机械设计基础与课程设计内容简介

本书按照教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会制定的“机械设计基础课程教学基本要求”编写，并在此基础上适当地扩充了内容。

全书共分为4篇，第一篇主要介绍了常用的机构原理及相应的设计资料；第二篇主要介绍了包括齿轮传动、蜗杆传动、挠性传动、轮系、轴承、轴、联轴器与离合器等传动零部件在内的设计计算相关知识；第三篇主要介绍了连接与支撑零部件的相关设计资料；第四篇以圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器与圆柱蜗杆减速器为设计对象，较为详细、具体地介绍了课程设计的具体步骤及设计规范。各章节经典例题选用现代设计工具软件进行设计、优化分析，实现基础理论与现代工具的运用融合；每章后附有习题，可辅助读者进行知识的巩固学习。

本书可作为高职高专院校机械工程、机电工程、机械制造以及与机械有关专业的教材，也可以作为机械设计与制造行业培训或职业资格认证的参考读物。

绪论 1

0.1 机械的组成 1

0.1.1　机器与机构 1

0.1.2　机构、部件、构件与零件 2

0.2 本课程的研究内容和任务 2

0.2.1 本课程研究的主要内容 2

0.2.2 本课程的主要任务 3

0.3 机械设计的基本要求和一般步骤 3

0.3.1 机械设计的基本要求 3

0.3.2 机械零件的设计准则 4

0.3.3 机械零件设计的一般步骤 4

0.4 课程设计的基本要求和内容 5

0.4.1 课程设计的目的 5

0.4.2 课程设计的内容及任务 5

0.4.3 课程设计的一般步骤 6

0.4.4 课程设计应注意的问题 7

第1篇 常用机构原理及设计资料

第1章 平面机构的运动简图及

自由度 8

1.1 机构的组成 8

1.1.1　运动副的概念 8

1.1.2　自由度与约束条件 8

1.1.3　平面运动副的分类 9

1.2 平面机构的运动简图 9

1.2.1 机构运动简图的定义 9

1.2.2　平面机构运动简图的绘制 10

1.2.3 利用ADAMS进行颚式

破碎机的运动分析 12

1.2.4 利用ADAMS进行单缸

内燃机的运动分析 13

1.3 平面机构的自由度 14

1.3.1 平面机构自由度的计算 14

1.3.2 平面机构具有确定运动的

条件 15

1.3.3 计算平面机构自由度时应

注意的事项 16

习题 18

第2章 平面连杆机构 19

2.1 铰链四杆机构的基本类型与工作

特性 19

2.1.1 铰链四杆机构的基本类型 19

2.1.2　铰链四杆机构的工作特性 21

2.1.3 利用ADAMS进行牛头

刨床机构的运动分析 23

2.2 铰链四杆机构的曲柄存在条件 25

2.3 平面四杆机构的演化 26

2.3.1 曲柄滑块机构 26

2.3.2 导杆机构 27

2.3.3　摇块机构和定块机构 28

2.3.4 偏心轮机构 28

2.4 平面四杆机构的图解法设计 29

2.4.1 按给定的行程速比系数K

设计平面四杆机构 29

2.4.2 按给定的连杆位置设计

平面四杆机构 30

习题 30

第3章 凸轮机构 32

3.1 凸轮机构的组成和分类 32

3.1.1 凸轮机构的组成 32

3.1.2 凸轮机构的分类 33

3.2 从动件的常用运动规律 34

3.2.1 等速运动规律 35

3.2.2 等加速等减速运动规律 35

3.2.3 简谐运动规律 36

3.3 图解法设计凸轮轮廓 36

3.3.1 凸轮轮廓设计的基本原理 36

3.3.2　对心直动从动件盘形凸轮

轮廓曲线的设计 37

3.3.3　偏置直动从动件盘形凸轮

轮廓曲线的设计 39

3.3.4 利用ADAMS进行凸轮

机构的设计与仿真 40

3.4 凸轮机构基本参数的确定 42

3.4.1　凸轮机构压力角及其许用值 42

3.4.2　滚子半径的选择 43

3.4.3　基圆半径的确定 44

3.5 圆柱凸轮机构的课程设计 44

3.5.1　滚子直动从动件圆柱凸轮

轮廓的设计 45

3.5.2　滚子摆动从动件圆柱凸轮

展开轮廓曲线的设计 46

3.5.3　直动-摆动从动件圆柱凸轮

组合机构设计实例 49

习题 52

第4章 间歇运动机构 53

4.1 棘轮机构 53

4.1.1 棘轮机构的工作原理 53

4.1.2 棘轮机构的类型 53

4.1.3 棘轮机构的应用 55

4.2 槽轮机构 55

4.2.1　槽轮机构的组成及工作原理 55

4.2.2 槽轮机构的分类及运用 56

