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页数:235

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出版时间:2008-8

价格:22.50元

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isbn号码:9787109120891

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• 电工技能
• 理论学习
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机械设计基础 第一章 绪论 1.1 机械及其在国民经济中的地位 机械是现代工业和社会发展不可或缺的工具。从宏观上看，机械贯穿了农业、工业、交通运输、国防等各个领域。在农业中，拖拉机、收割机等机械化设备极大地提高了生产效率；在工业制造中，精密机床、自动化生产线是实现高质量、大规模生产的基石；在日常生活中，从简单的家用电器到复杂的交通工具，无不依赖于机械原理的应用。机械不仅是物质生产力的重要组成部分，更是技术进步和文明演进的直接体现。 1.2 机械设计及其在工程实践中的作用 机械设计是将工程需求转化为具体机械结构和系统的过程。它不仅涉及理论知识的运用，更考验设计者的创造力、经验和对实际工况的深刻理解。一个优秀的机械设计方案，需要在满足功能需求的同时，兼顾可靠性、经济性、可制造性和可维修性。在工程实践中，机械设计是连接科学理论与工程产品的桥梁，直接决定了产品的性能和市场竞争力。本课程将系统地介绍机械设计的基本原理、方法和规范，为未来从事机械研发和制造的工程师打下坚实基础。 1.3 机械设计课程的特点与学习要求 《机械设计基础》是一门理论性与实践性高度结合的课程。它要求学习者不仅要掌握材料力学、工程热力学等基础理论，更要学会如何将这些理论应用于实际的零部件设计和机构分析中。学习本课程需要培养严谨的逻辑思维和空间想象能力。未来的工程师应具备独立分析问题、选择计算方法、绘制符合国家标准的工程图样的能力。 --- 第二章 机构的运动与动力学分析 2.1 机构的组成与分类 机械机构是由构件（如连杆、齿轮、轴等）通过连接件（如铰链、滑移面）按特定方式组合而成的系统，用于传递运动、力和能量。根据运动形式，机构可分为平面机构和空间机构；根据功能，可分为运动传递机构和功能机构。本章将重点研究平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构和带传动等常见机构的结构特征。 2.2 机构的运动分析 运动分析是机构设计的第一步。主要包括运动的相对性原理、速度和加速度的瞬心法、瞬时速度中心法（如基诺法）以及利用解析法或图解法确定机构在特定位置时的位移、速度和加速度。对机构运动特性的深入理解，是优化设计参数的前提。 2.3 机构的动力学分析 动力学分析涉及分析作用在机构上的力（包括静力、惯性力、摩擦力）以及由此产生的运动和力矩。本节将介绍达朗贝尔原理在机构运动中的应用，并探讨如何进行运动件的惯性力计算。理解机构在动态工作条件下的受力情况，对于合理选择零部件尺寸和确定驱动源的扭矩至关重要。 --- 第三章 机械传动基础 3.1 机械传动概述 机械传动是机器中实现能量和运动转换的核心环节。有效的传动系统能够保证输出运动的精确性、平稳性和所需功率的有效传递。本章将侧重于分析齿轮传动、带传动、链传动和摩擦轮传动的工作原理、优缺点及适用范围。 3.2 齿轮传动 齿轮传动是应用最广泛的传动形式之一，具有传动比准确、效率高、结构紧凑的优点。 标准直齿圆柱齿轮：详细解析齿轮的基本参数（模数、压力角、齿数），齿廓几何尺寸的计算，以及齿轮的啮合原理，包括渐开线轮廓的特性和保证正确啮合的条件。 齿轮的强度计算：这是齿轮设计的核心内容。将分别进行齿面接触强度（防止点蚀）和齿根弯曲强度（防止疲劳断裂）的校核与设计计算。