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普通高等教育机械类“十二五”规划系列教材 机械设计基础 段维华 钟晓勤 主编 刘元林 陆 媛 副主编 孙学强 主审 内 容 简 介 本书从培养应用型人才必需的技术基础出发，结合多年教学改革的经验，力求做到易教易学和反映本学科的新进展。全书共有 15 章，包括绪论，平面机构的结构分析，平面连杆机构，凸轮机构，间歇运动机构，机械的调速与平衡，带传动与链传动，齿轮传动，蜗杆传动，轮系，螺纹连接，轴与轴毂连接，轴承，联轴器、离合器及制动器和弹簧。同时，将免费为采用本书作为教材的教师提供配套的电子课件。本书可作为普通高等院校机械类、近机类及非机类专业“机械设计基础”课程的教材，也可作为相关工程技术人员的参考用书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容 版权所有侵权必究 图书在版编目(CIP)数据 机械设计基础/段维华，钟晓勤主编北京：电子工业出版社，2011.10 普通高等教育机械类“十二五”规划系列教材 ISBN 978-7-121-14674-9 I机 II段 钟 III机械设计高等学校教材 IVTH122 中国版本图书馆 CIP 数据核字(2011)第 194698 号 策划编辑：余 义 责任编辑：余 义 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871092 1/16 印张：20.5 字数：551 千字 印 次：2011 年 10 月第 1 次印刷 印 数：4000 册 定价：37.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：(010)88254888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：(010)88258888。III 前 言 本书是根据教育部机械基础课程教学指导委员会颁发的“机械设计基础教学基本要求”为依据编写的。全书共分 15 章，包括机械原理及机械设计的基本内容，即有绪论，平面机构分析，平面连杆机构，凸轮机构，间歇运动机构，机械的调速与平衡，带传动与链传动，齿轮传动，蜗杆传动，轮系，螺纹连接，轴与轴毂连接，轴承，联轴器、离合器及制动器，弹簧等章节。在本书的编写过程中，作者从培养应用型人才所必需的技术基础出发，结合多年来课程教学改革的经验，适当扩充了相关内容，力图反映本学科的新进展。教材中的各部分内容既相对独立，又有一定联系。编写中不过分强调理论分析的系统性和完整性，而把重点放在工程实际应用方面，力求做到易教易学、便于应用。本书除反映机械设计的通用性外，在内容上尽量照顾到各专业的具体要求，教学时可以根据教学目标自行取舍，各章均附有一定数量的习题与思考题。本书可供高等学校机械类、近机类和非机类专业的“机械设计”课程的教学使用，也可供相关工程技术人员参考。参加本书编写的有昆明学院段维华（绪论、第 3 章、第 4 章、第 11 章）、陈玲（第 6 章）、俞安（第 13 章、第 14 章）、王进（第 1 章、第 2 章），上海应用技术学院钟晓勤（第 8 章、第 12 章）、高建春（第 10 章），黑龙江科技学院刘元林（第 5 章、第 9 章），南京工程学院陆媛（第 7 章）。全书由段维华、钟晓勤任主编，刘元林、陆媛任副主编。本书由昆明学院孙学强教授主审。孙学强教授在审稿中提出了许多宝贵的意见，编者对此深表感谢。本书编写过程中得到了电子工业出版社的热情帮助和指导，并得到各参编院校的大力支持，参考并引用了一些参考文献和书籍。编者在此表示衷心的感谢。由于编者学识水平有限，书中错误和欠妥之处在所难免，殷切希望各位专家、老师和读者批评指正。