機械設計基礎

全書內容分為5篇: 第1篇“機構的組成和機械設計概論”；第2篇“常用機構”；第3篇“機械傳動”；第4篇 “軸系零部件”法；第5篇“機械連接”。本書注重理論適度、突出應用和方便教學，在各個章節中都有許多機械設計計算、分析和作圖等的能力訓練案例，以及典型零件工作圖，並且摘錄了部分機械設計常用的*標準和規範。對各章後面的實訓習題，都給出了求解提示和參考答案。本書可以作為高等職業技術教育和高等專科教育製造大類專業“機械設計基礎”課程的教材，也可供有關專業的讀者和工程技術人員參考。

第1篇機械設計概論和機構結構

第1章機械設計概論1

1.1課程概論1

1.1.1機械的概念和組成1

1.1.2機械工作原理分析實例2

1.1.3機械設計發展概述4

1.1.4本課程的內容、基本要求和學習特點5

1.2機械設計過程5

1.3功能原理設計7

1.3.1功能原理設計的特點7

1.3.2功能分析8

1.3.3功能類型和求解思路8

1.3.4機械功能結構分析實例10

1.4機械設計約束11

1.4.1承載能力約束11

1.4.2技術性能約束14

1.4.3標準化約束15

1.4.4產品成本約束16

1.4.5可持續發展約束16

1.5機械結構設計16

1.5.1零件的相關與結構要素17

1.5.2結構設計的基本要求17

1.5.3結構設計的構型變換19

1.5.4結構設計準則20

1.5.5機械結構的合理性分析實例28

思考和實訓習題30

第2章機構結構分析32

2.1平面機構的組成32

2.1.1機構的組成32

2.1.2運動副的自由度和運動鏈34

2.2平面機構運動簡圖35

2.2.1平面機構運動簡圖的關聯要素35

2.2.2平面機構運動簡圖和示意圖繪製實例38

2.3平面機構自由度和運動確定性39

2.3.1平面機構的自由度39

2.3.2機構自由度計算中的特殊情況處理39

2.3.3平面機構具有確定運動的條件40

2.3.4平面機構自由度的計算和分析實例41

思考和實訓習題43

第2篇常 用 機 構

第3章平面連桿機構47

3.1平面連桿機構的類型和應用47

3.1.1鉸鏈四杆機構48

3.1.2鉸鏈四杆機構類型判別實例51

3.1.3滑塊四杆機構52

3.1.4運動副變換54

3.1.5滑塊四杆機構類型分析實例56

3.2平面連桿機構的基本特性57

3.2.1急回特性57

3.2.2傳力分析58

3.2.3平面連桿機構運動幾何分析實例61

3.3平面連桿機構的運動分析62

3.4平面連桿機構的運動設計62

3.4.1按照給定連桿位置設計鉸鏈四杆機構62

3.4.2按照給定行程速度變化係數設計四杆機構63

3.4.3鉸鏈四杆機構圖解法設計和分析實例64

3.4.4鉸鏈四杆機構的運動幾何方程65

3.4.5按照給定的兩連架杆對應位置設計鉸鏈四杆機構66

3.5多杆機構的應用67

思考和實訓習題69

第4章凸輪機構72

4.1凸輪機構的類型和應用72

4.1.1凸輪機構的組成和類型72

4.1.2凸輪機構的特點與應用75

4.2從動件基本運動規律75

4.2.1從動件基本運動規律的運動方程和線圖76

4.2.2從動件運動規律的選擇79

4.3凸輪輪廓設計81

4.3.1用圖解法設計凸輪輪廓81

4.3.2用解析法設計凸輪輪廓84

4.3.3凸輪機構的計算機輔助設計實例87

4.4凸輪機構基本參數和尺寸的確定87

4.4.1凸輪機構的壓力角及許用值87

4.4.2對心移動從動件盤形凸輪機構壓力角的計算88

4.4.3凸輪基圓半徑的確定88

4.4.4滾子半徑的確定89

4.4.5圖解法確定凸輪壓力角實例90

4.5凸輪機構的結構、材料和工作圖91

4.5.1凸輪和從動件的結構91

4.5.2凸輪和從動件的材料及選擇93

4.5.3凸輪工作圖94

思考和實訓習題95

第5章輪系97

5.1定軸輪系97

5.1.1定軸輪系傳動比97

5.1.2定軸輪系傳動比符號的確定方法98

5.1.3定軸輪系各級傳動比的分配98

5.2行星輪系99

5.2.1行星輪系的分類99

5.2.2行星輪系的傳動比100

5.2.3行星輪系傳動比符號的確定方法101

5.3組合輪系101

5.3.1組合輪系的分析與綜合102

5.3.2組合輪系計算實例102

