机械设计基础(汽车类专业适用新工科普通高等教育汽车类系列教材)

前言

上篇机械基础部分

第1章绪论2

1.1机器的类型和组成2

1.1.1机器的类型2

1.1.2机器的功能组成2

1.1.3机器的结构组成4

1.2本课程研究的内容、对象与任务5

1.2.1本课程的主要内容及研究对象5

1.2.2本课程的地位与性质5

1.2.3本课程的主要任务及学习方法6

1.3机械设计的基本要求和一般程序7

1.3.1机械设计的基本要求7

1.3.2机械设计的一般程序和主要内容7

1.3.3机械零件设计的基本要求和一般步骤8

思考练习题9

第2章机构组成和机构分析基础知识10

2.1机构的组成10

2.1.1构件及其分类10

2.1.2运动副及其分类11

2.1.3汽车中的运动副12

2.2平面机构运动简图13

2.2.1机构运动简图的概念13

2.2.2运动副和构件的表示14

2.2.3绘制平面机构运动简图的方法和步骤16

2.2.4机构运动简图在汽车上的应用18

2.3平面机构的自由度计算及具有确定运动的条件19

2.3.1机构自由度的计算公式19

2.3.2机构具有确定运动的条件19

2.3.3计算机构自由度时应注意的事项20

2.4速度瞬心及应用24

2.4.1速度瞬心的概念及数量24

2.4.2速度瞬心的确定24

2.4.3速度瞬心在汽车设计中的应用26

思考练习题27

第3章平面连杆机构29

3.1铰链四杆机构30

3.1.1曲柄存在的条件30

3.1.2铰链四杆机构的基本形式及应用31

3.1.3铰链四杆机构的演变34

3.2具有移动副的四杆机构及其扩展36

3.2.1含有一个移动副的四杆机构36

3.2.2含有两个移动副的四杆机构（双滑块机构）38

3.2.3四杆机构的扩展39

3.3平面四杆机构的基本特性40

3.3.1四杆机构的急回特性和行程速比系数40

3.3.2压力角和传动角42

3.3.3机构的死点43

3.4平面四杆机构的运动学设计44

3.4.1平面连杆机构设计概述44

3.4.2按给定的行程速比系数设计四杆机构45

3.4.3按给定连杆的位置设计四杆机构47

3.4.4按给定两连架杆的对应位置设计四杆机构47

3.4.5按给定点的运动轨迹设计四杆机构48

3.5平面机构在汽车上的应用49

3.5.1履带车辆悬挂装置49

3.5.2汽车发动机的曲柄连杆机构50

3.5.3汽车底盘的转向梯形51

3.5.4中型货车的自卸机构53

思考练习题53

第4章凸轮机构55

4.1凸轮机构概述55

4.1.1凸轮机构的组成和特点55

4.1.2凸轮机构的分类55

4.1.3凸轮与从动件维持高副接触的

方式57

4.1.4凸轮机构的应用58

4.2凸轮机构的从动件运动规律60

4.2.1基本名词术语60

4.2.2常用的从动件运动规律61

4.2.3从动件运动规律的组合65

4.3凸轮机构的压力角66

4.3.1凸轮机构压力角与从动件受力之间的关系66

4.3.2凸轮机构压力角与尺寸之间的关系67

4.4用作图法设计凸轮轮廓曲线68

4.4.1反转原理68

4.4.2直动尖顶从动件盘形凸轮轮廓的绘制69

4.4.3对心直动滚子凸轮轮廓的绘制70

4.4.4其他凸轮轮廓曲线的绘制72

4.5用解析法设计凸轮轮廓曲线73

4.5.1直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计74

4.5.2直动平底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计75

4.5.3摆动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计75

思考练习题76

第5章齿轮机构78

5.1齿轮机构概述78

5.1.1齿轮机构的特点78

5.1.2齿轮机构的类型78

5.1.3齿轮机构在汽车上的应用78

5.2渐开线齿廓的啮合特性82

5.2.1齿廓啮合基本定律82

5.2.2渐开线的形成及性质83

5.2.3渐开线的啮合特性84

5.3渐开线标准直齿圆柱齿轮的主要参数和几何尺寸计算85

5.3.1渐开线齿轮各部分的名称和符号85

5.3.2渐开线齿轮的主要参数86

5.3.3齿条与内齿轮88

5.4渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合89

5.4.1正确啮合的条件89

5.4.2重合度89

5.4.3标准中心距91

5.5渐开线齿轮的加工、根切与变位91

5.5.1渐开线齿轮的加工方法91

5.5.2根切现象及*少齿数94

5.5.3变位齿轮95

5.5.4齿轮传动类型97

5.6平行轴斜齿圆柱齿轮机构98

5.6.1斜齿轮概述98

5.6.2斜齿轮的主要参数及几何尺寸100

5.6.3斜齿轮传动的重合度101

5.6.4斜齿轮的当量齿轮与当量齿数102

5.6.5斜齿轮的啮合特点103

5.7锥齿轮机构104

5.7.1锥齿轮概述104

5.7.2直齿锥齿轮机构104

5.7.3汽车主减速器常用的锥齿轮简介107

5.8蜗杆机构109

5.8.1蜗杆传动的形成和种类109

5.8.2蜗杆传动的正确啮合条件110

5.8.3蜗杆传动的基本参数和几何尺寸111

5.8.4蜗杆机构的主要特点114

思考练习题115

第6章齿轮系117

6.1齿轮系的应用及类型117

6.1.1定轴轮系117

