机械设计基础

《机械设计基础》

机械设计基础综述1

0.1本课程研究的对象及内容1

0.2机械零件设计的基本准则及工程力学基础2

0.3机械零件常用金属材料和钢热处理常识7

思考题11

项目一机械设计静力学知识准备12

1.1力的概念和公理12

1.1.1力的概念12

1.1.2 静力学公理13

1.2常见约束及其力学模型15

1.2.1约束和约束反力15

1.2.2常见约束类型15

1.3物体的受力分析和受力图17

1.4平面汇交力系的合成与平衡19

1.4.1平面汇交力系合成的几何法19

1.4.2平面汇交力系合成的解析法20

1.5力矩和力偶24

1.5.1力对点之矩24

1.5.2合力矩定理25

.1.5.3力偶及其性质26

1.6平面任意力系的简化30

1.6.1平面任意力系向平面内任一点简化30

1.6.2简化结果的讨论31

1.6.3平面任意力系的平衡条件和平衡方程32

1.6.4平面任意力系平衡方程的应用32

1.6.5平衡方程的其它形式34

1.6.6固定端约束和均布载荷35

1.7物体系统的平衡问题36

1.7.1静定与静不定问题的概念36

1.7.2物体系统的平衡问题37

1.8考虑摩擦时构件的平衡问题39

1.8.1滑动摩擦的概念40

1.8.2摩擦角与自锁现象41

1.8.3考虑摩擦时构件的平衡问题42

1.9空间力系简介44

1.9.1空间力的投影和力对轴之矩44

1.9.2空间力系的平衡方程47

1.9.3轮轴类构件平衡问题的平面解法48

1.10物体的重心和平面图形的形心51

1.10.1物体重心的概念51

1.10.2重心的坐标公式51

1.10.3求重心的方法52

思考题55

习题59

项目二机械设计材料力学知识准备69

2.1材料力学的基本概念69

2.1.1变形固体的基本假设69

2.1.2内力、截面法和应力70

2.1.3杆件变形的基本形式71

2.2轴向拉伸与压缩71

2.2.1轴向拉伸与压缩的概念71

2.2.2轴向拉伸与压缩时横截面上的内力72

2.2.3轴向拉伸与压缩时横截面上的应力75

2.2.4轴向拉伸与压缩的强度计算76

2.2.5轴向拉伸与压缩的变形78

2.2.6轴向拉伸与压缩的力学性能分析81

2.3剪切与挤压84

2.3.1剪切与挤压的概念84

2.3.2剪切的实用计算85

2.3.3挤压的实用计算86

2.4圆轴的扭转88

2.4.1扭转的概念88

2.4.2圆轴扭转时横截面上的内力89

2.4.3扭矩及扭矩图的画法90

2.4.4圆轴扭转时横截面上的应力91

2.4.5极惯性矩和抗扭截面系数93

2.4.6圆轴扭转时的变形93

2.4.7圆轴扭转时的强度计算94

2.4.8圆轴扭转时的刚度计算95

2.5直梁的弯曲97

2.5.1平面弯曲的概念97

2.5.2梁弯曲时横截面上的内力99

2.5.3剪力图和弯矩图102

2.5.4梁纯弯曲时横截面上的应力106

2.5.5惯性矩和抗弯截面系数109

2.5.6梁弯曲时的强度计算112

2.5.7梁弯曲时的变形及刚度计算116

2.5.8提高梁弯曲时的强度及刚度的措施119

2.6组合变形的强度计算123

2.6.1拉伸（压缩）与弯曲组合变形的强度计算123

2.6.2圆轴弯曲与扭转组合变形的强度计算126

2.7压杆稳定简介130

习题136

项目三机械设计机构知识准备148

3.1平面机构148

3.1.1平面运动副的概念148

3.1.2平面运动副的类型148

3.1.3平面机构运动简图149

3.1.4平面机构的自由度153

3.2铰链连杆机构156

3.2.1铰链四杆机构的类型156

3.2.2铰链四杆机构的演化形式159

3.2.3铰链四杆机构有曲柄的条件162

3.2.4平面连杆机构的工作特性163

3.2.5平面四杆机构的设计166

3.3凸轮机构169

3.3.1概述169

3.3.2从动件常用运动规律171

3.3.3凸轮的轮廓曲线设计175

3.3.4凸轮机构常用材料178

3.3.5凸轮在轴上的固定方法179

3.3.6凸轮机构设计中的几个问题179

3.4齿轮机构几何尺寸计算182

3.4.1概述182

3.4.2渐开线与渐开线齿廓183

3.4.3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸184

3.4.4渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动187

3.4.5渐开线齿轮的切齿原理与根切现象190

3.4.6渐开线变位齿轮传动简介193

3.4.7斜齿圆柱齿轮机构几何尺寸计算194

3.4.8直齿圆锥齿轮机构几何尺寸计算198

3.4.9蜗轮蜗杆机构几何尺寸计算200

3.5间歇机构简介204

3.5.1棘轮机构204

3.5.2槽轮机构206

3.6齿轮系传动比计算207

3.6.1概述207

3.6.2定轴轮系传动比计算208

3.6.3周转轮系传动比计算210

