为了适应教学改革发展的需要，根据教育部高等学校工科机械设计课程教学指导委员会最近提出的机械设计课程教学基本要求中建议的《机械设计》课程的知识单元内容和要求编写的，编写过程中，力求阐述机械设计的共性规律和基本方法，适当淡化理论演绎，简化公式推导，不作繁琐分析，着眼于学生综合机械设计能力的培养，重在增强学生的工程实践能力和机械创新能力，突出了设计性、实践性和综合性的特点，为此我们编写了这本新的机械设计教材。本书共15章，内容包括机械设计概论，机械零件强度计算的基本理论，机械的摩擦、磨损与润滑，螺纹连接、键连接、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、轴、滑动轴承、滚动轴承、联轴器和离合器、弹簧和计算机辅助三维机械设计等。
目 录第1章 机械设计概论1.1 机械的组成1.2 本课程的内容、性质和学习方法1.3 设计机械及零件应满足的基本要求1.4 机械及零件设计的指导思想和一般步骤1.5 机械零件的载荷1.6 机械零件的失效形式1.7 机械零件工作能力的计算准则1.8 机械零部件的标准化1.9 机械设计的新发展思考题习题第2章 机械零件强度计算的理论基础2.1 机械零件在静应力作用下的强度计算2.2 变应力的类型和特性2.3 材料的疲劳极限和极限应力线图2.2 影响机械零件疲劳强度的因素及机械零件的极限应力线图2.3 稳定循环变应力作用下的机械零件疲劳强度计算2.4 单向不稳定循环变应力作用下的机械零件疲劳强度计算思考题习题第3章 机械的摩擦、磨损与润滑3.1 摩擦3.2 磨损3.3 润滑思考题习题第4章 螺纹连接设计4.1 螺纹连接的基本类型4.2 螺纹连接的预紧与放松4.3 螺栓组连接的受力分析4.4 单个螺栓的强度计算4.5 提高螺旋连接性能的措施思考题习题第5章 键连接设计5.1 键连接5.1.1 键连接的分类及其结构形式5.1.2 键的选择和键连接的强度计算5.2 花键连接5.2.1 花键的类型、特点和应用52.2 花键连接的强度计算思考题习题第6章 带传动设计6.1 带传动的类型及特点6.2 带传动的工作原理6.3 带传动的受力分析与应力分析6.4 带传动的运动特性6.5 带传动的设计计算6.6 V带轮结构与张紧装置6.7 其他带传动简介思考题习题第7章 链传动设计7.1 链传动的类型、结构和标准7.2 链传动的运动特性7.3 链传动的受力分析7.4 套筒滚自恋传动的设计计算7.5 链轮的结构和材料7.6 链传动的布置、张紧和润滑思考题习题第8章 齿轮传动设计8.1 齿轮的失效与齿轮传动的设计准则8.2 齿轮材料与许用应力8.3齿轮传动精度等级及其选择8.4 直齿圆柱齿轮的承载能力计算8.5 斜齿圆柱齿轮的承载能力计算8.6 直齿圆锥齿轮的承载能力计算8.7 齿轮的结构设计8.8 齿轮传动的效率和润滑思考题习题第9章 蜗杆传动设计9.1 蜗杆传动的特点及类型9.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸9.3 蜗杆传动的失效形式和材料选择9.4 蜗杆传动的强度计算9.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡9.6 蜗杆和蜗轮的结构思考题习题第10章 轴的设计10.1 轴的功用和类型10.2 轴的材料选择10.3 轴的结构设计10.4 轴的强度计算思考题习题第11章 滑动轴承设计11.1 滑动轴承的结构型式和材料11.2 混合润滑滑动轴承的设计计算11.3 流体动压油膜形成原理11.4 静压液体润滑滑动轴承和气体滑动轴承思考题习题第12章 滚动轴承设计12.1 滚动轴承的结构、类型和代号12.2 滚动轴承的受力分析及其失效形式12.3 滚动轴承的类型选择12.4 滚动轴承组合设计12.5 滚动轴承与滑动轴承的比较思考题习题第13章 联轴器与离合器设计13.1 联轴器13.1.1 刚性联轴器13.1.2 弹性联轴器13.2 离合器思考题习题第14章 弹簧设计14.1 弹簧的类型及功用14.2 弹簧的材料和制造14.3 弹簧的工作原理14.4圆柱螺旋压缩和拉伸弹簧的设计14.5受变载荷螺旋弹簧的疲劳强度验算思考题习题第15章 计算机辅助三维机械设计15.1 计算机辅助三维参数化设计15.1.1三维参数化设计思想15.1.2三维参数化设计软件15.1.3三维参数化设计步骤15.2计算机辅助三维机械结构强度有限元分析15.2.1 创建有限元模型15.2.2 定义约束及施加载荷15.2.3 网格划分及后处理15.3计算机辅助三维机械动态仿真15.3.1 三维机械动态仿真分析软件15.3.2 建模、仿真及优化求解思考题习题参考文献样 章（可以是前言或部分章节）第九章 蜗杆传动设计第一节 蜗杆传动的特点及类型蜗杆传动由蜗杆1和蜗轮2组成，如图9-1所示。用于传递空间交错轴间的运动和动力，两轴在空间的交错角为90o，通常以蜗杆1为主动件，蜗轮2为从动件。由于蜗杆传动具有传动比大，工作平稳、噪声低、结构紧凑、可以实现自锁等优点，因此，在各种机械和仪器中得到了广泛的应用。它的主要缺点是蜗杆齿与蜗轮齿相对滑动速度大，发热大和磨损严重，传动效率低（一般为0.7～0.9）。为了减摩和散热，蜗轮齿圈常采用青铜等减磨性良好的材料，故成本较高。