6.1.2周转轮系117

6.1.3复合轮系118

6.1.4轮系的基本概念118

6.2定轴轮系传动比的确定120

6.2.1定轴轮系传动比的计算120

6.2.2定轴轮系主、从动轮转向关系的确定121

6.3周转轮系传动比的计算122

6.3.1转化轮系122

6.3.2转化轮系传动比的计算123

6.4复合轮系的传动比125

6.5轮系在汽车中的应用126

6.5.1轮系在汽车手动变速器中的应用126

6.5.2汽车自动变速器行星齿轮机构的工作原理128

6.5.3行星齿轮机构在汽车驱动桥差速器中的应用132

思考练习题133

第7章其他常用机构135

7.1棘轮机构135

7.1.1棘轮机构的组成及工作原理135

7.1.2轮齿式棘轮机构136

7.1.3摩擦式棘轮机构137

7.1.4棘轮机构的特点和应用137

7.2其他间歇运动机构139

7.2.1槽轮机构139

7.2.2不完全齿轮机构141

7.2.3凸轮间歇运动机构141

7.3螺旋机构142

7.3.1螺旋机构概述142

7.3.2差动螺旋机构143

7.3.3复式螺旋机构143

7.3.4双移动螺旋机构144

7.4万向联轴器145

7.4.1单万向联轴器145

7.4.2双万向联轴器145

思考练习题147

第8章机械系统动力学分析与设计148

8.1机械周期性速度波动与调节148

8.1.1周期性速度波动148

8.1.2周期性速度波动调节的基本原理150

8.1.3飞轮设计150

8.2机械非周期性速度波动与调节153

8.2.1非周期性速度波动153

8.2.2非周期性速度波动的调节153

8.3机械平衡概述155

8.3.1绕固定轴回转的构件的惯性力平衡155

8.3.2机构的平衡155

8.3.3转子的平衡品质156

8.4刚性转子的平衡设计157

8.4.1刚性转子的静平衡计算157

8.4.2刚性转子的动平衡计算158

8.5刚性转子的平衡试验160

8.5.1静平衡试验160

8.5.2动平衡试验161

思考练习题162下篇机械零件部分

第9章机械零件设计概论165

9.1机械零件的工作能力165

9.1.1机械零件的主要失效形式165

9.1.2机械零件的设计计算准则166

9.2机械零件的常用材料及选用168

9.2.1机械零件的常用材料168

9.2.2机械零件材料的选用172

9.3机械零件的强度173

9.3.1载荷和应力的分类173

9.3.2机械零件的疲劳破坏175

9.3.3许用应力177

9.4机械零件的表面强度180

9.4.1表面挤压强度180

9.4.2表面磨损强度181

9.4.3接触疲劳强度181

9.5摩擦、磨损和润滑概述184

9.5.1摩擦184

9.5.2磨损185

9.5.3润滑187

9.6机械零件的“三化”193

9.6.1“三化”的含义及其优越性193

9.6.2机械零部件的标准化194

9.7机械零件的设计方法194

9.7.1机械零件的常规设计方法194

9.7.2现代机械设计方法简介195

思考练习题197

第10章非轴毂连接198

10.1螺纹198

10.1.1螺纹的形成198

10.1.2螺纹的主要参数198

10.1.3螺纹的种类200

10.2螺旋副的受力分析、自锁和效率202

10.2.1矩形螺纹的受力分析和自锁202

10.2.2非矩形螺纹的受力分析和自锁203

10.2.3螺旋副的效率204

10.3螺纹连接204

10.3.1标准螺纹紧固件204

10.3.2螺纹连接的类型206

10.3.3螺纹连接的拧紧和防松208

10.4螺栓连接的强度计算212

10.4.1螺栓连接的主要失效形式及设计准则212

10.4.2松螺栓连接213

10.4.3紧螺栓连接213

10.4.4螺栓连接的材料及性能等级217

10.5提高螺栓连接强度的措施218

10.5.1改善螺纹牙间的载荷分配219

10.5.2减小螺栓总拉伸载荷Fa的变化范围220

10.5.3避免附加弯曲应力221

10.5.4其他措施221

10.6螺旋传动222

10.6.1螺旋传动分类222

10.6.2滑动螺旋传动的材料和失效形式223

10.6.3滑动螺旋传动的设计计算224

10.6.4其他螺旋传动简介226

10.7不可拆连接简介228

10.7.1胶接228

10.7.2焊接230

10.7.3铆接230

思考练习题231

第11章齿轮传动和蜗杆传动233

11.1齿轮传动的失效形式和设计计算准则233

11.1.1轮齿的失效形式233

11.1.2齿轮传动的设计准则236

11.2齿轮常用材料、热处理方法和传动精度237

11.2.1齿轮常用材料237

11.2.2齿轮常用的热处理方法237

11.2.3齿轮传动的误差和精度238

11.3直齿圆柱齿轮传动的受力分析和强度计算239

11.3.1直齿圆柱齿轮传动的受力分析和计算载荷239

11.3.2直齿圆柱齿轮的强度计算241

11.3.3直齿圆柱齿轮主要参数的选取243

11.4斜齿圆柱齿轮传动246

11.4.1斜齿圆柱齿轮的受力分析246

11.4.2斜齿圆柱齿轮的强度计算246

11.5直齿锥齿轮传动249

11.5.1直齿锥齿轮的受力分析249

11.5.2直齿锥齿轮的强度计算250

11.6齿轮变位对强度计算的影响252

11.6.1对齿根弯曲疲劳强度的影响252

11.6.2对齿面接触疲劳强度的影响252

......