3.6.4复合轮系传动比计算213

习题214

项目四联接件与弹簧的设计219

4.1键联接和销联接的选型设计219

4.2平键联接的尺寸选择和强度校核222

4.2.1平键联接的尺寸选择222

4.2.2平键联接的强度计算224

4.3花键联接的类型和选用226

4.3.1花键联接的类型226

4.3.2花键联接的选用227

4.4销联接的类型和选用230

4.4.1销的分类230

4.4.2销联接的应用230

4.5螺纹联接230

4.5.1螺纹联接231

4.5.2螺纹联接的基本类型和螺纹联接件234

4.5.3螺旋副的受力分析、自锁和效率237

4.5.4螺栓强度计算239オ

4.5.5螺栓联接结构设计主要注意事项244

4.6弹簧245

4.6.1弹簧的功用和类型245

4.6.2弹簧的制造、材料和许用应力247

4.6.3圆柱形螺旋弹簧的结构、参数和尺寸248

4.6.4弹簧的应力、变形和特性曲线250

4.6.5片弹簧简介252

思考题253

习题253

项目五传动装置设计255

5.1带传动设计255

5.1.1概述255

5.1.2普通v带结构及国家标准256

5.1.3带传动的受力分析和应力分析258

5.1.4带传动的弹性滑动及传动比260

5.1.5普通v带传动的设计261

5.1.6带传动的张紧、安装和维护266

5.1.7v带轮的材料及结构设计268

5.1.8同步带传动简介270

5.1.9普通v带传动的设计实例270

5.2链传动设计272

5.2.1概述272

5.2.2滚子链和链轮272

5.2.3滚子链传动的设计277

5.3齿轮传动设计282

5.3.1齿轮传动的失效形式和设计准则282

5.3.2齿轮常用材料及热处理284

5.3.3直齿圆柱齿轮传动的设计计算286

5.4直齿圆柱齿轮传动设计293

5.4.1直齿圆柱齿轮传动的参数选择293

5.4.2设计步骤294

5.5平行轴斜齿圆柱齿轮传动297

5.5.1受力分析297

5.5.2强度计算298

5.6直齿锥齿轮传动302

5.6.1受力分析302

5.6.2强度计算302

5.6.3主要参数选择303

5.7齿轮结构设计304

5.7.1圆柱齿轮结构304

5.7.2锥齿轮结构306

5.8蜗杆传动307

5.8.1蜗杆传动的受力分析307

5.8.2蜗杆传动的失效形式及设计准则308

5.8.3蜗杆传动的材料选择308

5.8.4蜗杆传动的强度计算309

5.8.5蜗杆传动的热平衡计算310

5.8.6圆柱蜗杆传动的参数选择311

5.8.7蜗杆蜗轮结构312

习题314

项目六轴系零部件设计317

6.1轴的设计317

6.1.1概述317

6.1.2轴的材料319

6.1.3轴的结构设计320

6.1.4轴的强度计算326

6.1.5轴的刚度计算简介328

6.1.6轴的工作图329

6.1.7轴的设计示例分析331

6.2滑动轴承设计335

6.2.1滑动轴承的结构335

6.2.2滑动轴承的失效形式及材料340

6.2.3非液体滑动轴承设计343

6.3滚动轴承设计347

6.3.1滚动轴承的结构和类型347

6.3.2滚动轴承的代号350

6.3.3滚动轴承的类型选择352

6.3.4滚动轴承的寿命计算353

6.3.5滚动轴承的静载荷计算357

6.3.6滚动轴承组合设计359

6.4轴承盖的选型及结构设计364

6.5联轴器与离合器选型设计366

6.5.1联轴器的类型及选择366

6.5.2离合器的类型及选择372

习题375

项目七机械的润滑与密封379

7.1润滑的作用和润滑技术380

7.2润滑剂380

7.2.1润滑剂的种类及特点380

7.2.2润滑剂的选择383

7.3常用润滑方式和润滑装置383

7.3.1油润滑方式及装置383

7.3.2脂润滑方式及装置384

7.4密封方式及密封件385

7.4.1密封方式385

7.4.2密封装置385

7.5减速器的润滑387

7.5.1闭式齿轮传动的润滑387

7.5.2蜗杆传动的润滑388

7.6轴承的润滑388

7.6.1滑动轴承的润滑388

7.6.2滚动轴承的润滑389

习题391

项目八机械创新设计与实例分析393

8.1机构的组合与实例分析393

8.1.1机构的串联组合393

8.1.2机构的并联组合394

8.1.3机构的复合组合394

8.1.4机构的叠加组合395

8.2机构的变异与演化及实例分析396

8.2.1连杆机构396

8.2.2凸轮机构397

8.2.3齿轮机构397

8.3机构再生运动链与实例分析398

8.3.1一般化运动链398

8.3.2单自由度运动链的基本类型399

8.3.3连杆类配的分类400

8.3.4设计约束机构再生运动链401

8.3.5实例401

8.4机械运动方案设计403

8.4.1机械运动方案设计概述403

8.4.2实例分析404

习题407

参考文献408