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内容简介 在高等职业教育的全局中,"机械设计基础"课程是机械类、机电类和近机类各专业的一门技术基础课,具有较强的综合性和实践性。通过本课程的学习,培养学生掌握机械设计的基本知识、基本理论和基本方法,使学生具有一般机械设备的维护、改进和设计的基本能力。本书主要有以下特点:1.突出实用性和针对性;2.明确目标;3.培养工程实践能力;4.采用最新的国家标准。
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目录 第1章绪论……………………………………………………………………1 1.1概述……………………………………………………………………1 1.1.1机器、机构和机械………………………………………………1 1.1.2课程简介…………………………………………………………2 1.2机械设计的基本要求…………………………………………………3 1.2.1设计机器的基本要求……………………………………………3 1.2.2设计机械零件的基本要求………………………………………4 1.3机械设计的类型和一般方法…………………………………………4 1.3.1机械设计的类型…………………………………………………4 1.3.2机械设计的一般方法……………………………………………5 1.4机械设计的一般过程…………………………………………………6 1.4.1机械设计的一般过程…………………………………………6 1.4.2机械零件设计的一般过程……………………………………7 1.5机械零件的材料选用………………………………………………7 1.5.1零件的使用要求…………………………………………………8 1.5.2零件的工艺性要求………………………………………………8 1.5.3经济性要求………………………………………………………8 思考题和习题………………………………………………………………9 第2章工程力学基础………………………………………………………10 2.1工程力学基本理论简介……………………………………………10 2.2运动学基础…………………………………………………………11 2.2.1运动学概述……………………………………………………11 2.2.2点的运动………………………………………………………12 2.2.3刚体的运动……………………………………………………18 2.3静力学基础………………………………………………………30 2.3.1力的性质和基本计算………………………………………30 2.3.2力系的简化…………………………………………………34 2.3.3 F面力系的静力学分析…………………………………36 2.3.4力系的平衡…………………………………………………41 2.3.5考虑摩擦时平衡方程的应用………………………………46 2.3.6空间力系简介………………………………………………48 2.4动力学基础………………………………………………………51 2.4.1质点动力学基本方程………………………………………51 2. 4.2刚体动力学…………………………………………………51 2.4.3动静法………………………………………………………54 思考题和习题………………………………………………………………56 第3章平面机构的自由度和 运动分析……………………………………………………………64 3.1机构的组成…………………………………………………………64 3.1.1构件和零件……………………………………………………64 3.1.2运动副及其分类………………………………………………65 3.1.3运动链和机构-………………………………………………66 3.2平面机构的运动简图……………………………………………67 3.2.1平面机构运动简图…………………………………………67 3.2.2运动剐和构件的表示方法…………………………………67 3.2.3平面机构运动简图的绘制…………………………………69 3.3 平面机构的自由度………………………………………………71 3.3.1自由度………………………………………………………71 3.3.2机构具有确定运动的条件…………………………………72 3.3.3计算平面机构自由度应注意的特殊情况…………………74 3.4 平面机构的运动分析……………………………………………78 3.4.1概述…………………………………………………………78 3.4.2瞬心法………………………………………………………79 3.4.3瞬心法的应用实例…………………………………………81 思考题和习题……………………………………………………………84 第4章平面连杆机构………………………………………………………87 4.1铰链四杆机构的基本形式………………………………………87 4.1.1铰链四杆机构的组成………………………………………87 4.1.2铰链四杆机构的基本形式…………………………………88 4.2含有一个移动副的四杆机构……………………………………90 4.2.1曲柄滑块机构………………………………………………90 4.2.2偏心轮机构…………………………………………………92 4.3平面四杆机构的运动特性………………………………………92 4.3.1曲柄存在的条件……………………………………………92 4.3.2急回运动……………………………………………………94 4.4 a平面四杆机构的传力特性……………………………………96 4.4.1压力角和传动角…………………………………………96 4.4.2死点位置…………………………………………………98 4.5平面四杆机构的运动设计………………………………………99 4.5.1概述………………………………………………………99 4.5.2按给定的行程速度变化系数设计………………………100 4.5.3按给定的连杆位置设计……………………………………102 思考题和习题…………………………………………………………103 第5章凸轮机构…………………………………………………………106 5.1概述………………………………………………………………106 5.1.1 轮机构的应用和特点……………………………………106 5.1.2 轮机构的类型……………………………………………107 5.2 轮机构的运动特性………………………………………………108 5.2.1凸轮机构的运动分析………………………………………108 5.2.2从动件常用的运动规律……………………………………110 5.2.3从动件运动规律的选择……………………………………113 5. 