机械设计基础（第3版）

目 录
第1章 绪论 （1）
1.1 本课程研究的对象和内容 （1）
1.2 学习本课程的目的 （2）
1.3 如何进行本课程的学习 （3）
1.4 机械设计的基本要求和一般
过程 （3）
第2章 平面机构运动简图及自由度计算 （5）
2.1 机构的组成 （5）
2.1.1 构件的自由度 （6）
2.1.2 运动副 （6）
2.1.3 机构 （8）
2.2 平面机构运动简图 （8）
2.2.1 运动副及构件的表示
方法 （8）
2.2.2 平面机构运动简图的
绘制 （10）
2.3 平面机构具有确定运动的条件 （11）
2.4 平面机构自由度计算 （12）
2.4.1 平面机构自由度计算
概述 （12）
2.4.2 平面机构自由度计算的几点
注意事项 （13）
习题 （17）
第3章 平面连杆机构 （19）
3.1 平面连杆机构的基本类型及
应用 （19）
3.1.1 曲柄摇杆机构 （20）
3.1.2 双曲柄机构 （21）
3.1.3 双摇杆机构 （22）
3.2 平面四杆机构的基本特性 （22）
3.2.1 曲柄存在条件 （22）
3.2.2 急回运动特性 （23）
3.2.3 传动角和压力角 （24）
3.2.4 死点位置 （25）
3.3 平面四杆机构的演化 （26）
3.3.1 转动副演化为移动副 （26）
3.3.2 运动副尺寸的扩大 （27）
3.3.3 机构的倒置 （28）
3.4 用解析法进行机构的运动分析 （29）
3.4.1 铰链四杆机构 （29）
3.4.2 曲柄滑块机构 （31）
3.5 平面四杆机构的设计 （31）
3.5.1 图解法设计平面四杆
机构 （32）
3.5.2 解析法设计平面四杆
机构 （33）
扩展阅读 （34）
习题 （35）
第4章 凸轮机构 （37）
4.1 凸轮机构的应用及分类 （37）
4.1.1 凸轮机构的应用 （37）
4.1.2 凸轮机构的分类 （38）
4.2 从动件的运动规律 （39）
4.2.1 基本术语 （39）
4.2.2 从动件常用运动规律 （40）
4.2.3 从动件运动规律的选择 （43）
4.3 凸轮机构基本尺寸的确定 （44）
4.3.1 凸轮机构的压力角和许
用值 （44）
4.3.2 基圆半径的确定 （45）
4.3.3 滚子半径的确定 （45）
4.4 盘形凸轮轮廓曲线的设计 （46）
4.4.1 反转法的基本原理 （46）
4.4.2 图解法设计凸轮廓线 （46）
4.4.3 解析法设计凸轮廓线 （47）
4.5 凸轮的材料和结构 （48）
4.5.1 凸轮材料的选择 （48）
4.5.2 凸轮的结构 （49）
扩展阅读 （49）
习题 （51）
第5章 齿轮机构 （52）
5.1 概述 （52）
5.1.1 齿轮传动的优缺点 （52）
5.1.2 齿轮传动的主要类型 （53）
5.1.3 对齿轮传动的基本要求 （55）
5.2 齿廓啮合基本定律 （55）
5.3 渐开线及渐开线齿廓 （56）
5.3.1 渐开线的形成及特性 （56）
5.3.2 渐开线齿廓啮合的特点 （57）
5.4 直齿圆柱齿轮的基本参数及几何
尺寸计算 （58）
5.4.1 直齿圆柱齿轮各部分名称及
代号 （58）
5.4.2 直齿圆柱齿轮的基本
参数 （59）
5.4.3 直齿圆柱齿轮的几何尺寸
计算 （60）
5.5 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合
传动 （61）
5.5.1 渐开线齿轮正确啮合的
条件 （61）
5.5.2 渐开线齿轮连续传动的条件
及重合度 （62）
5.5.3 标准中心距及啮合角 （63）
5.6 渐开线齿轮的加工方法与变位
原理 （64）
5.6.1 渐开线齿轮的加工方法 （64）
5.6.2 齿轮的根切现象及变位齿轮
的概念 （66）
5.7 齿轮传动的失效形式及计算
准则 （67）
5.7.1 齿轮传动的主要失效
形式 （67）
5.7.2 齿轮传动的计算准则 （69）
5.8 齿轮材料及热处理方法 （69）
5.8.1 齿轮材料 （69）
5.8.2 齿轮的热处理方法 （70）
5.9 直齿圆柱齿轮传动的受力分析和
计算载荷 （71）
5.9.1 受力分析 （71）
5.9.2 计算载荷 （72）
5.10 直齿圆柱齿轮传动的强度计算 （73）
