機械設計基礎

本書根據教育部《關於全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》以及高等職業教育對教學改革的要求，並結合編者多年從事教學實踐和生產實踐的經驗編寫而成。

本書將理論力學、材料力學、機械原理及機械零件四個部分的內容進行整合，加大了課程建設與改革的力度，適應了學生專業能力培養的需要。

全書內容共分16章：機械設計基礎概論、工程力學基礎、平面機構的自由度、平面連桿機構、凸輪機構、間歇運動機構、連接、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、圓錐齒輪傳動和蝸桿蝸輪傳動、齒輪系、軸、滾動軸承、滑動軸承概述、實踐項目等內容。書中配有一定數量的理論練習題和實踐練習題，以幫助學生掌握相關的知識和提高機械設計的能力。本書可作為高等職業院校機械類、機電類和近機類專業的教學用書，也可供從事機械設計、製造和維修等工作的有關工程技術人員參考。 ^[1] 

第1章機械設計基礎概論1

1.1概述1

1.1.1機器、機構和機械1

1.1.2機械設計2

1.2機械設計的基本要求2

1.2.1設計機器的基本要求2

1.2.2設計機械零件的基本要求3

1.3機械設計的類型和一般方法3

1.3.1機械設計的類型3

1.3.2機械設計的一般方法3

1.4機械設計的一般過程4

1.4.1機械設計的一般過程4

1.4.2機械零件設計的一般過程5

1.5機械零件的材料選用5

1.5.1零件的使用要求5

1.5.2零件的工藝性要求6

1.5.3經濟性要求6

1.6機械零件的失效形式及設計計算

準則6

1.6.1失效形式6

1.6.2設計計算準則7

1.7機械零件設計的“三化”8

1.8課程性質和學習任務8

1.8.1課程性質和研究對象8

1.8.2學習任務和學習方法8

練習題9第2章工程力學基礎10

2.1靜力學基礎10

2.1.1力的性質和基本計算10

2.1.2力系的簡化13

2.1.3平面力系的靜力學分析15

2.1.4力系的平衡19

2.1.5考慮摩擦時平衡方程的應用23

2.1.6空間力系簡介25

2.2基本變形構件的強度28

2.2.1內力與內力圖28

2.2.2應力和許用應力34

2.2.3構件的應力和強度38

2.3應力狀態和強度理論45

2.3.1點的應力狀態的概念及表示

方法45

2.3.2強度理論47

2.3.3組合變形構件的強度48

2.4動載荷和交變應力52

2.4.1動載荷的概念52

2.4.2交變應力與疲勞失效52

理論練習題54

實踐練習題59第3章平面機構的自由度62

3.1機構的組成62

3.1.1構件和零件62

3.1.2運動副及其分類63

3.1.3運動鏈和機構64

3.2平面機構的運動簡圖64

3.2.1平面機構運動簡圖64

3.2.2運動副和構件的表示方法64

3.2.3平面機構運動簡圖的繪製66

3.3平面機構的自由度67

3.3.1自由度67

3.3.2機構具有確定運動的條件69

3.3.3計算平面機構自由度應注意的

特殊情況70

練習題73第4章平面連桿機構75

4.1鉸鏈四杆機構的基本形式75

4.1.1鉸鏈四杆機構的組成75

4.1.2鉸鏈四杆機構的基本形式76

4.2四杆機構的演化形式77

4.2.1曲柄滑塊機構77

4.2.2偏心輪機構79

4.3平面四杆機構的運動特性80

4.3.1曲柄存在的條件80

4.3.2急回運動81

4.4平面四杆機構的傳力特性83

4.4.1壓力角和傳動角83

4.4.2死點位置84

4.5平面四杆機構的運動設計85

4.5.1概述85

4.5.2按給定的行程速度變化係數

設計86

4.5.3按給定的連桿位置設計88

理論練習題89

實踐練習題90第5章凸輪機構91

5.1概述91

5.1.1凸輪機構的應用和特點91

5.1.2凸輪機構的類型92

5.2凸輪機構的運動特性93

5.2.1凸輪機構的運動分析93

5.2.2從動件常用的運動規律95

5.2.3從動件運動規律的選擇97

5.3凸輪機構的傳力特性97

5.3.1壓力角98

5.3.2自鎖現象98

5.3.3壓力角的影響因素99

5.4凸輪輪廓曲線的設計100

5.4.1設計凸輪輪廓曲線的基本

原理100

5.4.2對心直動從動件盤形凸輪輪廓

曲線的設計101

5.4.3偏置直動從動件盤形凸輪輪廓

曲線的設計103

理論練習題104

實踐練習題105第6章間歇運動機構106

6.1棘輪機構106

6.1.1棘輪機構的類型106

6.1.2組成和工作原理107

6.1.3應用實例107

6.1.4棘輪與棘爪的位置關係108

6.1.5主要參數109

6.2槽輪機構109

6.2.1組成和工作原理109

6.2.2槽輪機構的類型110

6.2.3特點與應用110

6.2.4槽輪機構的運動特性係數111