3 轮机构的传力特性………………………………………………113 5.3.1压力角………………………………………………………113 5.3.2自锁现象……………………………………………………114 5.3.3压力角的影响因素…………………………………………114 5.4 轮轮廓曲线的设计………………………………………………116 5.4.1设计凸轮轮廓曲线的基本原理……………………………116 5.4.2对心直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计…………………117 5.4.3偏置直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计…………………120 思考题和习题………………………………………………………………12l 第6章齿轮传动………………………………………………………………123 6.1概述……………………………………………………………………123 6.1.1齿轮传动的特点和应用………………………………………124 6.1.2齿轮传动的类型………………………………………………124 6.2齿廓啮合基本定律……………………………………………………125 6.2.1传动比…………………………………………………………125 6.2.2齿廓啮合基本定律……………………………………………126 6.3渐开线及渐开线齿廓………………………………………………127 6.3.1渐开线的形成及其性质………………………………………127 6.3.2渐开线方程……………………………………………………128 6.3.3渐开线齿廓的啮合特点………………………………………130 6.4标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸…………………………131 6.4.1齿轮各部分的名称及符号……………………………………131 6.4.2直齿圆柱齿轮的基本参数……………………………………132 6.4.3标准齿轮………………………………………………………133 6.4.4齿条……………………………………………………………134 6.5标准直齿圆柱齿轮的啮合传动……………………………………135 6.5.1正确啮合条件…………………………………………………135 6.5.2连续传动条件…………………………………………………135 6.5.3正确安装条件…………………………………………………136 6.6渐开线直齿圆柱齿轮的加工方法…………………………………138 6.6.1成形法……………………………………………………………138 6.6.2范成法……………………………………………………………138 6.6.3根切现象…………………………………………………………140 6.7齿轮传动的设计准则…………………………………………………141 6.7.1 工作能力及失效的概念…………………………………………141 6.7.2齿轮传动的失效形式……………………………………………141 6.7.3齿轮传动的设计计算准则………………………………………143 6.8齿轮的常用材料…………………………………………………………144 6.8.1齿轮材料的基本要求……………………………………………144 6.8.2常用材料及其热处理……………………………………………144 6.8.3齿轮的许用应力…………………………………………………146 6.9直齿圆柱齿轮传动………………………………………………………148 6.9.1轮齿的受力分析…………………………………………………148 6.9.2轮齿的计算载荷…………………………………………………150 6.9.3齿轮传动的强度计算……………………………………………150 6.10斜齿圆柱齿轮传动……………………………………………………152 6.10.1齿廓曲面的形成及啮合特点…………………………………153 6.10.2斜齿圆柱齿轮传动的基本参数…………………………………154 6.10.3斜齿轮的几何尺寸计算…………………………………………155 6.10.4斜齿轮的啮合传动………………………………………………155 6.10.5斜齿圆柱齿轮的当量齿数和不发生根切的最少齿数…………157 6.10.6斜齿圆柱齿轮的受力分析………………………………………157 6.10.7斜齿圆柱齿轮传动的强度计算…………………………………158 6.11圆锥齿轮传动…………………………………………………………159 6.11.1概述………………………………………………………………159 6.11.2圆锥齿轮基本参数和尺寸计算…………………………………160 6.11.3背锥和当量齿轮…………………………………………………161 6.11.4直齿圆锥齿轮的啮合传动………………………………………163 6.11.5直齿圆锥齿轮的受力分析………………………………………163 6.12齿轮的结构和齿轮传动的润滑………………………………………164 6.12.1齿轮结构…………………………………………………………164 6.12.2齿轮传动的润滑…………………………………………………166 6.13蜗杆蜗轮传动…………………………………………………………168 6.13.1蜗杆蜗轮传动的特点和应用……………………………………168 6.13.2蜗杆蜗轮传动的类型……………………………………………168 6.13.3蜗杆蜗轮传动的基本参数……………………………………169 6.13.4蜗杆蜗轮传动的几何尺寸计算………………………………171 6.13.5蜗杆蜗轮的啮合传动…………………………………………172 