4.3 不完全齿轮机构 57

4.4 凸轮间歇运动机构 58

4.5　间歇运动机构的课程设计 58

4.5.1 棘轮机构的设计 58

4.5.2 槽轮机构的设计 60

习题 62

第2篇 传动零部件资料及设计

第5章 齿轮传动 63

5.1 齿轮传动的类型、特点及应用 63

5.1.1 齿轮传动的类型 63

5.1.2　齿轮传动的特点及应用 63

5.2 齿廓啮合基本定律 64

5.3 渐开线和渐开线齿廓的啮合特性 65

5.3.1　渐开线及其性质 65

5.3.2　渐开线齿廓满足定传动比

传动的要求 66

5.3.3　渐开线齿廓的啮合特性 67

5.4 标准直齿圆柱齿轮的基本参数和

几何尺寸 68

5.4.1　齿轮各部分的名称及符号 68

5.4.2　标准直齿圆柱齿轮的基本

参数及几何尺寸计算 69

5.5 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合

传动 71

5.5.1　正确啮合条件 71

5.5.2　连续传动条件 72

5.5.3　正确安装条件 73

5.6 渐开线直齿圆柱齿轮的加工 74

5.6.1　齿轮轮齿的加工方法 74

5.6.2　轮齿的根切现象、齿轮的

最小齿数 76

5.6.3　变位齿轮简介 76

5.7 轮齿的失效形式和齿轮材料 77

5.7.1　轮齿的失效形式 77

5.7.2　设计准则 79

5.7.3　齿轮材料 79

5.8 直齿圆柱齿轮的强度计算 81

5.8.1　轮齿的受力分析和载荷计算 81

5.8.2　齿根弯曲强度计算 82

5.8.3　齿面接触疲劳强度计算 83

5.8.4　轮齿的许用弯曲应力和许用

接触应力 84

5.8.5　齿轮强度计算中的参数选择 85

5.8.6 利用ADAMS进行圆柱齿轮

啮合的仿真分析 86

5.9 斜齿圆柱齿轮传动 88

5.9.1　斜齿圆柱齿轮齿廓的形成及

啮合特点 88

5.9.2　斜齿圆柱齿轮的基本参数和

几何尺寸计算 89

5.9.3　斜齿轮正确啮合的条件和

重合度 91

5.10 直齿圆锥齿轮传动 92

5.10.1　圆锥齿轮传动概述 92

5.10.2　圆锥齿轮的齿廓曲线、

背锥和当量齿数 93

5.10.3　标准直齿圆锥齿轮的几何

尺寸计算 95

5.11　齿轮传动的润滑 96

5.12 斜齿圆柱齿轮SolidWorks三维

设计实例 97

5.12.1 绘制齿形 97

5.12.2 创建齿条 98

5.12.3 创建齿轮基体 99

5.12.4 创建齿轮安装孔 100

习题 101

第6章 蜗杆传动 103

6.1 概述 103

6.1.1 蜗杆传动的特点 103

6.1.2　蜗杆传动的类型 104

6.1.3 利用ADAMS进行蜗杆

传动啮合的运动仿真 105

6.2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何

尺寸 107

6.2.1　圆柱蜗杆传动的主要参数 107

6.2.2　蜗杆传动的几何尺寸计算 109

6.3 蜗杆传动的失效形式、材料

和结构 111

6.3.1　蜗杆传动的失效形式及材料

选择 111

6.3.2　蜗杆、蜗轮的结构 111

6.4 蜗杆传动的受力分析和强度计算 112

6.4.1　蜗杆传动的受力分析 112

6.4.2　蜗杆传动的强度计算 113

6.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡

计算 113

6.5.1　蜗杆传动的效率 113

6.5.2　蜗杆传动的润滑 114

6.5.3　热平衡计算 114

6.6 阿基米德蜗轮蜗杆在SolidWorks

中的建模与装配 115

6.6.1 阿基米德蜗杆的建模方法 115

6.6.2 阿基米德蜗轮轮齿的建模

方法 116

6.6.3 阿基米德蜗轮蜗杆建模与

装配实例 117

习题 119

第7章 挠性传动 120

7.1 带传动的类型、特点及运用 120

7.1.1　带传动的类型 120

7.1.2 带传动的特点与运用 121

7.2 V带和带轮的结构 122

7.2.1　普通V带的结构和尺寸

标准 122

7.2.2 V带轮的结构 124

7.3 带传动的工作情况分析 125

7.3.1 带传动的受力分析 125

7.3.2　带传动的应力分析 126

7.4 普通V带传动的计算 128

7.4.1 带传动的失效形式和设计

准则 128

7.4.2　单根V带的基本额定

功率P0 128