6.2.5槽輪機構的主要參數和幾何

尺寸111

6.3不完全齒輪機構112

6.3.1組成和類型112

6.3.2工作原理112

6.3.3特點和應用112

練習題113第7章連接114

7.1螺紋115

7.1.1螺紋的形成115

7.1.2螺紋的加工115

7.1.3螺紋的基本要素116

7.1.4螺紋副118

7.1.5螺紋的類型118

7.2螺紋連接119

7.2.1螺紋連接的基本類型119

7.2.2螺紋連接件120

7.2.3螺紋連接的預緊和防松123

7.3鍵連接125

7.3.1概述125

7.3.2鍵連接的類型125

7.3.3平鍵連接的選擇和計算127

7.4銷連接128

7.4.1銷連接的類型128

7.4.2銷連接的選擇和計算129

7.5聯軸器和離合器130

7.5.1聯軸器130

7.5.2離合器134

練習題135第8章帶傳動137

8.1概述137

8.1.1帶傳動的類型137

8.1.2帶傳動的特點138

8.2V帶傳動的基本參數和幾何

尺寸138

8.2.1V帶傳動的基本參數138

8.2.2幾何尺寸139

8.3V帶和V帶輪140

8.3.1V帶的結構和尺寸140

8.3.2V帶輪的結構142

8.3.3帶傳動的張緊142

8.4帶傳動的工作能力分析144

8.4.1帶傳動的受力分析144

8.4.2帶傳動的應力分析146

8.4.3運動分析147

8.4.4設計準則148

8.4.5單根V帶的功率148

8.5普通V帶的設計計算151

8.5.1設計計算的內容151

8.5.2設計步驟及參數選擇152

8.5.3計算實例155

理論練習題156

實踐練習題157第9章鏈傳動158

9.1概述158

9.2滾子鏈和鏈輪159

9.2.1滾子鏈的結構159

9.2.2滾子鏈的標準160

9.2.3鏈輪160

9.3鏈傳動的運動特性162

9.4滾子鏈傳動的設計計算163

9.4.1鏈傳動的失效形式163

9.4.2額定功率曲線163

9.4.3設計計算準則163

9.4.4鏈傳動主要參數的選擇165

9.4.5鏈傳動的設計計算166

9.5鏈傳動的佈置、張緊及潤滑166

9.5.1鏈傳動的佈置166

9.5.2鏈傳動的張緊166

9.5.3鏈傳動的潤滑166

理論練習題168

實踐練習題169第10章齒輪傳動170

10.1概述170

10.1.1齒輪傳動的特點和應用170

10.1.2齒輪傳動的類型170

10.2齒廓齧合基本定律172

10.2.1傳動比172

10.2.2齒廓齧合基本定律172

10.3漸開線及漸開線齒廓173

10.3.1漸開線的形成及其性質173

10.3.2漸開線方程174

10.3.3漸開線齒廓的齧合特點175

10.4標準直齒圓柱齒輪的基本參數和

幾何尺寸177

10.4.1齒輪各部分的名稱177

10.4.2直齒圓柱齒輪的基本參數177

10.4.3標準齒輪179

10.4.4齒條179

10.5標準直齒圓柱齒輪的齧合傳動180

10.5.1正確齧合條件180

10.5.2連續傳動條件180

10.5.3正確安裝條件181

10.6漸開線直齒圓柱齒輪的加工

方法183

10.6.1成形法183

10.6.2範成法183

10.6.3根切現象184

10.7齒輪傳動的設計準則186

10.7.1工作能力及失效186

10.7.2齒輪傳動的失效形式186

10.7.3齒輪傳動的設計計算準則188

10.8齒輪的常用材料188

10.8.1齒輪材料的基本要求188

10.8.2常用材料及其熱處理189

10.8.3齒輪的許用應力189

10.9直齒圓柱齒輪傳動192

10.9.1輪齒的受力分析192

10.9.2輪齒的計算載荷193

10.9.3齒輪傳動的強度計算194

10.10斜齒圓柱齒輪傳動196

10.10.1斜齒圓柱齒輪齒廓曲面的

形成196

10.10.2斜齒圓柱齒輪傳動的基本

參數197

10.10.3斜齒輪的幾何尺寸計算198

10.10.4斜齒輪的齧合傳動198

10.10.5斜齒圓柱齒輪的當量齒數和

不發生根切的最少齒數200

10.10.6斜齒圓柱齒輪的受力

分析200

10.10.7斜齒圓柱齒輪傳動的強度

計算201

10.11齒輪的結構和齒輪傳動的

潤滑202

10.11.1齒輪結構202

10.11.2齒輪傳動的潤滑203

10.12標準齒輪傳動的設計計算204

10.12.1主要參數的選擇204

10.12.2齒輪精度等級的選擇205

10.12.3設計計算的步驟206

理論練習題210

實踐練習題212第11章圓錐齒輪傳動和蝸桿蝸輪傳動213

11.1圓錐齒輪傳動213

11.1.1概述213

11.1.2圓錐齒輪基本參數和尺寸

計算214

11.1.3背錐和當量齒輪215

11.1.4直齒圓錐齒輪的齧合傳動216