5.10.1 齿根弯曲疲劳强度计算 （73）
5.10.2 齿面接触疲劳强度计算 （75）
5.10.3 许用应力 （77）
5.10.4 设计参数的选择 （80）
5.11 斜齿圆柱齿轮传动设计 （83）
5.11.1 斜齿圆柱齿轮轮齿廓曲面
的形成及啮合特点 （83）
5.11.2 斜齿圆柱齿轮的基本
参数 （84）
5.11.3 斜齿圆柱齿轮的几何尺寸
计算 （85）
5.11.4 斜齿圆柱齿轮的当量
齿数 （86）
5.11.5 斜齿圆柱齿轮的正确啮合
条件 （87）
5.11.6 斜齿圆柱齿轮的受力
分析 （87）
5.11.7 斜齿圆柱齿轮的强度计算
特点 （88）
5.12 直齿圆锥齿轮传动的设计特点 （89）
5.12.1 直齿圆锥齿轮的啮合
传动 （89）
5.12.2 直齿圆锥齿轮的受力分析
和强度计算 （91）
5.13 齿轮结构设计 （92）
5.13.1 齿轮轴 （93）
5.13.2 实体式结构 （93）
5.13.3 腹板式结构 （93）
5.13.4 轮辐式结构 （94）
5.14 齿轮传动的润滑 （95）
5.14.1 齿轮传动的润滑方式 （95）
5.14.2 润滑油的选择 （95）
扩展阅读 （96）
习题 （97）
第6章 蜗杆传动机构 （99）
6.1 蜗杆传动机构的特点和类型 （99）
6.1.1 蜗杆传动机构的特点 （99）
6.1.2 蜗杆传动机构的类型 （100）
6.2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数和
几何尺寸计算 （101）
6.2.1 蜗杆传动的主要参数 （101）
6.2.2 蜗杆传动的几何尺寸
计算 （103）
6.3 蜗杆和蜗轮的常用材料和结构 （104）
6.3.1 蜗杆和蜗轮的常用
材料 （104）
6.3.2 蜗杆与蜗轮的结构 （105）
6.4 蜗杆传动的受力分析和强度
计算 （106）
6.4.1 蜗杆传动的受力分析和
计算载荷 （106）
6.4.2 蜗杆传动的滑动速度和
失效形式 （107）
6.4.3 蜗轮齿面接触强度计算 （108）
6.5 蜗杆传动的润滑、效率和热平衡
计算 （108）
6.5.1 蜗杆传动的润滑 （108）
6.5.2 蜗杆传动的效率 （109）
6.5.3 蜗杆传动的热平衡计算 （109）
习题 （111）
第7章 轮系 （112）
7.1 轮系的类型 （112）
7.1.1 定轴轮系 （112）
7.1.2 周转轮系 （113）
7.1.3 复合轮系 （114）
7.2 定轴轮系的传动比 （114）
7.2.1 传动比大小的计算 （114）
7.2.2 主动齿轮、从动齿轮转向
关系的确定 （115）
7.3 周转轮系的传动比 （116）
7.4 复合轮系的传动比 （118）
7.5 轮系的功能 （119）
扩展阅读 （122）
习题 （123）
第8章 其他机构 （125）
8.1 棘轮机构 （125）
8.1.1 棘轮机构的工作原理和
类型 （125）
8.1.2 棘轮机构正常工作的
条件 （127）
8.1.3 棘轮机构的尺寸设计 （128）
8.2 槽轮机构 （129）
8.2.1 槽轮机构的工作原理和
类型 （129）
8.2.2 槽轮机构的主要参数 （129）
8.2.3 槽轮机构的尺寸设计 （130）
8.3 不 齿轮机构 （131）
8.3.1 不 齿轮机构的工作原理
和类型 （131）
8.3.2 不 齿轮机构的特点和
应用 （131）
8.4 凸轮式间歇运动机构 （132）
8.4.1 凸轮式间歇运动机构的组成和
工作原理 （132）
8.4.2 凸轮式间歇运动机构的特点和
应用 （132）
8.5 星轮机构 （133）
8.6 非圆齿轮机构 （133）
8.7 螺旋机构 （134）
扩展阅读 （135）
习题 （136）
第9章 挠性传动 （137）
9.1 带传动的组成与工作原理、类型和
特点 （137）
9.1.1 带传动的组成与工作
原理 （137）
9.1.2 带传动的类型和特点 （138）
9.1.3 带传动的结构和特点 （139）
9.2 V带及V带轮 （139）
9.2.1 V带的结构、型号和基本
尺寸 （139）
9.2.2 V带轮的材料和结构
设计 （141）
9.3 带传动的工作情况分析 （143）
9.3.1 带传动的受力分析 （143）
