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本书根据普通高等教育培养应用型高级工程技术人才的需要，结合编者几十年的教学实践，针对学生加强实际工程能力、动手能力和创新意识培养，和根据机械设计基础课程教学基本要求，结合新的课程体系和教学内容改革的成果，采用国家*标注编写而成。
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| 內容簡介： |
本书共分14章，内容包括： 平面机构的结构分析、平面连杆机构及其设计、凸轮机构及其设计、齿轮机构及其设计、轮系及其设计、其他常用机构、机械连接、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、轴承、轴、联轴器和离合器。围绕每章所介绍的内容,都配有一定量的习题，以利巩固所学内容。
本书主要用作高等学校机械类和近机械类专业机械设计基础课程的教材,也可供有关工程技术人员和其他读者参考。
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| 關於作者： |
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吴洁，副教授，毕业于东北大学，硕士学历，主编机械原理、机械零件，从事机械设计基础教学30年，主持辽宁省科技攻关课题-MAG焊接小车设计，获辽宁省科技进步二等奖。
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| 目錄：
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绪论
0.1本课程研究的对象和内容 00
0.1.1基本术语 00
0.1.2本课程研究的对象和内容 00
0.2本课程的研究任务及学习方法 00
0.2.1本课程的研究任务 00
0.2.2本课程的学习方法 00
0.3机械设计基本要求和一般程序 00
0.3.1机械设计的重要性 00
0.3.2机械设计一般过程 00
0.3.3机械设计的基本要求 00
习题 00
00第1章平面机构的结构分析
1.1运动副、运动链和机构 00
1.1.1平面运动副 00
1.1.2运动链和机构 0
1.2平面机构的运动简图 0
1.2.1机构运动简图的概念 0
1.2.2平面机构运动简图的绘制 0
1.3平面机构的自由度 0
1.3.1平面机构自由度的相关概念 0
1.3.2自由度计算中应注意的几个特殊问题 0
1.4平面机构的组成原理和结构分析 0
1.4.1杆组分析 0
1.4.2平面机构的组成原理 0
1.4.3平面机构的结构分类 0
1.4.4高副低代 0
1.5用速度瞬心法进行机构的速度分析 0
1.5.1速度瞬心的意义 0
1.5.2机构的瞬心数目 0
1.5.3瞬心的求法 0
1.5.4瞬心法在机构速度分析中的应用 0
习题 0
0第2章平面连杆机构及其设计
2.1平面连杆机构的基本形式及其应用 0
2.1.1平面连杆机构的基本形式 0
2.1.2平面连杆机构的演化形式 0
2.2平面连杆机构的主要工作特性 0
2.2.1曲柄存在的条件 0
2.2.2平面连杆机构几个基本概念 0
2.3平面连杆机构设计 0
2.3.1用作图法设计连杆机构 0
2.3.2用解析法设计连杆机构 0
2.3.3用实验法设计连杆机构 0
习题 0
0第3章凸轮机构及其设计
3.1凸轮机构的应用和类型 0
3.1.1凸轮机构的应用 0
3.1.2凸轮机构的分类 0
3.2从动件常用的运动规律 0
3.2.1凸轮机构的基本名词术语 0
3.2.2从动件常用的运动规律 0
3.3凸轮轮廓曲线设计 0
3.3.1凸轮的图解法设计原理和方法 0
3.3.2解析法设计凸轮轮廓曲线 0
3.4设计凸轮机构应注意的问题 0
