機械設計基礎（第二版）

內容實(shí)用：由淺入深講解機械設計基礎知識，力求重點(diǎn)突出、繁簡(jiǎn)得當。

提升技能：以實(shí)際案例為驅動(dòng)，突出機械創(chuàng )新能力和創(chuàng )新思維的培養。

資源豐富：配套微課視頻、教學(xué)大綱、電子課件等，方便師生教與學(xué)。

第二版前言

黨的二十大報告提出深入實(shí)施人才強國戰略，強調“培養造就大批德才兼備的高素質(zhì)人才，是國家和民族長(cháng)遠發(fā)展大計”。教材建設是實(shí)施人才強國建設的基礎。“機械設計基礎”課程是高等工科院校非機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的技術(shù)基礎課程，本書(shū)在滿(mǎn)足相關(guān)專(zhuān)業(yè)對本課程要求的基礎上，注重更新教學(xué)內容，加強素質(zhì)教育，突出機械創(chuàng )新能力和創(chuàng )新思維的培養。在內容編排上，以設計基礎知識—方案設計—零件設計—設計實(shí)例為主線(xiàn)，由淺入深，力求重點(diǎn)突出、繁簡(jiǎn)得當；在文字敘述上，力求簡(jiǎn)明扼要、語(yǔ)言通達、通俗易懂，以適應各專(zhuān)業(yè)學(xué)生對本課程學(xué)習的需要。本書(shū)根據專(zhuān)業(yè)需求對內容進(jìn)行了分層設計，標注“*”號的章節內容可作為近機械類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的選修內容。

本書(shū)是在第一版的基礎上，添加了重點(diǎn)知識點(diǎn)的講解視頻和動(dòng)畫(huà)，并結合教師在實(shí)際使用過(guò)程中提出的改進(jìn)意見(jiàn)修訂而成的，本次修訂主要做了以下幾項工作：

（1）增加了重要知識點(diǎn)的講解視頻，讀者可通過(guò)掃描二維碼，解決學(xué)習過(guò)程中可能產(chǎn)生的疑難問(wèn)題。

（2）更新了部分參考文獻，以準確反映科技領(lǐng)域新理論和新技術(shù)的狀況。

（3）增加了一些課后習題，便于學(xué)生掌握各章的重點(diǎn)和難點(diǎn)內容。

（4）更正了第一版文字、插圖與計算中的一些疏漏和錯誤。

（5）采用了新近頒布的國家標準。

本書(shū)由田亞平、李?lèi)?ài)姣擔任主編，參加本次修訂工作的有張強（緒論）、石慧榮（第一章）、李?lèi)?ài)姣（第二～五章），曹文翰（第六章）、柳彥虎（第七章）、田亞平（第八章、第九章、第十一～十五章），汪諍（第十章和第十六章）。

在本書(shū)的修訂過(guò)程中，蘭州交通大學(xué)機電工程學(xué)院機械設計系的趙軍、劉艷妍、牛衛中、潘麗華等對本書(shū)提出了許多寶貴的意見(jiàn)和建議。

在本書(shū)出版過(guò)程中，中國水利水電出版社的領(lǐng)導和編輯給予了很大的支持與幫助，并付出了辛勤勞動(dòng)，編者在此表示衷心的感謝！

本書(shū)由蘭州交通大學(xué)機電工程學(xué)院機械設計系劉艷妍教授審閱，在此致以衷心的感謝。

限于編者水平，書(shū)中錯誤和不當之處在所難免，敬請各位專(zhuān)家和廣大讀者批評指正。

編 者

2023年4月

第一篇 機械設計總論

緒論 1
第一節 本課程研究的對象和內容 1
一、機器 1
二、機構 2
三、構件、零件和部件 3
四、機器的組成 3
第二節 本課程的性質(zhì)、任務(wù)和學(xué)習方法 5
一、本課程的性質(zhì)和任務(wù) 5
二、本課程的學(xué)習方法 5
習題 5
第一章 機械設計的基礎知識 6
第一節 機械設計的基本要求和一般程序 6
一、機械設計的基本要求 6
二、機械設計的一般程序 6
第二節 機械零件的設計準則及設計步驟 7
一、機械零件的主要失效形式 8
二、機械零件的設計準則 8
三、機械零件的設計步驟 12
第三節 機械零件的常用材料及其選擇 12
一、機械零件的常用材料 12
二、鋼的熱處理 16
三、機械零件材料的選擇原則 18
第四節 機械零件的工藝性和標準化 19
一、機械零件的工藝性 19
二、機械零件設計中的標準化 20
習題 20