编 者 V 目 录 绪论 1 0.1 本课程的研究对象、地位 和作用 1 0.1.1 本课程的研究对象 1 0.1.2 本课程的地位和作用 2 0.2 机械设计概论 3 0.2.1 机器的组成 3 0.2.2 机器设计应满足的基本要求 3 0.2.3 机器设计的一般程序 4 0.3 机械零件设计概述 7 0.3.1 机械零件的主要失效形式 7 0.3.2 机械零件设计应满足的基本 要求 7 0.3.3 机械零件的设计方法及 一般步骤 8 0.4 机械零件的强度 10 0.4.1 机械零件的载荷种类 10 0.4.2 机械零件的应力 10 0.4.3 静应力下机械零件的强度 计算11 0.4.4 变应力下机械零件的强度 计算 12 0.4.5 安全系数 13 0.5 机械零件的材料及选用 13 0.5.1 机械零件常用材料 13 0.5.2 机械零件材料的选用 14 0.6 机械零件设计中的标准化 15 0.6.1 极限与配合 15 0.6.2 表面粗糙度 17 0.6.3 优先数系和优先数系标准 18 0.7 机械零件的摩擦、磨损和润滑 18 0.7.1 机械零件的摩擦 18 0.7.2 机械零件的磨损 19 0.7.3 机械零件的润滑 22 0.8 现代机械设计方法概述 23 习题与思考题24 第 1 章 平面机构的结构分析 25 1.1 运动副及其分类25 1.1.1 运动副25 1.1.2 机构中构件的分类27 1.2 机构运动简图27 1.2.1 运动副及常用构件的画法27 1.2.2 机构运动简图的绘制28 1.3 平面机构的自由度30 1.3.1 平面机构的自由度计算30 1.3.2 几种特殊结构的处理32 1.4 平面机构组成原理与结构分析34 1.4.1 平面机构的高副低代34 1.4.2 平面机构的组成原理35 1.4.3 平面机构的结构分析36 1.5 速度瞬心及其在机构速度分析 中的应用36 1.5.1 速度瞬心及速度瞬心的求法36 1.5.2 瞬心在速度分析上的应用38 习题与思考题39 第 2 章 平面连杆机构 41 2.1 铰链四杆机构的基本形式 与特性41 2.1.1 铰链四杆机构的基本形式41 2.1.2 铰链四杆机构的基本特性43 2.2 铰链四杆机构存在曲柄的条件45 2.2.1 铰链四杆机构存在一个曲柄 的条件45 2.2.2 铰链四杆机构存在曲柄 的判别通则45 2.3 铰链四杆机构的演化46 2.3.1 曲柄滑块机构46 2.3.2 导杆机构47 2.3.3 曲柄摇块机构47 2.3.4 双滑块机构48 VI2.3.5 偏心轮机构 48 2.4 平面机构的设计 49 2.4.1 图解法设计平面四杆机构 49 2.4.2 图谱综合法设计平面四杆 机构简介 51 习题与思考题 52 第 3 章 凸轮机构 54 3.1 凸轮机构的类型与基本参数 54 3.1.1 凸轮机构的类型与应用 54 3.1.2 凸轮机构的基本概念与参数 56 3.2 从动件常用运动规律 57 3.2.1 等速运动规律 57 3.2.2 等加速-等减速运动规律 58 3.2.3 简谐运动规律 59 3.3 凸轮机构轮廓的设计 60 3.3.1 图解法设计凸轮轮廓 60 3.3.2 解析法设计凸轮轮廓 64 3.4 凸轮基本尺寸的确定 65 3.4.1 压力角的确定 65 3.4.2 基圆半径的确定 66 3.4.3 滚子半径的确定 66 习题与思考题 67 第 4 章 间歇运动机构 69 4.1 槽轮机构 69 4.1.1 槽轮机构的工作原理 69 4.1.2 槽轮机构主要参数和基本尺寸 计算 70 4.1.3 槽轮机构的特点 72 4.2 棘轮机构 72 4.2.1 棘轮机构的工作原理 72 4.2.2 棘轮机构的类型与应用 73 4.2.3 棘轮机构的转角调节 74 4.2.4 棘轮机构设计 75 4.3 其他间歇运动机构 76 4.3.1 不完全齿轮机构 76 4.3.2 凸轮间歇运动机构 76 习题与思考题 77 第 5 章 机械的调速与平衡 78 5.1 机械的运转过程与速度波动 的调节 78 5.1.1 机械的运转过程78 5.1.2 机械速度波动的类型及调节 方法79 5.2 飞轮的近似设计方法80 5.2.1 机械运转的基本参数80 5.2.2 飞轮转动惯量的计算81 5.2.3 飞轮主要尺寸的计算82 5.3 