3.4.1凸轮机构压力角与基圆半径的关系 0
3.4.2其他尺寸参数的确定 0
习题 0
0第4章齿轮机构及其设计
4.1齿轮机构的特点和类型 0
4.1.1齿轮机构的特点 0
4.1.2齿轮机构的类型 0
4.2渐开线齿廓及其啮合特性 0
4.2.1渐开线的形成 0
4.2.2渐开线的特性 0
4.2.3渐开线齿廓啮合特性 0
4.3标准直齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸计算 0
4.3.1外齿轮 0
4.3.2齿条 0
4.3.3内齿轮 0
4.4渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 0
4.4.1一对渐开线齿轮正确啮合的条件 0
4.4.2节圆、中心距及啮合角 0
4.4.3渐开线直齿轮传动的啮合过程 0
4.4.4渐开线齿轮连续传动的条件 0
4.5渐开线齿轮的切制原理 0
4.5.1齿轮加工的基本原理 0
4.5.2用标准齿条型刀具加工标准齿轮 0
4.6根切现象、不根切的最少齿数和变位齿轮简介 0
4.6.1渐开线齿廓的根切现象 0
4.6.2渐开线标准直齿圆柱齿轮的最少齿数 0
4.6.3变位齿轮 0
4.7斜齿圆柱齿轮机构 0
4.7.1斜齿圆柱齿轮齿面的形成 0
4.7.2标准斜齿圆柱齿轮传动的几何尺寸计算 0
4.7.3斜齿圆柱齿轮的当量齿数 0
4.7.4斜齿圆柱齿轮机构的正确啮合条件 0
4.8圆锥齿轮机构 0
4.8.1圆锥齿轮机构概述 0
4.8.2直齿圆锥齿轮传动的基本参数和几何尺寸计算 0
习题 0
第5章轮系及其设计
5.1轮系及其分类
5.2定轴轮系及其传动比
5.3周转轮系及其传动比
5.4复合轮系及其传动比
5.5轮系的功用
5.6其他行星传动简介
习题
第6章其他常用机构
6.1棘轮机构
6.1.1棘轮机构的组成及其工作特点
6.1.2棘轮机构的类型与应用
6.1.3棘轮机构的设计要点
6.2槽轮机构
6.2.1槽轮机构的组成及其特点
6.2.2槽轮机构的类型及应用
6.2.3槽轮机构的运动系数及运动特性
6.3不完全齿轮机构
6.3.1不完全齿轮机构的工作原理和特点
6.3.2不完全齿轮机构的类型及应用
习题
第7章机械连接
7.1螺纹参数
7.1.1螺纹的类型和应用
7.1.2螺纹的主要参数
7.2螺旋副的受力分析、效率和自锁
7.2.1矩形螺纹
7.2.2非矩形螺纹
7.3螺纹连接的基本类型及螺纹紧固件
7.3.1螺纹连接的基本类型
7.3.2螺纹紧固件
7.4螺纹连接的预紧与防松
7.4.1螺纹连接的预紧
7.4.2螺纹连接的防松
7.5螺栓连接设计
7.5.1螺栓组的结构设计
7.5.2螺纹连接的强度计算
7.6螺栓的材料和许用应力
7.6.1螺栓的材料
7.6.2螺纹连接件的许用应力
7.7提高螺栓连接强度的措施
7.7.1降低螺栓的应力幅
7.7.2改善螺纹牙上载荷分布不均的现象
7.7.3减小应力集中的影响
7.7.4采用合理的制造工艺方法
7.8键连接和花键连接
7.8.1普通平键连接
7.8.2花键连接
7.9销连接
习题
第8章带传动
8.1带传动的组成、特点和应用
8.1.1带传动的特点和应用
8.1.2带传动的类型
8.1.3带传动的主要几何参数
8.2V带及带轮
8.2.1V带的类型与结构
8.2.2V带轮
8.3带传动的工作情况分析
8.3.1带传动的受力分析
8.3.2带传动的最大有效拉力及其主要影响因素
8.3.3带传动的应力分析
8.3.4带传动的弹性滑动和打滑
8.4普通V带传动的设计计算
8.4.1失效形式和设计准则
8.4.2单根V带所能传递的功率
8.4.3设计计算和参数选择
8.5带传动的张紧
8.6其他带传动简介
8.6.1同步带传动
8.6.2高速带传动
习题
第9章链传动
9.1链传动的特点和应用
9.2链传动的运动分析和受力分析
