械平衡概述155
8.3.1绕固定轴回转的构件的惯性力平衡155
8.3.2机构的平衡155
8.3.3转子的平衡品质156
8.4刚性转子的平衡设计157
8.4.1刚性转子的静平衡计算157
8.4.2刚性转子的动平衡计算158
8.5刚性转子的平衡试验160
8.5.1静平衡试验160
8.5.2动平衡试验161
思考练习题162下篇机械零件部分
第9章机械零件设计概论165
9.1机械零件的工作能力165
9.1.1机械零件的主要失效形式165
9.1.2机械零件的设计计算准则166
9.2机械零件的常用材料及选用168
9.2.1机械零件的常用材料168
9.2.2机械零件材料的选用172
9.3机械零件的强度173
9.3.1载荷和应力的分类173
9.3.2机械零件的疲劳破坏175
9.3.3许用应力177
9.4机械零件的表面强度180
9.4.1表面挤压强度180
9.4.2表面磨损强度181
9.4.3接触疲劳强度181
9.5摩擦、磨损和润滑概述184
9.5.1摩擦184
9.5.2磨损185
9.5.3润滑187
9.6机械零件的“三化”193
9.6.1“三化”的含义及其优越性193
9.6.2机械零部件的标准化194
9.7机械零件的设计方法194
9.7.1机械零件的常规设计方法194
9.7.2现代机械设计方法简介195
思考练习题197
0章非轴毂连接198
10.1螺纹198
10.1.1螺纹的形成198
10.1.2螺纹的主要参数198
10.1.3螺纹的种类200
10.2螺旋副的受力分析、自锁和效率202
10.2.1矩形螺纹的受力分析和自锁202
10.2.2非矩形螺纹的受力分析和自锁203
10.2.3螺旋副的效率204
10.3螺纹连接204
10.3.1标准螺纹紧固件204
10.3.2螺纹连接的类型206
10.3.3螺纹连接的拧紧和防松208
10.4螺栓连接的强度计算212
10.4.1螺栓连接的主要失效形式及设计准则212
10.4.2松螺栓连接213
10.4.3紧螺栓连接213
10.4.4螺栓连接的材料及性能等级217
10.5提高螺栓连接强度的措施218
10.5.1改善螺纹牙间的载荷分配219
10.5.2减小螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围220
10.5.3避免附加弯曲应力221
10.5.4其他措施221
10.6螺旋传动222
10.6.1螺旋传动分类222
10.6.2滑动螺旋传动的材料和失效形式223
10.6.3滑动螺旋传动的设计计算224
10.6.4其他螺旋传动简介226
10.7不可拆连接简介228
10.7.1胶接228
10.7.2焊接230
10.7.3铆接230
思考练习题231
1章齿轮传动和蜗杆传动233
11.1齿轮传动的失效形式和设计计算准则233
11.1.1轮齿的失效形式233
11.1.2齿轮传动的设计准则236
11.2齿轮常用材料、热处理方法和传动精度237
11.2.1齿轮常用材料237
11.2.2齿轮常用的热处理方法237
11.2.3齿轮传动的误差和精度238
11.3直齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算239
11.3.1直齿圆柱齿轮传动的受力分析和计算载荷239
11.3.2直齿圆柱齿轮的强度计算241
11.3.3直齿圆柱齿轮主要参数的选取243
11.4斜齿圆柱齿轮传动246
11.4.1斜齿圆柱齿轮的受力分析246
11.4.2斜齿圆柱齿轮的强度计算246
11.5直齿锥齿轮传动249
11.5.1直齿锥齿轮的受力分析249
11.5.2直齿锥齿轮的强度计算250
11.6齿轮变位对强度计算的影响252
11.6.1对齿根弯曲疲劳强度的影响252
11.6.2对齿面接触疲劳强度的影响252
11.7齿轮的构造、润滑和效率252
11.7.1齿轮的结构设计252
11.7.2齿轮传动的润滑255
11.7.3齿轮传动的效率257
11.8蜗杆传动的失效形式、材料和
结构257
11.8.1蜗杆传动的失效形式和计算
准则257
11.8.2蜗杆、蜗轮常用材料258
11.8.3蜗杆与蜗轮的结构258
11.9圆柱蜗杆传动的受力分析和强度计算260
11.9.1蜗杆传动的受力分析260
11.9.2圆柱蜗杆传动的强度计算261
11.10圆柱蜗杆传动的效率、润滑及其热平衡计算263
11.10.1蜗杆传动的效率263
11.10.2蜗杆传动的润滑264
11.10.3蜗杆传动的热平衡计算264
思考练习题266
2章轴的连接与制动269
12.1轴毂连接269
12.1.1键连接269
12.1.2花键连接272
12.1.3销连接274
12.1.4过盈连接275
12.1.5成形连接277
12.2联轴器277
12.2.1联轴器的分类278
12.2.2刚性联轴器279
12.2.3挠性联轴器279
12.2.4安全联轴器283
12.2.5联轴器的选用284
12.3离合器285
12.3.1嵌合式离合器286
12.3.2摩擦式离合器286
12.3.3摩擦式离合器主要参数的计算与选择287
12.3.4电磁离合器简介290
12.4制动器291
12.4.1制动器的功用与类型291
12.4.2外抱式制动器292
12.4.3带式制动器293
12.4.4鼓式制动器293
12.4.5盘式制动器295
思考练习题296
3章挠性传动298
13.1带传动概述298
13.1.1带传动的分类298
13.1.2V带的结构和类型300