第二篇 常用機構設計

第二章 平面機構的結構分析 21
第一節 運動(dòng)副的分類(lèi)及機構的組成 21
一、運動(dòng)副及其分類(lèi) 21
二、平面機構的組成 23
第二節 平面機構的運動(dòng)簡(jiǎn)圖 23
一、平面機構運動(dòng)簡(jiǎn)圖的定義 23
二、機構運動(dòng)簡(jiǎn)圖中的常用符號 23
三、機構運動(dòng)簡(jiǎn)圖的繪制 24
第三節 平面機構的自由度 26
一、平面機構的自由度計算公式 26
二、機構具有確定運動(dòng)的條件 26
三、計算平面機構自由度時(shí)要注意的
問(wèn)題 27
習題 31
第三章 平面連桿機構 32
第一節 平面連桿機構及其傳動(dòng)特點(diǎn) 32
第二節 平面四桿機構的基本形式
及其應用 32
一、曲柄搖桿機構 33
二、雙曲柄機構 33
三、雙搖桿機構 34
第三節 平面四桿機構的演化 35
一、改變相對桿長(cháng)、轉動(dòng)副演化為
移動(dòng)副 35
二、改變構件的形狀和相對尺寸 36
三、選取不同構件為機架 37
第四節 平面四桿機構有曲柄的條件
及運動(dòng)特性 40
一、平面四桿機構有曲柄的條件 40
二、急回特性 41
三、死點(diǎn) 43
*第五節 平面四桿機構設計簡(jiǎn)介 44
一、平面四桿機構設計的基本問(wèn)題 44
二、圖解法設計四桿機構 45
習題 47
第四章 凸輪機構 50
第一節 凸輪機構的應用和分類(lèi) 50
一、凸輪機構的應用 50
二、凸輪機構的分類(lèi) 51
三、凸輪機構的特點(diǎn) 53
第二節 從動(dòng)件的常用運動(dòng)規律 53
一、凸輪機構的運動(dòng)循環(huán)
及基本名詞術(shù)語(yǔ) 53
二、從動(dòng)件常用的運動(dòng)規律 54
第三節 圖解法設計盤(pán)形凸輪輪廓曲線(xiàn) 56
一、凸輪輪廓曲線(xiàn)的設計原理 56
二、直動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓線(xiàn)的繪制 57
三、擺動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪輪廓線(xiàn)的繪制 59
*第四節 設計凸輪機構應注意的問(wèn)題 60
一、合理選擇滾子的半徑 60
二、基圓對凸輪機構的影響 61
習題 61
第五章 齒輪機構和輪系 63
第一節 齒輪機構的特點(diǎn)及類(lèi)型 63
一、齒輪機構的特點(diǎn) 63
二、齒輪機構的類(lèi)型 63
*第二節 齒廓嚙合的基本定律 64
第三節 漸開(kāi)線(xiàn)及漸開(kāi)線(xiàn)齒輪 65
一、漸開(kāi)線(xiàn)的形成及其特性 65
二、漸開(kāi)線(xiàn)齒輪的嚙合特點(diǎn) 66
第四節 漸開(kāi)線(xiàn)標準齒輪的基本參數
及幾何尺寸 67
一、齒輪各部分的名稱(chēng)和符號 67
二、漸開(kāi)線(xiàn)齒輪的基本參數 68