9.2.1传动比和速度的不均匀性
9.2.2链传动的动载荷
9.3滚子链传动的计算
9.3.1链传动的主要失效形式
9.3.2链传动的承载能力
9.3.3链传动主要参数的选择
9.4链传动的布置、张紧和安装
9.4.1链传动的布置
9.4.2链传动的张紧
9.4.3链传动的安装
习题
第10章齿轮传动
10.1齿轮传动的失效形式和设计准则
10.1.1失效形式
10.1.2设计准则
10.1.3齿轮的材料及热处理
10.1.4齿轮精度的选择
10.2标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算
10.2.1受力分析与计算载荷
10.2.2齿根弯曲疲劳强度计算
10.2.3齿面接触疲劳强度计算
10.2.4齿轮传动的强度计算说明
10.2.5齿轮传动设计参数的选择
10.3标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算
10.3.1轮齿的受力分析
10.3.2强度计算
10.4标准圆锥齿轮传动的强度计算
10.4.1轮齿的受力分析
10.4.2强度计算
10.5齿轮的结构设计
10.6齿轮传动的润滑
10.6.1齿轮传动的润滑方式
10.6.2润滑剂的选择
习题
第11章蜗杆传动
11.1蜗杆传动的特点与类型
11.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算
11.2.1普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择
11.2.2蜗杆传动的几何尺寸计算
11.3蜗杆传动的失效形式及常用材料和结构
11.3.1蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料
11.3.2蜗杆传动的受力分析
11.3.3圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计
11.4普通圆柱蜗杆传动的强度计算
11.4.1蜗轮齿面接触疲劳强度计算
11.4.2蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算
11.4.3蜗杆的刚度计算
11.5普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算
11.5.1蜗杆传动的效率
11.5.2蜗杆传动的润滑
11.5.3蜗杆传动的热平衡计算
习题
第12章轴承
12.1概述
12.2滚动轴承的类型及代号
12.2.1滚动轴承的基本构造
12.2.2滚动轴承的材料
12.2.3滚动轴承的重要结构特性
12.2.4滚动轴承的主要类型
12.2.5滚动轴承的代号
12.3滚动轴承类型的选择
12.3.1轴承的载荷
12.3.2轴承的转速
12.3.3轴承的调心性能
12.3.4轴承的安装和拆卸
12.3.5经济性要求
12.4滚动轴承的寿命计算
12.4.1滚动轴承的失效形式和计算准则
12.4.2基本额定寿命和基本额定动载荷
12.4.3滚动轴承的寿命计算公式
12.4.4滚动轴承的当量动载荷
12.4.5角接触球轴承和圆锥滚子轴承的径向载荷Fr与轴向载荷Fa的
计算
12.3.6滚动轴承的静强度计算
12.5滚动轴承的组合设计
12.5.1支承部分的刚性和同心度
12.5.2轴承的配置
12.5.3滚动轴承的轴向紧固
12.5.4滚动轴承的配合
12.6轴承的润滑和密封
12.6.1滚动轴承的润滑
12.6.2滚动轴承的密封装置
12.7滑动轴承简介
12.7.1滑动轴承的类型
12.7.2滑动轴承的结构
12.7.3滑动轴承材料
习题
第13章轴
13.1轴的功用和类型
13.2轴的材料
13.3轴的结构设计
13.3.1拟定轴上零件的装配方案