9.3.2 带传动 有效拉力及其影响
因素 （144）
9.3.3 带的应力分析 （145）
9.3.4 弹性滑动和打滑 （146）
9.4 普通V带的设计 （146）
9.4.1 带传动的主要失效形式及设计
准则 （146）
9.4.2 单根V带的额定功率 （147）
9.4.3 设计内容、步骤与参数
选择 （150）
9.5 带传动的张紧与维护 （154）
9.5.1 V带的张紧装置 （154）
9.5.2 V带传动的安装和维护 （155）
9.6 链传动的工作原理及特点 （157）
9.7 链与链轮 （157）
9.7.1 滚子链 （157）
9.7.2 齿形链 （159）
9.7.3 链轮的结构和材料 （159）
9.8 链传动的工作情况 （161）
9.8.1 链传动的运动不均匀性 （161）
9.8.2 链传动的动载荷 （162）
9.8.3 链传动的受力分析 （162）
9.9 链传动的设计计算 （163）
9.9.1 链传动的失效形式 （163）
9.9.2 滚子链的额定功率 （164）
9.9.3 设计计算步骤与参数
选择 （166）
9.10 链传动的合理布置与润滑 （167）
9.10.1 链传动的合理布置 （167）
9.10.2 链传动的张紧 （168）
9.10.3 链传动的润滑 （168）
扩展阅读 （170）
习题 （172）
0章 连接 （173）
10.1 螺纹 （173）
10.1.1 螺纹形成原理及主要
参数 （173）
10.1.2 螺纹的分类 （174）
10.2 螺旋副的受力分析、效率和
自锁 （175）
10.2.1 矩形螺纹 （175）
10.2.2 其他螺纹 （176）
10.3 螺纹连接的基本类型 （177）
10.4 螺纹连接的预紧和防松 （178）
10.4.1 螺纹连接的预紧 （178）
10.4.2 螺纹连接的防松 （179）
10.5 螺栓连接的强度计算 （180）
10.5.1 失效形式和设计准则 （180）
10.5.2 受轴向载荷的螺栓
连接 （181）
10.5.3 受横向载荷的螺栓
连接 （183）
10.6 螺栓组的结构设计 （186）
10.7 提高螺栓连接强度的措施 （188）
10.7.1 降低螺栓的应力幅 （188）
10.7.2 改善螺纹牙间的偏载
现象 （189）
10.7.3 减小螺栓的应力集中 （189）
10.7.4 避免螺栓承受偏心
载荷 （190）
10.7.5 采用合理的制造工艺 （190）
10.8 键连接 （190）
10.8.1 平键连接 （190）
10.8.2 半圆键连接 （192）
10.8.3 楔键连接 （192）
10.8.4 花键连接 （193）
10.9 无键连接 （193）
扩展阅读 （194）
习题 （195）
1章 轴 （197）
11.1 概述 （197）
11.1.1 轴的分类 （197）
11.1.2 轴的材料及其选择 （199）
11.1.3 轴的失效形式和设计主要
内容 （200）
11.2 轴的结构设计 （201）
11.2.1 轴上零件的装配方案 （201）
11.2.2 轴上零件的定位 （202）
11.2.3 各轴段直径和长度的
确定 （204）
11.2.4 轴的结构工艺性 （204）
11.2.5 提高轴强度的措施 （205）
11.3 轴的强度计算 （207）
11.3.1 按抗扭强度条件计算 （207）
11.3.2 按弯扭组合强度条件
计算 （208）
11.3.3 按安全系数校核计算 （210）
11.4 轴的刚度计算 （212）
11.4.1 弯曲刚度校核计算 （212）
11.4.2 扭转刚度校核计算 （212）
11.5 轴的振动简介 （213）
习题 （217）
2章 滑动轴承 （219）
12.1 概述 （219）
12.1.1 滑动轴承的类型 （219）
12.1.2 滑动轴承的特点和
应用 （220）
12.2 滑动轴承的结构形式及轴瓦
结构 （220）
12.2.1 常见滑动轴承结构
形式 （221）
12.2.2 轴瓦结构 （223）
12.3 滑动轴承的失效形式和常用
材料 （226）
12.3.1 滑动轴承的失效形式 （226）
12.3.2 对轴承材料的要求 （227）
12.3.3 轴承材料 （227）
12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑
