机械设计（含工程力学）

第 1章　机械设计基础概论　1

1.1　机械的概念　1

1.1.1　机械的组成　1

1.1.2　机器和机构　2

1.1.3　构件和零件　3

1.2　机械设计的基本要求和一般程序　3

1.2.1　机械零件的主要失效形式和设计准则　3

1.2.2　机械设计应满足的基本要求　4

1.2.3　机械设计的内容与步骤　4

1.2.4　机械零件设计的一般步骤　5

1.3　机械设计常用材料与性能　5

1.3.1　低碳钢在拉伸时的力学性能　6

1.3.2　材料压缩时的力学性能　7

1.4　机械设计基础课程的内容、任务和性质　9

1.4.1　课程的主要任务　9

1.4.2　课程的内容　9

1.4.3　课程的性质　10

1.4.4　课程的要求　10

1.5　本课程的学习方法　10

思考题与习题　11

第 2章　理论力学基础知识　12

2.1　静力学的基本概念　12

2.1.1　力与力系的概念　12

2.1.2　刚体的概念　13

2.2　静力学公理　13

2.3　约束和约束反力　15

2.3.1　柔索约束　16

2.3.2　光滑面约束　16

2.3.3　光滑铰链约束　16

2.3.4　轴承约束　17

2.3.5　固定端约束　18

2.4　物体的受力分析和受力图　18

2.5　平面汇交力系的简化与平衡方程　20

2.5.1　力在坐标轴上的投影　20

2.5.2　平面汇交力系合成的解析法　21

2.5.3　平面汇交力系的平衡方程及其应用　22

2.6　力偶及合力矩定理　23

2.6.1　力对点之矩　23

2.6.2　合力矩定理　24

2.6.3　力偶　24

2.7　平面一般力系的简化与平衡方程　27

2.7.1　力的平移定理及合成计算　27

2.7.2　平面一般力系的平衡方程及其应用　30

思考题与习题　32

第3章　材料力学基础知识　37

3.1　承载能力分析　37

3.1.1　材料力学的任务　37

3.1.2　变形固体及其基本假设　38

3.1.3　外力的形式　38

3.1.4　杆件变形的基本形式　39

3.1.5　内力、截面法、应力　39

3.2　轴向拉伸或压缩时的内力　41

3.2.1　轴向拉伸与压缩的概念　41

3.2.2　拉压杆的内力计算、轴力图　41

3.2.3　轴向拉伸或压缩时横截面上的正应力　44

3.2.4　轴向拉伸或压缩变形计算　45

3.2.5　拉(压)杆件的强度计算　47

3.3　剪切与挤压　49

3.3.1　剪切的概念　49

3.3.2　剪切的实用计算　51

3.3.3　挤压的概念　51

3.3.4　挤压的实用计算　52

3.4　扭转　53

3.4.1　扭转的概念　53

3.4.2　外力偶矩、扭矩和扭矩图　54

3.4.3　圆轴扭转应力和变形　56

3.4.4　圆轴扭转时强度和刚度的计算　58

3.5　平面弯曲　59

3.5.1　平面弯曲概述　59

3.5.2　梁弯曲时的内力　61

3.5.3　剪力图与弯矩图　63

3.5.4　梁的弯曲强度计算　66

3.6　梁的变形与刚度计算　73

3.6.1　弯曲变形　73

3.6.2　梁的弯曲刚度计算　74

3.7　弯曲与扭转的组合变形　75

3.7.1　弯扭组合变形计算步骤　75

3.7.2　强度理论简介　76

思考题与习题　78

第4章　平面机构设计　81

4.1　平面机构的组成　81

4.1.1　运动副及约束　81

4.1.2　运动链　82

4.1.3　平面机构的组成　82

4.2　平面机构运动简图　83

4.2.1　构件、运动副的表达方法　83

4.2.2　机构运动简图的绘制　84

4.3　平面机构的自由度　86

4.3.1　平面运动构件的自由度　86

4.3.2　机构具有确定相对运动的条件　86

4.3.3　平面机构自由度计算　87

4.3.4　几种特殊结构的处理　87

4.4　平面四杆机构分析　89

4.4.1　铰链四杆机构的基本形式　89

4.4.2　平面四杆机构的演化　91

4.4.3　铰链四杆机构曲柄存在的条件　93

4.5　平面四杆机构的基本特性　94

4.5.1　压力角和传动角　94

4.5.2　急回特性及行程速比系数　94

4.5.3　死点　95

思考题与习题　96

第5章　凸轮机构　98

5.1　凸轮机构的应用及分类　98

5.1.1　凸轮机构的组成及应用　98

5.1.2　凸轮机构的分类　99

5.2　从动件的常见运动规律　100

5.2.1　凸轮机构的工作原理　100

5.2.2　等速运动规律　101

5.2.3　等加速等减速运动规律　101

5.3　凸轮轮廓设计　102