三、標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸 69
第五節 漸開(kāi)線(xiàn)直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng) 70
一、漸開(kāi)線(xiàn)齒輪的正確嚙合條件 70
二、齒輪連續傳動(dòng)的條件及重合度 71
第六節 漸開(kāi)線(xiàn)齒廓的切制原理
和根切現象 72
一、輪齒的切削加工方法 72
二、根切現象及避免根切的方法 75
第七節 斜齒圓柱齒輪機構 76
一、斜齒圓柱齒輪齒廓的形成
及嚙合特點(diǎn) 76
二、斜齒圓柱齒輪的基本參數
和幾何尺寸計算 77
三、斜齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng) 79
四、斜齒圓柱齒輪的當量齒輪
和當量齒數 80
五、斜齒輪傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 80
第八節 直齒錐齒輪機構 81
一、直齒錐齒輪齒廓曲面的形成 82
二、直齒錐齒輪的背錐和當量齒數 82
三、直齒錐齒輪的幾何尺寸計算 83
第九節 蝸桿蝸輪機構 84
一、蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)及其類(lèi)型 84
二、蝸桿蝸輪的正確嚙合條件 85
三、蝸桿傳動(dòng)的主要參數及幾何尺寸 85
四、蝸桿傳動(dòng)的幾何尺寸計算 87
第十節 輪系的分類(lèi) 87
一、定軸輪系 88
二、周轉輪系 88
三、復合輪系 89
第十一節 輪系傳動(dòng)比的計算 89
一、定軸輪系的傳動(dòng)比 89
*二、周轉輪系的傳動(dòng)比 91
第十二節 輪系的功用 93
一、獲得大的傳動(dòng)比 93
二、實(shí)現遠距離傳動(dòng) 93
三、實(shí)現變速換向傳動(dòng) 93
四、實(shí)現運動(dòng)的合成與分解 94
五、實(shí)現分路傳動(dòng) 95
習題 96
第六章 間歇運動(dòng)機構 98
第一節 槽輪機構 98
一、槽輪機構的結構和工作原理 98
二、槽輪機構的類(lèi)型、特點(diǎn)及應用 99
第二節 棘輪機構 99
一、棘輪機構的結構和工作原理 99
二、棘輪機構的類(lèi)型、特點(diǎn) 100
三、棘輪機構的應用 101
第三節 不完全齒輪機構 102
第四節 凸輪間歇運動(dòng)機構 102
一、圓柱凸輪式間歇運動(dòng)機構 103
二、蝸桿凸輪式間歇運動(dòng)機構 103
習題 103
第七章 機械的平衡與調速 104
第一節 機械的平衡 104
一、機械平衡的目的 104
二、轉子的靜平衡 104
三、轉子的動(dòng)平衡 105
第二節 機械的運轉及速度波動(dòng) 106
一、機械的運轉過(guò)程 106
二、調節機械速度波動(dòng)的目的與方法 107
三、飛輪設計的基本原理 108
習題 110