图9-1 蜗杆传动根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动可分为：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动以及锥蜗杆传动三种类型，如图9-2所示。圆柱蜗杆传动又分为普通圆柱蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动，在普通圆柱蜗杆传动中，又有多种型式，其中阿基米德蜗杆传动制造简单，在机械传动中应用广泛，而且也是认识其他类型蜗杆传动的基础，故本节将以阿基米德蜗杆传动为例，介绍蜗杆传动的一些基本知识和设计计算问题。a)圆柱蜗杆传动 b) 环面蜗杆传动 c) 锥蜗杆传动图 9-2 蜗杆传动的类型第二节 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸图9-3所示为阿基米德蜗杆的加工。当车削阿基米德蜗杆时，刀刃顶平面通过蜗杆轴线，切成的蜗杆齿廓是：蜗杆轴线平面内为齿条形直线齿廓，齿廓与垂直于蜗杆轴线平面的交线为阿基米德螺旋线。这种蜗杆加工测量方便；缺点是齿面不易磨削，不能采用硬齿面，传动效率低。通常将通过蜗杆轴线并垂直于蜗轮轴线的平面称为中间平面。在此平面上，蜗杆与蜗轮的啮合类似于齿条与齿轮的啮合，如图9-4所示。所以，蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算以及承载能力计算都与齿条、齿轮传动类似。图9-3 阿基米德蜗杆的加工图9-4 阿基米德蜗杆传动1．模数m和压力角α由于在中间平面蜗杆与蜗轮的啮合情况类似齿条和齿轮的啮合。由此不难推知，蜗杆传动的正确啮合条件是（9-1）式中， 蜗杆的轴面模数； 蜗轮的端面模数； 为标准模数； 为蜗杆的轴面压力角； 为蜗轮的端面压力角； 为标准压力角； 为蜗杆的导程角； 为蜗轮的螺旋角； 与 必须大小相等且旋向相同。标准规定压力角 ，模数m的标准值见表9-1。表9-1 蜗杆传动的基本尺寸和参数（摘自GB/T 10085-1988）模数m/mm分度圆直径d1/mm直径系数q蜗杆头数z1m2d1/mm311818.0001181.252016.000131.2522.417.9201351.62012.5001，2，451.22817.500171.68222.411.2001，2，4，689.635.517.75011422.52811.2001，2，4，61754518.0001281.33.1535.511.2701，2，4，6352.35617.7781555.744010.0001，2，4，66407117.7501113655010.0001，2，4，612509018.000122506.36310.0001，2，4，6250011217.7781444588010.0001，2，4，6512014017.5001896010909.0001，2，4，6900016016.00011600012.51128.9601，2，4，61750020016.000131250161408.7501，2，43584025015.625164000201608.0001，2，46400031515.7501126000252008.0001，2，412500040016.00012500002．蜗杆分度圆直径d1当用滚刀加工蜗轮时，为了保证蜗杆与该蜗轮的正确啮合，所用蜗轮滚刀的直径及齿形参数必须与相啮合的蜗杆相同。如果不做必要的限制，滚刀的规格数量势必太多，这将给设计和制造带来困难。因此，为了限制滚刀的规格数量，便于滚刀标准化，规定蜗杆分度圆直径d1为标准值，且与模数m相匹配，q为导出值， 。其对应关系见表9-1。3．蜗杆导程角γ蜗杆螺旋面和分度圆柱的交线是螺旋线。设蜗杆分度圆柱上的螺旋线导程角为 ，其头数为 ，轴面齿距为 ，螺旋线的导程为 ，则蜗杆导程角γ可表示为（9-2）4．蜗杆的头数 、蜗轮齿数 和传动比 i蜗杆头数 ，即蜗杆螺旋线的线数，通常 1～4，最多到6。单线蜗杆容易切削，升角 小，自锁性好，但效率低；多线蜗杆则相反。当要求传动比大时， 取小值；当要求传递功率大，传动效率高，传动速度大时， 取大值，一般可按表9-2选取；表9-2 不同传动比时荐用的蜗杆头数 值传动比i5～87～1615～3230～80蜗杆头数 6421蜗轮齿数 ，i为传动比。为了避免蜗轮轮齿发生根切，提高传动平稳性，一般取 ；但 也不宜过大，因当 一定时， 愈大则蜗轮直径愈大，蜗杆支承跨距也愈大，蜗杆易发生挠曲而使啮合情况恶化，所以通常 。蜗杆传动比i是蜗杆转速 与蜗轮转速 之比，亦是蜗轮齿数 与蜗杆头数 之比，即（9-3）变位系数 为了配凑中心距和传动比，使之符合荐用值，或提高蜗杆传动的承载能力及传动效率，常采用变位蜗杆传动。由于蜗杆的齿廓形状和尺寸与加工配偶的蜗轮的滚刀形状和尺寸相同，为了保持刀具不变，蜗杆的尺寸是不能变动的。因此变位的只是蜗轮。变位的方法是在滚切蜗轮时，利用滚刀相对蜗轮毛坯的径向移动来实现。变位后蜗杆的尺寸虽保持不变，但节圆位置有所改变；蜗轮的尺寸变动了，但其节圆与分度圆始终重合。蜗杆传动的变位示意图如图9-5所示。
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