计算中需要考虑材料的许用应力、载荷性质、齿宽、齿数以及工作时数等因素。 3.3 带传动与链传动 带传动：分析平带和V带传动的基本工作原理，着重于张紧力与有效拉力之间的关系，以及打滑现象的控制。讨论带的材料选择和带轮的结构设计。 链传动：研究链条的节距、链轮的啮合特性，以及链传动在需要较大中心距和冲击载荷场合的应用。 --- 第四章 机械的可靠性与强度设计基础 4.1 材料的机械性能与选择 机械零部件的性能直接取决于所用材料的特性。本章回顾工程材料的主要力学性能，如强度、硬度、塑性、韧性和疲劳极限。重点讨论结构钢、铸铁等常用材料的牌号、热处理对性能的改变，以及在实际设计中如何依据工作条件（静载、交变载荷、冲击、高温等）进行材料的合理选择。 4.2 机械零件的失效形式 了解零件可能发生的失效模式是进行可靠性设计的基础。主要失效形式包括： 静强度失效：零部件在一次性过载荷作用下发生的断裂或塑性变形。 疲劳失效：在交变应力作用下，零件在屈服极限以下的应力水平下发生逐步扩展的裂纹，最终导致断裂。这是最常见的失效形式。 磨损：零件表面在相对运动中因接触摩擦而逐渐损失材料。 腐蚀：材料在化学或电化学作用下性能劣化。 4.3 机械零件的强度设计原则 强度设计目标是确保零件在规定工作条件下，其安全系数满足设计要求。 静力强度设计：基于许用应力法，通过计算零件在最大载荷下的应力，与材料的屈服强度或极限强度进行比较。 疲劳强度设计：根据零件承受的交变应力循环次数，利用S-N曲线（Wöhler曲线）确定安全系数。涉及平均应力、应力幅值、应力集中系数以及不同失效模式下的疲劳校核。 --- 第五章 常用机械零件设计 5.1 轴的设计 轴是传递运动和扭矩的主要零件。本章将探讨轴的分类（如传动轴、心轴、车轴）及其在工作中的受力特点（弯曲、扭转、轴向力及组合载荷）。轴的设计过程包括：初步尺寸确定、材料选择、疲劳强度校核、以及对关键部位（如键槽、油孔、配合面）进行局部加强设计。 5.2 键和联轴器 键联接：键是将轴与轴上零件（如齿轮、带轮）可靠连接并传递扭矩的连接件。详细分析平键、花键、楔键的结构、受力特点和强度计算，重点关注键与轴、键与轮之间的工作面剪切和挤压强度的校核。 联轴器：用于连接不需要轴向移动的两轴，以补偿其安装误差或吸收冲击。介绍刚性联轴器、弹性元件联轴器（如膜片联轴器、蛇形弹簧联轴器）的结构特点、适用范围及承载能力校核。 5.3 滚动轴承 滚动轴承是现代机械中应用最广泛的支承元件，用以承受径向和/或轴向载荷，并保证旋转件的精确回转。 轴承的类型与代号：了解深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承等主要类型的结构和适用性。 轴承的寿命与可靠性计算：基于疲劳理论，计算轴承的基本额定寿命（$L_{10}$寿命）和额定动载荷。设计中需要根据实际工作载荷、转速和期望寿命来选择合适的轴承型号。 轴承的安装与游隙选择：讨论轴承与轴、轴承座的配合选择，以及预紧力的施加对轴承刚度和寿命的影响。 --- 第六章 摩擦、润滑与密封 6.1 机械摩擦与磨损 摩擦力是限制机器运动、消耗能量的主要因素。本章阐述摩擦的本质，区分静摩擦与动摩擦，并介绍摩擦系数的影响因素。针对磨损问题，分析主要的磨损类型（磨粒磨损、粘着磨损等）及其预防措施。 6.2 润滑基础理论 润滑的目的是减小摩擦和磨损，并起到冷却、清洗和防腐蚀的作用。 润滑状态：区分流体润滑、边界润滑和混合润滑，理解雷诺数在判断润滑状态中的作用。 润滑剂的选择：介绍润滑油和润滑脂的种类、性能指标（如粘度、粘度指数），以及依据工作温度、压力和转速选择合适的润滑剂。 6.3 机械密封 在需要承受较高压力或防止泄漏的场合，需要使用密封技术。本章介绍动密封和静密封的常用形式，重点分析机械密封的工作原理、结构组成和失效模式，确保设备在复杂工况下仍能保持良好的密封性能。

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