第三篇 機 械 傳 動(dòng)

第八章 帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng) 111
第一節 帶傳動(dòng)的特點(diǎn)及應用 111
一、帶的工作原理和特點(diǎn) 111
二、帶傳動(dòng)的主要形式 112
三、帶的類(lèi)型和結構 112
第二節 帶傳動(dòng)工作情況分析 114
一、帶傳動(dòng)的受力分析 114
二、帶的應力分析 115
三、帶的彈性滑動(dòng) 116
第三節 普通Ｖ帶傳動(dòng)的設計計算 117
一、設計準則和單根V帶的
基本額定功率 117
二、V帶傳動(dòng)的設計步驟及方法 119
第四節 V帶輪設計 122
一、V帶輪設計的要求和材料 122
二、帶輪結構與尺寸 122
第五節 V帶傳動(dòng)的張緊裝置 123
一、張緊力 123
二、張緊裝置 124
三、帶傳動(dòng)的維護 125
第六節 鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)及應用 126
第七節 傳動(dòng)鏈的結構特點(diǎn) 127
一、鏈的種類(lèi)和結構 127
二、鏈輪 129
第八節 鏈傳動(dòng)的主要參數及其選擇 130
一、鏈條速度v 130
二、傳動(dòng)比i 130
三、鏈輪的齒數z 130
四、鏈節距p 131
五、中心距a和鏈條長(cháng)度L 131
第九節 滾子鏈傳動(dòng)的計算 131
一、鏈傳動(dòng)的失效形式 131
二、鏈傳動(dòng)的額定功率和潤滑方式 131
三、鏈傳動(dòng)的設計過(guò)程 133
第十節 鏈傳動(dòng)的布置、張緊、
潤滑與維護 134
一、鏈傳動(dòng)的布置和張緊 134
二、鏈傳動(dòng)的潤滑和維護 134
習題 135
第九章 齒輪傳動(dòng)設計 137
第一節 齒輪傳動(dòng)的失效形式及設計準則 137
一、齒輪傳動(dòng)的概述 137
二、齒輪的主要失效形式 137
三、齒輪的設計準則 139
第二節 齒輪的材料和精度及其選擇 139
一、齒輪常用的材料 139
二、齒輪材料的選擇原則 140
三、齒輪傳動(dòng)精度的選擇 141
第三節 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強度計算 142
一、齒輪受力分析 142
二、計算載荷 142
三、齒根彎曲疲勞強度計算 143
四、齒面接觸疲勞強度計算 145
五、齒輪傳動(dòng)強度計算說(shuō)明 146
第四節 斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強度計算 148
一、作用力分析 148
二、斜齒圓柱齒輪齒面接觸疲勞強度
計算 148
三、輪齒彎曲疲勞強度計算 149
第五節 直齒錐齒輪傳動(dòng)的強度計算 152
一、直齒錐齒輪作用力的分析 152
二、直齒錐齒輪輪齒表面的接觸疲勞
強度計算 152
三、直齒錐齒輪輪齒的彎曲疲勞強度
計算 153
第六節 齒輪傳動(dòng)的潤滑和結構設計 154
一、齒輪傳動(dòng)的潤滑設計 154
二、齒輪的結構設計 155
習題 157
第十章 蝸桿傳動(dòng) 159
第一節 普通蝸桿傳動(dòng)的承載能力計算 159
一、蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型概述 159
二、蝸桿傳動(dòng)的失效形式、設計準則
及常用材料 159
三、蝸桿傳動(dòng)的受力分析 160
四、蝸輪輪齒表面的強度計算 161
五、普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的精度等級
及其選擇 162
第二節 普通蝸桿傳動(dòng)的效率、潤滑
及熱平衡計算 163
一、蝸桿傳動(dòng)的效率 163
二、蝸桿傳動(dòng)的潤滑 163
三、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡計算 164
第三節 圓柱蝸桿和蝸輪的結構設計 165
習題 168

第四篇 機 械 連 接

第十一章 螺紋連接 170
第一節 螺紋的基本參數 170
一、螺紋的形成及分類(lèi) 170
二、螺紋的主要參數 171
第二節 螺紋連接的類(lèi)型和標準連接件 172
一、螺紋連接的類(lèi)型 172
二、標準螺紋連接件 174
第三節 螺旋副中力的關(guān)系、效率和自鎖 175
第四節 螺紋連接的預緊和防松 176
一、螺栓的預緊 176
二、螺紋連接的防松 177
第五節 螺栓連接的強度計算 179
一、松螺栓連接的強度計算 179
二、緊螺栓連接的強度計算 179
第六節 螺紋連接件的材料及許用應力 183
一、螺紋連接件的材料 183
二、螺紋連接件的許用應力 184
第七節 螺紋連接件的尺寸參數 185
習題 190
第十二章 軸轂連接 192
第一節 鍵連接 192
一、鍵連接的功能、分類(lèi)、結構形式
及應用 192
二、鍵的選擇和鍵連接的強度計算 194
第二節 花鍵連接 195
第三節 無(wú)鍵連接和銷(xiāo)連接 196
一、型面連接 196
二、脹緊連接 196
三、銷(xiāo)連接 197
習題 197