刚性回转件的平衡83 5.3.1 静平衡计算84 5.3.2 静平衡试验84 5.3.3 动平衡计算85 5.3.4 动平衡试验86 习题与思考题88 第 6 章 带传动与链传动 89 6.1 带传动的类型与应用89 6.1.1 带传动的类型与应用89 6.1.2 带传动的几何参数90 6.2 带传动的受力分析91 6.2.1 带传动的受力分析91 6.2.2 欧拉公式92 6.3 传动带的应力分析及实例92 6.4 带传动的弹性滑动与传动比 93 6.5 普通 V 带传动的设计计算与 实例分析 93 6.5.1 V 带的结构、型号与规格93 6.5.2 单根普通 V 带的许用功率94 6.5.3 普通 V 带型号与根数的确定95 6.5.4 V 带传动主要参数的确定96 6.5.5 V 带传动设计实例分析96 6.6 V 带带轮的结构98 6.7 带传动的张紧、正确安装 与维护99 6.8 同步齿形带传动简介99 6.9 链传动的特点与应用99 6.10 链和链轮100 6.11 链传动的运动分析和受力 分析100 6.11.1 链传动的运动分析100 6.11.2 链传动的受力分析100 6.12 滚子链传动的计算101 VII 6.12.1 滚子链传动的失效形式 101 6.12.2 单排滚子链传递的功率 102 6.12.3 链传动的主要参数选择 102 6.12.4 链传动设计实例分析 103 6.13 链传动的合理布置和润滑 105 习题与思考题 105 第 7 章 齿轮传动 106 7.1 齿轮传动的特点和基本类型 106 7.1.1 齿轮传动的特点 106 7.1.2 齿轮传动的基本类型 106 7.2 齿廓啮合基本定律 108 7.2.1 齿轮传动的传动比 108 7.2.2 齿廓啮合基本定律 108 7.3 渐开线及其渐开线齿轮 109 7.3.1 渐开线的形成及其特性 109 7.3.2 渐开线齿廓的啮合特点112 7.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要 参数及几何尺寸计算113 7.4.1 齿轮各部分结构及名称113 7.4.2 标准齿轮的基本参数及 几何尺寸114 7.4.3 齿条116 7.4.4 径节制齿轮116 7.5 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合 传动116 7.5.1 齿轮正确啮合条件116 7.5.2 齿轮标准安装条件117 7.5.3 齿轮连续传动条件119 7.6 渐开线齿廓切削加工的原理 120 7.6.1 成形法 120 7.6.2 范成法 121 7.7 渐开线齿廓的根切现象与标准 外齿轮的最少齿数 123 7.7.1 根切现象 123 7.7.2 标准外齿轮的最少齿数 123 7.7.3 变位齿轮 124 7.8 齿轮传动的失效形式及计算 准则 128 7.8.1 齿轮传动的失效形式 128 7.8.2 齿轮传动的计算准则 131 7.9 齿轮的常用材料及热处理131 7.9.1 对齿轮材料的基本要求131 7.9.2 齿轮的常用材料及其热 处理132 7.9.3 齿轮材料的许用应力134 7.10 直齿圆柱齿轮传动的强度 计算137 7.10.1 直齿圆柱齿轮传动的受力 分析138 7.10.2 齿轮传动的计算载荷138 7.10.3 直齿圆柱齿轮传动的接触疲劳 强度计算140 7.10.4 直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲 疲劳强度计算142 7.10.5 直齿圆柱齿轮传动的设计计算 实例144 7.11 平行轴斜齿圆柱齿轮传动 147 7.11.1 斜齿轮齿廓的形成148 7.11.2 斜齿圆柱基本参数及几何尺寸 计算148 7.11.3 斜齿轮正确啮合条件150 7.11.4 斜齿轮传动的重合度150 7.11.5 当量齿数151 7.11.6 斜齿轮传动的特点151 7.11.7 斜齿轮传动的受力分析152 7.11.8 斜齿轮传动的强