7.4.3 带传动设计的原始数据及

内容 130

7.4.4　设计步骤和传动参数的选择 130

7.5 带传动的张紧、安装及维护 133

7.5.1　V带传动的张紧 133

7.5.2 带传动的安装与维护 134

7.6 链传动简介 134

7.6.1　链传动的组成、特点、

分类及应用 134

7.6.2　滚子链的结构及标准 135

7.6.3　链传动的运动特性 136

7.6.4 链传动的设计简介及主要

参数的选择 137

习题 138

第8章 轮系 139

8.1 轮系及其分类 139

8.1.1　定轴轮系 139

8.1.2　周转轮系 139

8.1.3　复合轮系 140

8.2　定轴轮系传动比的计算 140

8.2.1　一对齿轮啮合的传动比 141

8.2.2　定轴轮系传动比的计算 141

8.3　周转轮系传动比的计算 143

8.3.1 周转轮系的组成 143

8.3.2 周转轮系传动比的计算 144

8.4 复合轮系传动比的计算 146

8.5 轮系的应用 147

8.5.1 轮系的应用 147

8.5.2 利用ADAMS进行汽车后

桥差速器轮系的设计与运动

分析 148

习题 151

第9章 轴承 152

9.1 轴承的分类 152

9.2 滚动轴承的结构、类型和代号 152

9.2.1　滚动轴承的结构 152

9.2.2　滚动轴承的特性和类型 153

9.2.3　滚动轴承的代号 155

9.3 滚动轴承的寿命计算和尺寸选择 157

9.3.1　滚动轴承的载荷分析 157

9.3.2 滚动轴承的失效形式及

设计准则 158

9.3.3 基本额定寿命和基本额

定动载荷 158

9.3.4 滚动轴承的寿命计算 160

9.3.5　角接触轴承的轴向载荷

计算 161

9.3.6　滚动轴承的静强度计算 163

9.4 滚动轴承的组合设计 164

9.4.1　轴系的轴向固定 164

9.4.2　轴承组合的调整 165

9.4.3　滚动轴承的配合 166

9.4.4　滚动轴承的装拆 167

9.4.5　滚动轴承的润滑和密封 167

9.5 滑动轴承的类型及结构 169

9.5.1 滑动轴承的类型与摩擦

状态 169

9.5.2 滑动轴承的结构 170

9.5.3 轴瓦的结构及材料 171

9.5.4 滑动轴承的润滑 173

9.6　非液体摩擦滑动轴承的设计计算 174

9.6.1 向心滑动轴承的计算 175

9.6.2 推力滑动轴承的计算 176

习题 176

第10章 轴 178

10.1 概述 178

10.1.1 轴的类型 178

10.1.2　轴的材料 179

10.2　轴的结构设计 180

10.2.1　轴的组成 180

10.2.2　零件在轴上的固定方法 181

10.2.3　轴的结构工艺性 182

10.2.4　减小应力集中、提高轴的

疲劳强度 183

10.2.5　轴的结构尺寸 183

10.3 轴的强度计算 184

10.3.1　按扭转强度条件计算 184

10.3.2 按弯扭合成强度条件计算 185

10.4 轴的刚度计算 186

习题 187

第11章 联轴器、离合器和制动器 188

11.1 联轴器 188

11.1.1 刚性联轴器 189

11.1.2　挠性联轴器 190

11.2 离合器 193

11.2.1 嵌合式离合器 193

11.2.2 摩擦式离合器 194

11.2.3　超越离合器 195

11.3 制动器 196

11.3.1　带式制动器 196

11.3.2　块式制动器 197

11.3.3　盘式制动器 197

习题 198

第12章 传动零件的设计计算 199

12.1 轴径的初算 199

12.2 联轴器的选择 199

12.3 减速器箱体外部传动零件的

设计 200

12.3.1 带传动 200

12.3.2 链传动 201

12.3.3　开式齿轮传动 201

12.4 减速器箱体内部传动零件的设计 202

12.4.1 圆柱齿轮传动 202

12.4.2 圆锥齿轮传动 203

12.4.3 蜗杆传动 203

习题 204

第3篇 连接、支撑零部件资料及设计

第13章 螺纹连接 205

13.1 螺纹连接的基本知识 205

13.1.1　螺纹的形成 205

13.1.2　螺纹的类型和应用 205

13.1.3　螺纹的主要参数 206

13.1.4　螺纹连接的主要类型和

应用 207

13.2 螺纹连接的预紧和防松 208

13.2.1　螺纹连接的预紧 208

13.2.2　螺纹连接的防松 209