第五篇 軸系零部件

第十三章 軸承 198
第一節 概述 198
第二節 滑動(dòng)軸承的主要結構形式 199
一、向心滑動(dòng)軸承的結構 199
二、推力滑動(dòng)軸承的結構 200
第三節 滑動(dòng)軸承的失效形式
和常用材料 200
一、滑動(dòng)軸承的主要失效形式 200
二、滑動(dòng)軸承材料 201
第四節 滑動(dòng)軸承潤滑劑和潤滑裝置 202
一、常用的潤滑劑 202
二、常用的潤滑裝置 203
第五節 非全液體摩擦滑動(dòng)軸承的計算 205
一、向心軸承 205
二、推力滑動(dòng)軸承 206
第六節 滾動(dòng)軸承的結構 206
第七節 滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型及其代號 208
一、前置代號 208
二、基本代號 208
三、后置代號 209
第八節 滾動(dòng)軸承的類(lèi)型、特點(diǎn)及選擇 210
一、滾動(dòng)軸承的主要類(lèi)型及特點(diǎn) 210
二、滾動(dòng)軸承的類(lèi)型選擇 211
第九節 滾動(dòng)軸承尺寸的選擇 211
一、滾動(dòng)軸承的失效形式 211
二、滾動(dòng)軸承的基本額定壽命和基本
額定動(dòng)載荷 212
三、滾動(dòng)軸承疲勞壽命計算的基本公式 212
四、滾動(dòng)軸承的當量動(dòng)載荷 213
五、角接觸軸承軸向載荷的計算 214
六、滾動(dòng)軸承的靜載荷計算 216
第十節 滾動(dòng)軸承的組合設計 216
一、軸承的配置和固定 217
二、滾動(dòng)軸承組合的調整 218
三、滾動(dòng)軸承的配合與拆裝 219
四、滾動(dòng)軸承的潤滑與密封 220
第十一節 滾動(dòng)軸承的標準 221
習題 226
第十四章 聯(lián)軸器、離合器和制動(dòng)器 227
第一節 聯(lián)軸器及其選擇 227
一、聯(lián)軸器的功用 227
二、聯(lián)軸器的分類(lèi) 227
三、常用聯(lián)軸器的結構和特點(diǎn) 228
四、聯(lián)軸器類(lèi)型的選擇原則 230
五、聯(lián)軸器型號、尺寸的確定 230
第二節 離合器 231
一、離合器的分類(lèi) 231
二、常見(jiàn)的離合器 231
第三節 制動(dòng)器 233
一、制動(dòng)器的功用 233
二、常用制動(dòng)器的結構和特點(diǎn) 233
習題 234
第十五章 軸 235
第一節 概述 235
第二節 軸的材料和結構 236
一、軸的材料 236
二、軸的結構 237
三、各軸段直徑和長(cháng)度的確定 239
第三節 軸的計算 239
一、軸的強度校核計算 239
二、軸的剛度計算 244
習題 245

第六篇 機械設計實(shí)例

第十六章 減速器設計 247
第一節 減速器的類(lèi)型及結構 247
一、減速器的類(lèi)型 247
二、減速器的結構 248
第二節 減速器的常用附件 250
第三節 減速器課程設計 250
一、減速器課程設計的目的 250
二、減速器設計的內容和任務(wù) 251
三、設計數據 252
第四節 單級圓柱齒輪減速器樣圖 252
一、圓柱齒輪樣圖 252
二、轉軸樣圖 253
三、裝配圖樣圖 254
參考文獻 256

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16. 面向對象程序設計 [主編 張勇 張平華 趙小龍]
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18. 電視節目策劃與制作（微課版） [主　編　黃滴滴]
19. 數據庫技術(shù)與應用實(shí)踐教程（SQL Server 2019） [主 編 嚴暉 周肆清]
20. 大學(xué)應用數學(xué) [主編 郭立娟]
21. 工業(yè)機器人拆裝與調試 [主編 胡月霞 向艷芳 朱奇]
22. 功能材料制備與表征實(shí)驗指導書(shū) [龔偉平 趙軍峰 梅海娟 等編著(zhù)]
23. 信號與系統（第二版） [主編 張宇]
24. 信息技術(shù)基礎 [主編 唐倩 邵銳]
25. Python 語(yǔ)言程序設計實(shí)踐指導 [主編　張雙獅]
26. Photoshop 圖形圖像項目化教程 [主編 胡斌斌 黎婭 蘇大椿]
27. 體育舞蹈教程 [主編 劉偉 陳志明 曾明]
28. 線(xiàn)性代數導學(xué)篇 [主編 史昱]
29. 信息技術(shù)基礎實(shí)訓與習題指導（Windows7+Office2016） [主編 周金容 唐天國]
30. 大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)基礎 [主編 姜國權 姜福佳]