13.3.2轴上零件的定位
13.4轴的设计计算
13.4.1轴的强度校核计算
13.4.2轴的刚度校核计算
习题
第14章联轴器和离合器
14.1联轴器
14.1.1刚性联轴器
14.1.2挠性联轴器
14.1.3联轴器的选择
14.2离合器
14.2.1牙嵌离合器
14.2.2圆盘摩擦离合器
习题
参考文献
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| 內容試閱：
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本书是根据高等教育卓越工程师教育培养计划的培养目标和要求，在吸收各高校近年来教学改革成果的基础上，结合编者几十年的教学实践，针对普通高等学校加强学生工程实践能力、动手能力和创新意识培养的要求，以突出培养学生的创新能力和工程实践能力为重点而编写的。该教材主要特点如下：（1） 本书针对上述培养目标和要求，增加了旨在培养较强的工程素养、工程应用能力和实践动手能力的机械工程师的课程内容。（2） 兼顾应用性和实用性。为加强应用型人才培养，本书力求做到基础理论知识以必需、够用为度，力求实用，而更多地论述生产实际中的应用问题，使学生易学、易懂。结合编者几十年的教学实践和教学改革经验，力图体现为学生服务的理念。例如，在轴系设计中将滚动轴承组合设计与联轴器、离合器的内容打通，重点解决轴结构设计的相关问题。参加本书编写工作的有吴洁（绪论、第4、5、12章）、康凤华（第1、2章）、王凤兰（第3、6章）、李莉（第7章）、焦万才（第8、9章）、宗振奇（第10、11章）、张天瑞（第13、14章）。全书由吴洁、宗振奇和康凤华负责最后的统稿、审定并担任主编。由于作者水平有限，错误或不当之处敬请读者给予批评指正。作者
2017年5月
第3章凸轮机构及其设计
凸轮机构是一种常用的机械机构。主要由凸轮、从动件和机架三个基本构件组成。在该机构中，凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，通过与从动件高副接触带动从动件实现预期运动。凸轮机构能实现复杂的运动要求，广泛应用在各种机械中，特别是在自动化、半自动化机械和自动控制装置中。3.1凸轮机构的应用和类型
3.1.1凸轮机构的应用在机械中，为了实现各种复杂的运动要求，广泛地应用着各种形式的凸轮机构。图31所示为一内燃机气阀的启闭凸轮机构，当凸轮1回转时，其轮廓将迫使推杆2作往复摆动，从而使气阀3开启或关闭关闭是借弹簧4的作用，以控制可燃物质在适当的时间进入气缸或排出废气。至于气阀开启或关闭时间及其速度和加速度的变化规律，则取决于凸轮轮廓曲线的形状。
图32所示为自动机床的进刀机构。当具有凹槽的圆柱凸轮1回转时，其凹槽侧面通过嵌于凹槽中的滚子3迫使摆杆2绕点O作往复摆动，从而控制刀架的进刀和退刀运动。进刀和退刀的运动规律则完全取决于凹槽的形状。由以上两例可见，凸轮机构是由凸轮原动件、推杆从动件和机架三个主要构件所组成的高副机构。凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。当凸轮运动时，通过其曲线轮廓与推杆的高副接触，使推杆得到预期的运动。凸轮机构的优点是： 只要适当地设计出凸轮轮廓曲线，就可以使推杆得到预期的运动规律，而且机构结构简单。凸轮机构的缺点是： 由于凸轮轮廓与推杆之间为点、线接触，属高副机构，易磨损，所以凸轮机构多用于传力不大的场合。
图31内燃机启闭凸轮机构
1凸轮； 2推杆； 3气阀； 4弹簧
图32自动机床的进刀机构
1圆柱凸轮； 2摆杆； 3滚子
3.1.2凸轮机构的分类凸轮机构的类型很多，常用的分类方法如下。1. 按凸轮的形状分类1 盘形凸轮： 如图33a所示，这种凸轮是一个具有变化向径的盘形构件。当它绕固定轴转动时，可推动推杆在垂直于凸轮轴的平面内运动。盘形凸轮构件的结构简单，应用也较广泛，但推杆的行程不能太大，否则将使凸轮的径向尺寸变化过大，因而对凸轮机构的工作不利。