13.3 螺栓连接的强度计算和结构

设计 210

13.3.1 普通螺栓连接的强度

计算 210

13.3.2　螺纹连接的结构设计要点 214

13.3.3 利用ANSYS进行螺栓的

强度校核 215

习题 217

第14章 键连接和销连接 219

14.1 键连接 219

14.1.1 键连接的类型与特点 219

14.1.2 平键连接的尺寸选择和

强度验算 221

14.1.3 花键连接 223

14.1.4 利用ANSYS进行平键的

有限元分析 224

14.2 销连接 226

习题 228

第4篇 减速器的课程设计

第15章 传动装置的总体设计 229

15.1 减速器简介 229

15.1.1 减速器的类型、特点及

应用 229

15.1.2　减速器的典型结构 230

15.2 传动装置的布置 232

15.3 电动机的选择 233

15.3.1 电动机类型和结构形式 233

15.3.2 电动机功率的确定 233

15.3.3 电动机转速的确定 235

15.3.4 总传动比的计算和各级

传动比的分配 235

15.3.5 计算传动装置的运动和

动力参数 237

第16章 减速器的结构与附件 241

16.1 减速器的构造 241

16.2 轴系部件 241

16.3 箱体 242

16.4 减速器附件 242

16.4.1 视孔和视孔盖 242

16.4.2 通气器 243

16.4.3 油面指示器 244

16.4.4 放油孔和螺塞 246

16.4.5 启盖螺钉 247

16.4.6 定位销 247

16.4.7 起吊装置 248

16.4.8 挡油盘 249

16.4.9 轴承盖 249

第17章 圆柱齿轮减速器轴系部件

设计 251

17.1 确定齿轮及箱体轴承座的位置 251

17.1.1 确定齿轮的位置 251

17.1.2 确定箱体与轴承座位置 253

17.2 轴承类型选择及其在箱体座孔中

位置的确定 253

17.2.1 轴承类型选择 253

17.2.2 确定轴承在箱体座孔中的

轴向位置 253

17.3 轴的结构设计 254

17.3.1 确定轴的径向尺寸 254

17.3.2 确定轴的轴向尺寸 256

17.3.3 确定轴上键槽位置和尺寸 258

17.4 轴、轴承、键的校核计算 258

17.5 轴承组合设计 259

17.5.1 轴系部件的轴向固定 260

17.5.2 轴承的润滑与密封 260

17.6 齿轮结构设计 263

第18章 圆柱齿轮减速器箱体及附件

设计 265

18.1 箱体结构设计 265

18.1.1 箱体的刚度 265

18.1.2 箱体的密封 268

18.1.3 箱体结构的工艺性 268

18.2 附件的结构选择与设计 270

18.2.1 视孔和视孔盖 270

18.2.2 通气器 271

18.2.3 油标 272

18.2.4 放油孔和螺塞 273

18.2.5 启盖螺钉 274

18.2.6 定位销 274

第19章 圆锥齿轮减速器装配工作

图设计 276

19.1 轴系部件设计 276

19.1.1 确定传动零件、箱体内壁

及轴承座位置 276

19.1.2 轴的结构设计和轴承类型

的选择 278

19.1.3 确定力作用点及校核轴、

键、轴承 278

19.1.4 小圆锥齿轮轴系部件的

轴承组合设计 278

19.2 箱体及附件设计 281

第20章 圆柱蜗杆减速器装配

工作图设计 282

20.1 轴系部件设计 282

20.1.1 确定传动零件、箱体内壁

及轴承座位置 282

20.1.2 轴的结构设计和轴承类型

的选择 283

20.1.3 确定力的作用点及校核轴、

键、轴承 284

20.1.4 蜗杆轴系部件的轴承组合

设计 284

20.1.5 蜗杆减速器的散热 286

20.2 箱体及附件设计 287

第21章 零件图的设计与绘制 289

21.1 轴类零件图的设计及绘制 289

21.1.1 视图的选择 289

21.1.2 标注尺寸 289

21.1.3 标注尺寸的极限偏差和

形位公差 290

21.1.4 标注表面粗糙度 290

21.1.5 编写技术要求 291

21.2 齿轮类零件工作图的设计与绘制 291

21.2.1 视图的选择 291

21.2.2 尺寸的标注 291

21.2.3 啮合特性表 292

21.2.4 主要技术要求 292

21.3 箱体类零件图的设计及绘制 292

21.3.1 视图的选择 292