6.13.6蜗杆蜗轮的材料和结构………………………………………174 6.13.7蜗杆蜗轮传动的效率、润滑和散热…………………………176 6.13,8蜗杆蜗轮传动的受力分析……………………………………177 思考题和习题………………………………………………………………178 第7章轮系……………………………………………………………………182 7.1概述……………………………………………………………………182 7.1.1轮系及其应用……-………………………………………………182 7.1.2轮系的类型………………………………………………………182 7.2定轴轮系及其传动比…………………………………………………183 7.2.1平面定轴轮系…………………………………………………183 7.2.2空间定轴轮系…………………………………………………185 7.3周转轮系及其传动比………………………………………………186 7.3.1周转轮系的组成及分类………………………………………186 7.3,2平面周转轮系…………………………………………………187 7.3.3空间周转轮系………………………………………………189 7.4混合轮系及其传动比………………………………………………190 思考题和习题……………………………………………………………191 第8章 间歇运动机构……………………………………………………194 8.1棘轮机构……………………………………………………………194 8.1.1棘轮机构的类型………………………………………………194 8.1.2组成和工作原理………………………………………………195 8.1.3 应用实例………………………………………………………196 8.1.4棘轮与棘爪的位置关系………………………………………197 8.1.5主要参数………………………………………………………197 8.2槽轮机构……………………………………………………………198 8.2.1组成和工作原理…………………………………………………198 8.2.2槽轮机构的类型…………………………………………………198 8.2.3特点与应用………………………………………………………199 8.2.4槽轮机构的运动特性系数………………………………………199 8.2.5槽轮机构的主要参数和几何尺寸………………………………200 8.3不完全齿轮机构………………………………………………………201 8.3.1组成和类型………………………………………………………201 8.3.2 工作原理…………………………………………………………202 8,3.3特点和应用…………………………………………………………202 思考题和习题…………………………………………………………………202 第9章构件的强度……………………………………………………………203 9.1基本变形构件的内力、应力和强度…………………………………203 9. 1.1 内力与内力图………………………………………………204 9. 1.2 应力和许用应力……………………………………………210 9. 1.3构件的应力和强度……………………………………………214 9.2 应力状态和强度理论………………………………………………221 9.2.1点的应力状态的概念及表示方法……………………………221 9.2.2强度理论………………………………………………………223 9.3组合变形构件的强度………………………………………………225 9.4动载荷和交变应力…………………………………………………228 9.4.1动载荷的概念…………………………………………………228 9.4.2交变应力与疲劳失效…………………………………………228 思考题和习题………………………………………………………………231 第10章带传动………………………………………………………………236 10.1概述…………………………………………………………………236 10.I.1带传动的类型…………………………………………………236 10.1.2带传动的特点…………………………………………………237 10.2 V带传动的基本参数和几何尺寸…………………………………238 10.2.1 V带传动的基本参数………………………………………238 10.2.2 几何尺寸……………………………………………………239 10.3 V带和V带轮………………………………………………………239 10.3.1 V带的结构和尺寸……………………………………………239 10.3.2 V带轮的结构…………………………………………………241 10.3. 3带传动的张紧…………………………………………………243 10.4带传动的工作能力分析……………………………………………244 10.4.1带传动的受力分析……………………………………………244 10.4.2带传动的应力分析……………………………………………246 10.4.3运动分析………………………………………………………248 10.4.4设计准则………………………………………………………249 10.4.5单根V带的功率………………………………………………249 10.5普通V带的设计计算………………………………………………252 10.5.1设计计算的内容…………………………………………………252 10.5.2设计步骤及参数选择……………………………………………253 10.5.3计算实例………………………………………………………256 思考题和习题…………………………………………………………………258 第11章连接…………………………………………………………………260 11.1螺纹…………………………………………………………………261 11.1.1螺纹的形成……………………………………………………261 11.1.2螺纹的加工……………………………………………………261 11.1.3螺纹的基本要素………………………………………………263 11.1.4螺纹副…………………………………………………………265 11.1.5螺纹的类型……………………………………………………265 11.2螺纹连接………………………………………………………………266 11.2.1螺纹连接的基本类型…………………………………………266 11.2.2螺纹连接件……………………………………………………268 11.2.3螺纹联接的预紧和防松…………………………………………271 11.3键联结………………………………………………………………273 1。