图33凸轮的类型
a 盘形凸轮； b 移动凸轮； c 圆柱凸轮
2 移动凸轮： 图33b所示的凸轮，可以看作是转轴在无穷远处的盘形凸轮的一部分，它是一个具有曲线轮廓的做往复直线移动的构件，当移动凸轮做直线往复运动时，可推动推杆在同一运动平面内运动。有时也常将此种凸轮固定，而使推杆连同支架相对于此凸轮运动。（3 圆柱凸轮：如图32所示的是在圆柱面上作出曲线凹槽的或是在圆柱端面上作出曲线轮廓的机构。这种将移动凸轮卷于圆柱体而形成的凸轮为圆柱凸轮图33c，当其转动时，其曲线凹槽或轮廓曲面可推动推杆产生预期的运动。由于凸轮与推杆的运动不在同一平面内，所以这是一种空间凸轮机构。利用圆柱凸轮可使推杆得到较大的行程。2. 按从动件的形式分类1 尖底从动件： 如图34a、b所示，这种推杆的构造最简单，但易磨损，所以只适用于作用力不大和速度较低的场合，如用于仪表等机构中。
图34推杆的类型
2 滚子从动件： 如图34c、d所示，这种推杆由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，所以磨损较小，故可用来传递较大的动力，因而应用较广。3 平底从动件： 如图34e、f所示，这种推杆的优点是轮对推杆的作用力始终垂直于底边，故受力比较平稳。而且凸轮与平底的接触面间容易形成油膜，润滑较好，所以常用于高速传动中。3.2从动件常用的运动规律
3.2.1凸轮机构的基本名词术语如图35a所示为一对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构，图中以凸轮的回转轴心O为圆心，以凸轮的最小半径r0为半径所作的圆称为凸轮的基圆，r0称为凸轮的基圆半径。图示凸轮的轮廓由AB、BC、CD及DA四段曲线组成，而且BC、DA两段为圆弧。设点A为凸轮廓线的起始点，当凸轮与推杆在点A接触时，推杆处于最低位置。当凸轮以等角速度逆时针转动时，推杆在凸轮廓线AB段的推动下，将由最低位置被推到最高位置B，推杆运动的这一过程称为推程，而凸轮相应的转角0称为推程运动角。凸轮再继续转动，当推杆与凸轮廓线的BC段接触时，由于BC段为以凸轮轴心O为圆心的圆弧，所以推杆将处于最高位置而静止不动，此一过程称为远休止，而此过程凸轮相应的转角01称为远休止角。而后，当推杆与凸轮廓线的CD段接触时，它又由最高位置回到最低位置，推杆运动的这一过程称为回程，而凸轮相应的转角0称为回程运动角。最后，当推杆与凸轮廓线的DA段接触时，由于DA段为以凸轮轴心O为圆心的圆弧，所以推杆将处于最低位置而静止不动，此一过程称为近休止，而凸轮相应的转角02称为近休止角。凸轮再继续转动时，推杆又重复上述过程。推杆在推程或回程中移动的距离h称为推杆的行程。
图35对心直动尖顶推杆盘形凸轮机构
由上述可知，凸轮的轮廓形状决定了从动件的运动规律。反之，从动件不同的运动规律要求凸轮具有不同的轮廓曲线形状，因此在设计凸轮轮廓之前应首先确定从动件的运动规律。
3.2.2从动件常用的运动规律所谓推杆的运动规律，是指推杆在推程或回程时，其位移s、速度v和加速度a随时间t的变化规律。又因凸轮一般为等速运动，其转角与时间t成正比，所以推杆的运动规律经常表示为推杆的上述运动参数随凸轮转角变化的规律。例如，图35a所示凸轮机构推杆的位移变化规律，可以用图35b所示的运动线图来表示。1. 等速运动规律一次多项式运动规律设凸轮以等角速度转动，在推程时，凸轮的转角为0，推杆完成行程h，当采用一次多项式时，则有
s=C0 C1v=dsdt=C1a=dvdt=031
如果取边界条件为： 在始点处=0，s=0； 在终点处=0，s=h，则由式31可得C0=0，C1=h0，故推杆推程的运动方程为
图36等速运动规律
a 位移运动曲线；
b 速度运动曲线；
c 加速度运动曲线
s=h0v=h0a=032a