13.1.3V带的主要几何参数301
13.1.4摩擦型带传动的特点302
13.2带传动的受力分析和运动特性302
13.2.1带传动的受力分析302
13.2.2带传动的弹性滑动和打滑304
13.2.3带传动的应力分析305
13.3普通V带传动的设计307
13.3.1单根普通V带所能传递的功率307
13.3.2普通V带的型号和根数的确定308
13.3.3普通V带的设计步骤310
13.4V带轮的结构和V带传动的张紧312
13.4.1V带轮的结构312
13.4.2V带传动的张紧、安装与防护313
13.5同步带简介316
13.5.1同步带传动的特点及应用316
13.5.2同步带的结构、类型和主要参数316
13.5.3同步带轮318
13.6链传动概述318
13.6.1链传动的类型、特点和应用318
13.6.2滚子链的结构特点319
13.6.3滚子链链轮321
13.7链传动的运动特性和受力分析323
13.7.1链传动的运动特性323
13.7.2链传动的受力分析325
13.8滚子链传动的失效分析和设计
计算325
13.8.1滚子链传动的失效形式325
13.8.2链传动的参数及计算327
13.8.3滚子链传动的设计计算330
13.9链传动的布置、张紧和润滑331
13.9.1链传动的布置331
13.9.2链传动的张紧332
13.9.3链传动的润滑332
思考练习题334
4章轴335
14.1轴的概述335
14.1.1轴的分类335
14.1.2轴的常用材料337
14.2轴的结构设计338
14.2.1轴的结构设计概述338
14.2.2制造安装要求339
14.2.3轴上零件的定位和固定339
14.2.4各轴段直径和长度的确定341
14.2.5提高轴的强度和刚度的措施342
14.3轴的强度计算344
14.4轴的刚度计算349
14.4.1概述349
14.4.2轴的弯曲变形计算350
14.4.3轴的扭转变形计算350
14.5轴的振动稳定性351
14.5.1轴的振动概念351
14.5.2轴的临界转速概念352
14.5.3汽车传动轴的稳定性353
思考练习题353
5章滑动轴承356
15.1滑动轴承概述356
15.1.1滑动轴承分类356
15.1.2滑动轴承的特点和应用356
15.1.3滑动轴承的润滑357
15.1.4滑动轴承设计的主要任务359
15.2滑动轴承的结构型式359
15.2.1径向滑动轴承的结构型式359
15.2.2止推滑动轴承361
15.3轴瓦的材料和结构362
15.3.1滑动轴承的失效形式362
15.3.2轴承材料363
15.3.3轴瓦结构364
15.4不 液体润滑滑动轴承的设计计算368
15.4.1径向轴承368
15.4.2止推轴承369
15.5液体动压润滑的原理和基本方程370
15.5.1液体动压润滑的形成原理及条件370
15.5.2径向滑动轴承形成液体动压润滑的过程371
15.5.3液体动压润滑的基本方程372
15.6径向动压轴承的几何关系和承载量的计算373
15.6.1径向动压轴承的几何参数373
15.6.2径向动压轴承工作能力计算374
15.6.3 小油膜厚度375
15.7其他型式滑动轴承简介375
15.7.1自润滑轴承375
15.7.2多油楔滑动轴承376
15.7.3液体静压轴承377
15.7.4气体润滑轴承378
15.7.5磁流体轴承379
思考练习题380
6章滚动轴承381
16.1滚动轴承概述381
16.1.1滚动轴承的基本结构381
16.1.2滚动轴承的结构特性382
16.1.3滚动轴承的材料383
16.2滚动轴承的常用类型和选择383
16.2.1滚动轴承的类型383
16.2.2滚动轴承的代号384
16.2.3滚动轴承类型的选择388
16.3滚动轴承的受载情况和失效形式389
16.3.1滚动轴承的受载情况389
16.3.2滚动轴承零件的应力情况390
16.3.3滚动轴承的失效形式和计算准则391
16.4滚动轴承的选择计算392
16.4.1滚动轴承的寿命和载荷392
16.4.2角接触向心轴承轴向载荷的
计算395
16.4.3滚动轴承的静强度校核396
16.5滚动轴承的润滑与密封398
16.5.1滚动轴承的润滑398
16.5.2滚动轴承的密封401
16.6滚动轴承组合的结构设计403
16.6.1滚动轴承的轴向固定和基本结构类型403
16.6.2滚动轴承的基本组合形式405
16.6.3滚动轴承组合的调整407
16.6.4滚动轴承的配合410
16.6.5滚动轴承的安装与拆卸410
思考练习题411
第1章弹簧414
17.1弹簧概述414
17.1.1弹簧的基本功能414
17.1.2弹簧的基本类型414
17.1.3弹簧的制造、材料和许用应力416
17.2圆柱螺旋压缩（拉伸）弹簧的设计计算418
17.2.1弹簧的应力418
17.2.2弹簧的变形420
17.2.3圆柱螺旋弹簧的结构及几何尺寸421
17.2.4圆柱螺旋压缩弹簧的特性曲线和稳定性424
17.2.5受变载荷作用弹簧的疲劳强度校核425
17.3汽车用弹簧简介428
17.3.1膜片弹簧428
17.3.2钢板弹簧430
17.3.3扭杆弹簧432
17.3.4气体弹簧432
思考练习题433
附录435
附录A螺纹基本尺寸435
附录B普通平键和键槽的尺寸437
附录C常用的齿轮材料及其力学性能438
附录D单根普通V带的基本额定功率439
附录E常用滑动轴承轴瓦材料的性能440
附录F常用滚动轴承的类型、结构和特性441
参考文献444