1.3.1概述…………………………………………………………273 11.3.2键联结的类型…………………………………………………274 11.3.3 "键联结的选择和计算………………………………………277 11.4销联结………………………………………………………………278 11.4.1销联结的类型…………………………………………………278 11.4.2销联结的选择和计算…………………………………………279 11.5联轴器和离合器……………………………………………………280 11.5.1联轴器………………………………………………………280 11.5.2离合器………………………………………………………285 思考题和习题………………………………………………………………287 第12章轴……………………………………………………………………288 12.1概述…………………………………………………………………288 12.1.1轴的类型……………………………………………………288 12.1.2轴的材料……………………………………………………290 12.1.3轴的结构组成……………………………………………291 12.2轴的结构设计……………………………………………………291 12.2.1轴的强度和刚度……………………………………………292 12.2.2拟定轴上零件的装配方案…………………………………293 12.2.3零件在轴上的固定方法……………………………………293 12.2.4轴上各个轴段的尺寸确定…………………………………295 12.2.5轴的结构工艺性……………………………………………296 12.3轴的结构分析……………………………………………………297 12.3.1分析的内容及步骤…………………………………………297 12.3.2实例分析…………………………………………………297 12.4轴的强度计算……………………………………………………298 12.4.1按扭转强度条件计算………………………………………299 12.4.2按弯扭合成强度条件计算…………………………………300 12.5轴的设计方法………………………………………………………301 12.5.1类比法………………………………………………………301 12.5.2设计计算法…………………………………………………301 思考题和习题……………………………………………………………302 第13章滚动轴承……………………………………………………………304 13.1滚动轴承的结构和类型…………………………………………304 13.1.1滚动轴承的结构……………………………………………304 13.1.2滚动轴承的参数……………………………………………305 13.1.3滚动轴承的分类…………………………………………306 13.1. 4滚动轴承的主要类型及特性……………………………307 13.2滚动轴承的代号………………………………………………309 13.2.1基本代号…………………………………………………309 13.2. 2前置代号和后置代号……………………………………310 13.3滚动轴承的计算………………………………………………311 13.3.1滚动轴承的受力分析…………………………………311 13. 3.2滚动轴承的失效形式……………………………………312 13,3.3滚动轴承的计算准则……………………………………312 13.3.4滚动轴承的寿命计算……………………………………313 13.3.5角接触轴承的轴向载荷计算……………………………316 13.3.6滚动轴承的静强度计算…………………………………318 13.4滚动轴承的选择………………………………………………320 13.4.1类型的选择………………………………………………320 13.4.2公差等级的选择…………………………………………321 13.4.3尺寸选择…………………………………………………321 13.5滚动轴承的组合设计…………………………………………321 13.5.1轴承的固定………………………………………………321 13.5.2轴系的轴向固定…………………………………………322 13.5.3轴承组合的调整…………………………………………324 13.5.4配合与装拆………………………………………………326 13.5.5滚动轴承的润滑…………………………………………327 13.5.6滚动轴承的密封…………………………………………328 思考题和习题…………………………………………………………332 第14章实训项目…………………………………………………………334 14.1有限元软件应用实训……………………………………………334 14 1.1有限元分析方法简介………………………………………334 14.1.2有限元软件应用实训……………………………………338 14.2机械设计基础综合实训…………………………………………342 14.2.1实训目的…………………………………………………342 1 zt.2.2实训内容与方式…………………………………………342 14.2.3实训设备及工具……………………………………………342 14.2.4实训要求…………………………………………………343 14.2.5传动方案设计………………………………………………343 14.2.6传动零件的测绘…………………………………………346 14.2.7传动系统的装配与调试……………………………………347 思考题和习题………………………………………………………………349 参考文献……………………………………………………………………350
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