同理，可求得回程时，推杆的运动方程式。回程时推杆的位移s=h逐渐减小到零。于是得推杆回程的运动方程
s=h1-0v=-h0a=032b
式中，0为凸轮回程运动角； 而凸轮转角应从此段运动规律的起始位置计起。由上述可知，当推杆采用一次多项式运动规律时，推杆为等速运动，故这种运动规律又称为等速运动规律。图36所示为其运动线图推程。由图可知，推杆在运动开始和终止的瞬时，因速度有突变，所以这时推杆的加速度在理论上将出现瞬时的无穷大值，致使推杆突然产生非常大的惯性力，因而使凸轮机构受到极大的冲击，这种冲击称为刚性冲击。
2. 等加速等减速运动规律二次多项式运动规律当采用二次多项式时，其表达式为
s=C0 C1 C22v=dsdt=C1 2C2a=dvdt=22C233
由上式可见，这时推杆的加速度为常数。为了保证凸轮机构运动的平稳性，通常应使推杆先作加速运动，后作减速运动。设在加速段与减速段凸轮的运动角及推杆的行程各占一半即各为02及h2。这时，推程加速段边界条件为： 在始点处=0，s=0，v=0； 在终点处=02，s=h2。由式33可得C0=0，C1=0，C2=2h20，故推杆等加速推程段的运动方程为
s=2h220v=4h20a=4h22034a
式中，的变化范围为0~02。由上式可见，在此阶段中，推杆的位移s与凸轮转角的平方成正比，故其位移曲线为一抛物线，如图37a所示。
图37等加速等减速运动规律
a 位移运动曲线； b 速度运动曲线； c 加速度运动曲线
推程减速段边界条件为： 在始点处=02，s=h2； 在终点处=0，s=h，v=0。将其代入式33，可求得C0=-h，C1=4h0，C2=-2h20，故推杆等减速推程段的运动方程为
s=h-2h0-220
v=4h0-20
a=-4h22034b
式中，的变化范围为02~0。这时推杆的位移曲线，图37a为另一段与前者曲率方向相反的抛物线。上述两种运动规律的结合，构成推杆的等加速和等减速运动规律。其运动线图如图37c所示，由图可见，在A、B、C三点推杆的加速度由突变，因而推杆的惯性力也将有突变，不过这一突变为有限值，因而引起的冲击是有限的，称这种冲击为柔性冲击。
回程时的等加速等减速运动规律，由于在起始点推杆处于最高位置，即s=h。随着凸轮的转动，推杆逐渐下降。故推杆的位移s应等于行程h减去式34中的s，从而回程时的运动方程如下。等加速回程：
s=h-2h220v=-4h20a=-4h220=0~0235a
等减速回程：
s=2h0-220
v=-4h0-220
a=4h220=02~035b
3. 余弦加速度运动规律又称简谐运动规律当推杆的加速度按余弦规律变化时，其推程时的运动方程为
s=h［1-cos0］2
v=hsin020
a=2h2cos022036a
回程时的运动方程为
s=h［1 cos0］2
v=-hsin020
a=-2h2cos022036b
推杆按余弦加速度规律运动时的运动线图推程如图38所示。又图可见，在首、末两点推杆的加速度有突变，故也有柔性冲击。同时，由运动线图中还可以看出，在整个推程中，推杆加速度按余弦加速度规律的变化只完成了余弦的半个周期。4. 正弦加速度运动规律又称摆线运动规律当推杆加速度按正弦加速度规律变化时，其推程时的运动方程为
s=h［0-sin202］
v=h［1-cos20］0
a=2h2sin202037a
回程时的运动方程为
s=h［1-0 sin202］
v=h［cos20-1］0
a=-2h2sin202037b
推杆推程按正弦加速度规律运动时的运动线图如图39所示。由图可见，其加速度没有突变，因而不产生冲击。另外，在推程中推杆加速度按正弦加速度规律的变化完成了正弦的一个周期。
图38余弦加速度运动规律
a 位移运动曲线；
b 速度运动曲线； c 加速度运动曲线
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