11.1.5直齒圓錐齒輪的受力分析217

11.1.6圓錐齒輪結構217

11.2蝸桿蝸輪傳動218

11.2.1蝸桿蝸輪傳動的特點和

應用218

11.2.2蝸桿蝸輪傳動的類型219

11.2.3蝸桿蝸輪傳動的基本參數219

11.2.4蝸桿蝸輪傳動的幾何尺寸

計算222

11.2.5蝸桿蝸輪的齧合傳動222

11.2.6蝸桿蝸輪的材料和結構223

11.2.7蝸桿蝸輪傳動的效率、潤滑

和散熱224

11.2.8蝸桿蝸輪傳動的熱平衡

計算225

11.2.9蝸桿蝸輪傳動的受力分析226

理論練習題228

實踐練習題228第12章齒輪系229

12.1概述229

12.1.1齒輪系及其應用229

12.1.2齒輪系的類型229

12.2定軸輪系及其傳動比230

12.2.1平面定軸輪系230

12.2.2空間定軸輪系232

12.3週轉輪系及其傳動比233

12.3.1週轉輪系的組成及分類233

12.3.2平面週轉輪系233

12.3.3空間週轉輪系235

12.4混合輪系及其傳動比235

12.5輪系的功用237

練習題238第13章軸241

13.1概述241

13.1.1軸的類型241

13.1.2軸的材料242

13.1.3軸的結構組成243

13.2軸的結構設計244

13.2.1軸的強度和剛度244

13.2.2擬定軸上零件的裝配方案245

13.2.3零件在軸上的固定方法245

13.2.4軸上各個軸段的尺寸確定247

13.2.5軸的結構工藝性248

13.3軸的結構分析248

13.3.1分析的內容及步驟248

13.3.2實例分析249

13.4軸的強度計算250

13.4.1按扭轉強度條件計算250

13.4.2按彎扭合成強度條件計算251

13.5軸的設計方法與設計實例252

13.5.1軸的設計方法252

13.5.2軸的設計計算實例253

理論練習題255

實踐練習題256第14章滾動軸承257

14.1滾動軸承的結構和類型257

14.1.1滾動軸承的結構257

14.1.2滾動軸承的參數258

14.1.3滾動軸承的分類259

14.1.4滾動軸承的主要類型及

特性260

14.2滾動軸承的代號261

14.2.1基本代號261

14.2.2前置代號和後置代號263

14.3滾動軸承的計算263

14.3.1滾動軸承的受力分析263

14.3.2滾動軸承的失效形式264

14.3.3滾動軸承的計算準則264

14.3.4滾動軸承的壽命計算264

14.3.5角接觸軸承的軸向載荷

計算268

14.3.6滾動軸承的靜強度計算271

14.4滾動軸承的選擇272

14.4.1類型的選擇272

14.4.2公差等級的選擇273

14.4.3尺寸選擇273

14.5滾動軸承的組合設計273

14.5.1軸承的固定273

14.5.2軸系的軸向固定274

14.5.3軸承組合的調整275

14.5.4配合與裝拆276

14.5.5滾動軸承的潤滑277

14.5.6滾動軸承的密封280

理論練習題282

實踐練習題283第15章滑動軸承概述284

15.1滑動軸承的特點、應用及分類284

15.2滑動軸承的典型結構284

15.3軸瓦的結構和滑動軸承的材料286

15.3.1軸瓦的結構286

15.3.2軸承材料287

15.4滑動軸承的潤滑288

15.4.1潤滑劑及其選擇288

15.4.2潤滑裝置及潤滑方法289

15.4.3潤滑方式的選擇291

15.5滾動軸承與滑動軸承的性能

比較291

練習題292第16章實踐項目293

16.1實驗項目293

16.1.1實驗一低碳鋼和鑄鐵的

拉伸實驗293

16.1.2實驗二低碳鋼和鑄鐵的

壓縮實驗295

16.1.3實驗三低碳鋼和鑄鐵的

扭轉實驗297

16.1.4實驗四機械原理和機械零件

的認識實驗298

16.1.5實驗五機構運動簡圖測繪

實驗301

16.1.6實驗六齒輪範成原理

實驗303

16.1.7實驗七直齒圓柱齒輪參數

的測定與分析實驗306

16.1.8實驗八減速器結構分析及

拆裝實驗310

16.2實訓項目312

16.2.1實訓一攪拌機運動簡圖的

設計312

16.2.2實訓二盤形凸輪的設計與

加工313

16.2.3實訓三帶傳動的設計314

16.2.4實訓四標準直齒圓柱齒輪

的設計與加工315

16.2.5實訓五斜齒圓柱齒輪的

設計與加工317

16.2.6實訓六階梯軸的設計與

加工318

16.3機械設計基礎課程設計320

16.3.1課程設計一一級圓柱齒輪

減速器設計（適用於機電、機械類專業）320

16.3.2課程設計二衝壓（或塑料）模具設計（適用於模具專業）320

16.3.3課程設計三機械（或零件）創新設計（適用於機械、機電專業）320

16.3.4課程設計四工裝（或夾具）

創新設計（適用於機電、機械專業）320參考文獻321 ^[1]