5.3.1　反转法原理　102

5.3.2　用作图法设计凸轮轮廓线　103

5.4　凸轮机构结构设计　105

5.4.1　凸轮机构的基本参数　105

5.4.2　凸轮及从动件的常用材料、结构及固定　107

思考题与习题　110

第6章　其他常用机构设计　112

6.1　棘轮机构　112

6.1.1　棘轮的工作原理和类型　112

6.1.2　棘轮机构的特点和应用　114

6.1.3　棘爪回转轴位置的确定　114

6.1.4　棘轮轮齿工作齿面偏斜角的确定　115

6.2　槽轮机构　115

6.2.1　槽轮的工作原理和类型　115

6.2.2　槽轮机构的运动系数　116

6.3　不完全齿轮机构　117

思考题与习题　117

第7章　常用机械连接设计　119

7.1　螺纹连接　119

7.1.1　螺纹的分类　119

7.1.2　螺纹的参数　120

7.2　螺纹连接件及螺纹连接的基本类型　121

7.2.1　螺纹连接的基本类型　121

7.2.2　常用螺纹连接件　122

7.2.3　螺纹连接件的选择及注意问题　123

7.3　轴毂连接　126

7.3.1　键连接　126

7.3.2　花键连接　128

7.3.3　销连接　129

7.3.4　过盈连接　129

思考题与习题　129

第8章　齿轮、蜗杆和轮系　130

8.1　齿轮传动与渐开线　130

8.1.1　齿轮传动的分类　130

8.1.2　齿轮传动的特点　131

8.1.3　渐开线的形成原理和基本性质　131

8.1.4　渐开线齿廓的啮合特性　132

8.2　渐开线标准直齿圆柱齿轮　133

8.2.1　齿轮各部分名称　133

8.2.2　齿轮的基本参数　135

8.2.3　标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算　135

8.2.4　渐开线直齿圆柱齿轮的啮合　136

8.3　渐开线齿轮的齿廓的切削加工　138

8.3.1　渐开线齿廓切削加工的基本原理　138

8.3.2　根切现象和最少齿数　140

8.3.3　变位齿轮简介　141

8.4　斜齿圆柱齿轮传动　142

8.4.1　齿廓曲面的形成及其啮合特点　142

8.4.2　斜齿轮的主要参数和几何尺寸计算　143

8.4.3　斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件　144

8.4.4　斜齿圆柱齿轮的当量齿数　145

8.5　直齿圆锥齿轮传动　145

8.5.1　直齿圆锥齿轮传动概述　145

8.5.2　直齿圆锥齿轮的齿廓曲面、背锥和当量齿数　146

8.5.3　直齿圆锥齿轮传动的正确啮合条件及几何尺寸计算　147

8.6　蜗杆传动　149

8.6.1　蜗杆传动的类型和特点　149

8.6.2　蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算　150

8.6.3　蜗杆传动的材料和结构　154

8.7　轮系及其计算　155

8.7.1　定轴轮系传动比计算　156

8.7.2　轮系转向关系的确定　157

8.7.3　周转轮系计算　158

8.7.4　混合轮系　161

8.7.5　轮系的功用　161

8.8　圆柱齿轮强度与结构设计　164

8.8.1　齿轮传动的失效形式与设计准则　164

8.8.2　齿轮常用材料　166

8.8.3　圆柱齿轮传动的受力分析及强度计算　168

8.8.4　齿轮的结构设计　175

8.8.5　齿轮传动的润滑　177

思考题与习题　178

第9章　带传动和链传动设计　180

9.1　带传动的主要特点、类型和应用　180

9.2　普通V带和V带轮　182

9.2.1　普通V带的结构和尺寸标准　182

9.2.2　普通V带轮的结构　183

9.3　带传动的基本理论　185

9.3.1　带传动的受力分析　185

9.3.2　带的应力分析　186

9.3.3　带的弹性滑动与传动比　188

9.4　V带传动的设计　188

9.5　带传动的安装、张紧和维护　193

9.5.1　带传动的安装　193

9.5.2　常见的张紧装置　193

9.5.3　带传动的维护　194

9.6　链传动　194

9.6.1　链传动的特点及应用　194

9.6.2　滚子链与链轮　195

9.6.3　链传动的安装及维护　199

思考题与习题　202

第 10章　轴承设计　203

10.1　轴承的功用与类型　203

10.1.1　轴承的功用　203

10.1.2　轴承的类型　203

10.2　滚动轴承的结构、类型和代号　204