方法 （230）
12.4.1 润滑脂及其选择 （231）
12.4.2 润滑油及其选择 （232）
12.4.3 固体润滑剂及其选择 （234）
12.4.4 润滑方式及其选择 （234）
12.5 不 液体润滑滑动轴承设计
计算 （235）
12.5.1 不 液体润滑滑动轴承的
设计方法及步骤 （235）
12.5.2 径向滑动轴承的设计 （235）
12.6 液体动压润滑径向滑动轴承
简介 （236）
12.6.1 油膜承载机理 （236）
12.6.2 液体动压润滑径向滑动轴承
的工作状况 （237）
12.7 其他形式滑动轴承简介 （237）
12.7.1 多油楔轴承 （237）
12.7.2 液体静压轴承 （239）
12.7.3 气体轴承 （240）
习题 （240）
3章 滚动轴承 （241）
13.1 滚动轴承的结构、类型和
特点 （241）
13.1.1 滚动轴承的结构 （241）
13.1.2 滚动轴承的类型和
特点 （242）
13.2 滚动轴承的代号和类型选择 （243）
13.2.1 滚动轴承代号 （243）
13.2.2 滚动轴承类型的选择 （245）
13.3 滚动轴承的寿命计算 （246）
13.3.1 滚动轴承的失效形式和设计
准则 （246）
13.3.2 滚动轴承承载能力
计算 （247）
13.4 滚动轴承的组合设计 （256）
13.4.1 保证支承的刚度和同
轴度 （256）
13.4.2 轴承内圈、外圈的轴向
紧固 （256）
13.4.3 轴系支承结构设计 （257）
13.4.4 滚动轴承的安装和
调整 （258）
13.4.5 滚动轴承的配合和
装拆 （259）
13.4.6 滚动轴承的预紧 （259）
13.4.7 滚动轴承的润滑 （260）
13.4.8 滚动轴承的密封 （260）
扩展阅读 （261）
习题 （262）
4章 联轴器及离合器 （263）
14.1 联轴器 （263）
14.1.1 刚性固定式联轴器 （263）
14.1.2 刚性可移式联轴器 （264）
14.1.3 弹性联轴器 （267）
14.1.4 联轴器的选用 （268）
14.2 离合器 （268）
14.2.1 牙嵌式离合器 （268）
14.2.2 摩擦离合器 （269）
习题 （270）
5章 机械系统的方案设计 （272）
15.1 概述 （272）
15.2 机械工作原理及运动方案的
拟定 （273）
15.3 原动机的选择 （275）
15.4 电动机的类型及其选择 （276）
15.4.1 电动机的类型 （276）
15.4.2 选择电动机综合考虑的
问题 （276）
15.4.3 电动机的类型选择 （276）
15.5 机械传动机构 （278）
15.6 执行构件的运动设计 （280）
15.6.1 执行构件的运动设计 （280）
15.6.2 执行构件的运动协调配合
及机械的运动循环图 （280）
15.7 机构的选型 （282）
15.7.1 机构的选型方法 （282）
15.7.2 机构选型注意的问题 （283）
15.8 机械系统方案拟定举例 （286）
15.8.1 设计要求 （286）
15.8.2 运动循环图绘制 （286）
15.8.3 动力源的选择及执行机构
方案的确定 （287）
15.8.4 牛头刨床的传动系统 （289）
15.8.5 机构分析与综合 （290）
习题 （290）
6章 机械控制系统设计 （291）
16.1 常用低压电器 （291）
16.1.1 低压电器概述 （291）
16.1.2 常用开关 （294）
16.1.3 接触器 （295）
16.1.4 继电器 （296）
16.1.5 其他常用电器 （300）
16.2 电动机的基本控制电路 （302）
16.2.1 控制电路概述 （302）
16.2.2 直接启动控制 （302）
16.2.3 降压启动控制 （304）
16.2.4 正反转控制电路 （306）
16.2.5 调速控制电路 （308）
16.2.6 点动控制电路 （311）
16.2.7 制动控制电路 （312）
16.3 机电控制系统设计 （314）
16.3.1 控制系统设计概述 （314）
16.3.2 电气原理图设计 （315）
16.3.3 控制系统工艺设计 （319）
习题 （320）
参考文献 （321）