21.3.2 尺寸标注 292

21.3.3 形位公差和表面粗糙度 292

21.3.4 编写技术要求 293

第22章 编制设计计算说明书与

准备答辩 294

22.1 设计计算说明书的要求 294

22.2 设计计算说明书的主要内容 295

22.3 准备答辩 296

第23章 现代机械设计实例--

减速器 298

23.1 减速器零部件建模设计 298

23.1.1 箱体造型设计 298

23.1.2 主动轴造型设计 305

23.1.3 从动轴齿轮造型设计 307

23.2 减速器虚拟装配设计 309

23.3 减速器关键零部件力学性能分析

与结构优化 312

23.3.1 箱体的力学分析 312

23.3.2 从动轴的力学分析 314

23.4 减速器运动仿真 317

参考文献 3192100433B

《机械设计基础课程设计(第2版)》为高等工科院校各专业“机械设计基础课程设计”教材。《机械设计基础课程设计(第2版)》以单级齿轮和蜗杆减速器为例，针对课程设计的进程和需要，介绍了减速器的构造、设计指导书与指导规范、设计资料、参考图例及设计题目数据。

《机械设计基础课程设计(第2版)》可作为学生自学和教师指导用书，也可供有关工程技术人员使用。

前言

第1章机械设计基础课程设计概述

11课程设计的目的

12课程设计的内容和步骤

121课程设计的内容

122课程设计的步骤

13课程设计有关的注意事项

14课程设计任务书

15课程设计进程表

第2章机械传动装置总体设计

21确定传动方案

22电动机的选择

221电动机的类型和结构形式

222选择电动机的型号

23总传动比的计算和各级传动

比的分配

231计算总传动比

232分配各级传动比

24传动装置的运动参数和动力

参数的计算

第3章传动零件的设计与计算

31选择联轴器的类型和型号

32箱外传动件的设计

321带传动

322链传动

323开式齿轮传动

33箱内传动件的设计

331圆柱齿轮传动

332锥齿轮传动

333蜗杆传动

34轴的强度计算

第4章减速器的结构与附件设计

41减速器的结构

411减速器的类型、特点及应用

412减速器的组成结构

413箱体结构的设计要求

414箱体的结构尺寸

42减速器附件的设计

第5章装配图绘制与减速器设计

51装配图的绘制准备

511视图的选择与图面的布置

512确定传动零件的中心线及齿轮的

轮廓

513确定箱体的内壁线

514确定箱体轴承座孔的宽度

52轴的结构设计

521轴的径向尺寸设计

522轴的轴向尺寸设计

523轴系的校核计算

53传动零件、联接零件及支承

零件的设计

531齿轮的结构设计

532键的选择和校核

533滚动轴承组合的设计

54减速器的润滑与密封

541减速器的润滑

542减速器的密封

55减速器装配图尺寸标注和技术

特征

551减速器装配图尺寸标注

552减速器技术特征

56编写技术要求、零件序号、

标题栏及明细表

561编写技术要求

562编写零件序号、标题栏及

明细栏

第6章零件工作图的绘制与零件的

设计

61零件工作图的绘制

62零件的设计

621轴的设计622齿轮的设计

623带轮的设计

第7章编写设计计算说明书与答辩

准备

71编写设计计算说明书

72答辩准备

第8章机械设计基础课程设计案例

附录

参考文献

《机械设计基础课程设计及题解》共分3篇（含1张CD）。第1篇内容与华中科技大学出版社出版的《机械设计基础》（林承全编著）完全配套，有全部题解和教材习题答案。第2篇内容主要是机械设计课程设计的要求、步骤、计算及图纸设计；课程设计常用标准和规范，介绍在设计过程中，常用件的参数选择及规范要求；参考图例及设计图例，主要为学生在学习、设计过程中提供范例和参考。第3篇机械设计常用标准和规范是课程设计的全部资料，综合了设计指导书、图册、手册等内容。不需要另外买课程设计指导书或手册！

《机械设计基础课程设计及题解》配套光盘内容极为事富，包含：多媒体课件、电子教案Word版、习题及其答案、试题库精选、网络虚拟实验、教学大纲和授课计划（多学时、少学时）和动画及录像素材库等。

《机械设计基础课程设计及题解(附光盘1张)》可作为中等职业学校、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”的课程设计教材，也可作为模具、数控、汽车等专业的函授生和工程技术人员的自学教材。

由于对内容深度和广度做了适当扩展，《机械设计基础课程设计及题解(附光盘1张)》也可供本科院校相关专业的师生和相关工程技术人员使用。