10.2.1　滚动轴承的结构　204

10.2.2　滚动轴承的类型　204

10.2.3　滚动轴承的代号　207

10.3　滚动轴承类型的选择　209

10.3.1　滚动轴承的选择原则　209

10.3.2　滚动轴承工作能力的计算　210

10.4　滚动轴承的组合设计　216

10.4.1　滚动轴承的固定　217

10.4.2　轴承组合的调整　218

10.4.3　滚动轴承的配合　219

10.4.4　滚动轴承的安装与拆卸　219

10.4.5　滚动轴承的润滑和密封　220

10.5　滑动轴承　221

10.5.1　滑动轴承的结构　221

10.5.2　轴瓦和轴承材料　223

10.5.3　滑动轴承的润滑　225

思考题与习题　227

第 11章　轴的设计　228

11.1　概述　228

11.1.1　轴的分类　228

11.1.2　轴的材料　230

11.1.3　轴的设计内容及应考虑的主要问题　231

11.2　轴的结构设计　231

11.2.1　拟订轴上零件的装配方案　231

11.2.2　轴上零件的轴向定位　232

11.2.3　轴上零件的周向定位　234

11.2.4　轴的结构工艺性　235

11.2.5　提高轴疲劳强度的措施　236

11.3　轴的强度校核　237

11.3.1　按扭转强度估算直径　237

11.3.2　按照经验公式估算直径　238

11.3.3　按弯扭合成进行强度计算　239

11.3.4　轴的设计　240

11.4　轴的刚度校核　245

思考题与习题　246

第 12章　其他零部件设计　248

12.1　联轴器　248

12.1.1　固定式联轴器　248

12.1.2　可移式联轴器　249

12.1.3　弹性联轴器　251

12.1.4　联轴器的选择　252

12.2　常用离合器　253

12.3　弹簧　255

12.3.1　弹簧的类型与功用　255

12.3.2　圆柱形螺旋弹簧的基本几何参数　257

12.3.3　弹簧的强度计算　258

思考题与习题　260

附录　部分型钢表　261

参考文献　264

全书按照课程改革新体系编写，含工程力学、机械原理和机械设计全部内容；打破了旧的课程界限和学科体系，精选内容，精心编排，构建了实用性和应用型机械设计基础(含工程力学)的教材新体系；大量减少了各科课程及其章节之间的重复，缩减了教学时数。第 1～6章可提供上学期使用，第7～12章可供第 二学期使用。本教材免费提供电子教案、习题答案和多媒体课件等资料。

本书可作为高等职业学校、高等专科学校、成人院校及本科院校主办的二级职业技术学院和民办高校机械及机电类专业“机械设计基础”课程教材，也可作为机械、模具、数控、汽车、机电等专业的函授生的教材，还可以作为机械企业的岗位技术培训机械基础教材和从业人员的自学教材。

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《工程力学（机械设计与制造专业）/全国高等职业教育示范专业规划教材》系统全面的介绍了工程力学相关知识，主要内容包括静力学和材料力学两部分。《工程力学（机械设计与制造专业）/全国高等职业教育示范专业规划教材》通俗易懂，侧重基本概念和基本方法的阐述，同时注意理论与实践的紧密结合，增强了教学适用性。适合高等职业院校机类、近机类专业使用，也可作为职业技术培训教材或供有关技术人员参考。

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"本书根据“高等工科学校机械基础课程教学基本要求” 编写而成书中将工程力学、工程材料、机械原理及机械设计等多门与机械工程设计有关的机械基础课程的内容经统筹安排、

有机结合而成一门综合性的技术基础课程它是新世纪机械基础系列课程教学改革的成果并具有整合课程的显著特色全书共分五篇第一篇为设计材料内容包括材料的性能与热处理、常用设计材料与选材共2 章第二篇为静力学内容包括静力学基础、平面简单力系、平面任意力系、空间力系共4 章第三篇为材料力学内容包括材料力学基础、拉伸与压缩、剪切与扭转、弯曲内力与强度计算、弯曲变形与刚度计算、应力状态与强度理论、组合变形及其强度计算共7 章第四篇为机构原理及其设计内容包括机构与机械设计概论、平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构共4 章第五篇为机械传动及其设计内容包括带传动与链传动、齿轮传动、蜗杆传动、轮系、螺纹连接与螺旋传动、轴及轴毂连接、轴承、联轴器离合器和制动器共8 章

本书为普通高等学校本、专科近机类和非机类各专业学生的机械基础课程教材也可供工厂、科研、设计等部门的工程技术人员参考