5.4輪系的應用103

5.4.1輪系的應用特點103

5.4.2輪系應用分析實例106

5.5其他行星傳動簡介107

思考和實訓習題107

第6章其他常用機構109

6.1棘輪機構109

6.1.1棘輪機構的組成和工作原理109

6.1.2棘輪機構的類型、特點和應用110

6.1.3棘輪機構的應用實例111

6.1.4棘輪機構的基本參數和幾何尺寸113

6.1.5棘輪機構設計計算實例114

6.2槽輪機構115

6.2.1槽輪機構的組成和工作原理116

6.2.2槽輪機構的類型、特點和應用116

6.2.3槽輪機構的基本參數和幾何尺寸117

6.2.4槽輪機構的運動特性119

6.2.5槽輪機構設計計算實例120

6.3螺旋機構122

6.3.1螺旋機構的工作原理和類型122

6.3.2螺紋的形成和分類123

6.3.3螺紋的基本參數和幾何尺寸126

6.3.4螺旋機構的運動分析127

6.3.5螺旋副的效率和自鎖128

6.3.6螺旋機構計算實例129

6.3.7滑動螺旋副的材料和結構特點129

6.4機構的組合與應用131

6.5機構的選型與應用131

6.5.1機構的運動特性和選型131

6.5.2機械傳動系統分析實例132

思考和實訓習題135

第3篇機 械 傳 動

第7章帶傳動139

7.1帶傳動的工作原理和應用139

7.1.1帶傳動的工作原理139

7.1.2帶傳動的類型、特點和應用139

7.2帶傳動的受力分析和應力分析141

7.2.1帶傳動的受力分析141

7.2.2帶傳動的應力分析142

7.3帶傳動的彈性滑動與失效形式143

7.3.1帶傳動的彈性滑動143

7.3.2帶傳動的失效形式144

7.4V帶和V帶輪145

7.4.1V帶結構和基本尺寸145

7.4.2V帶輪的材料、結構與工作圖147

7.5帶傳動的安裝和張緊150

7.5.1帶傳動的安裝和初拉力測定150

7.5.2V帶傳動受力分析實例151

7.6V帶傳動選用計算152

7.6.1V帶傳動設計準則和V帶的許用功率152

7.6.2V帶傳動選用計算的主要步驟156

7.6.3V帶傳動設計計算實例160

思考和實訓習題162

第8章鏈傳動164

8.1鏈傳動的特點、類型和傳動件結構參數164

8.1.1鏈傳動的組成、特點和類型164

8.1.2鏈傳動的傳動件結構參數165

8.2鏈傳動的運動分析和受力分析169

8.2.1鏈傳動的運動分析169

8.2.2鏈傳動運動分析計算實例171

8.2.3鏈傳動的受力分析172

8.3鏈傳動的選用計算173

8.3.1鏈傳動的失效形式173

8.3.2滾子鏈的功率曲線174

8.3.3鏈傳動基本參數的選擇177

8.3.4鏈傳動選用計算實例178

8.4鏈傳動的佈置、張緊和潤滑180

8.4.1鏈傳動的佈置180

8.4.2鏈傳動的張緊181

8.4.3鏈傳動的潤滑182

思考和實訓習題182

第9章齒輪傳動184

9.1齒輪傳動的特點和類型184

9.1.1齒輪傳動的特點184

9.1.2齒輪傳動的類型184

9.2齒輪齧合基本定律與漸開線齒廓186

9.2.1齒廓齧合基本定律186

9.2.2齒廓間的相對滑動186

9.2.3漸開線齒廓187

9.3漸開線標準齒輪的基本參數和尺寸188

9.3.1齒輪的基本尺寸188

9.3.2漸開線標準齒輪的基本參數189

9.3.3標準齒輪的基本尺寸計算190

9.3.4齒輪基本尺寸計算實例191

9.4漸開線直齒圓柱齒輪的齧合傳動191

9.4.1漸開線齒廓傳動特性191

9.4.2漸開線齒輪的正確齧合條件193

9.4.3漸開線齒輪的連續傳動條件193

9.4.4內齒輪和齒條195

9.5漸開線齒形的加工和檢驗尺寸196

9.5.1漸開線齒形的加工原理196

9.5.2漸開線齒廓的根切問題198

9.5.3漸開線齒輪的檢驗尺寸199

9.6變位齒輪傳動200

9.6.1變位齒輪的概念200

9.6.2變位齒輪的齒形特點和尺寸變動201

9.6.3變位齒輪的傳動類型和應用202

9.6.4變位齒輪計算實例204

9.7斜齒圓柱齒輪傳動205

9.7.1斜齒圓柱齒輪齒面的形成和特點205

9.7.2斜齒圓柱齒輪的基本參數和尺寸206

9.7.3斜齒輪的當量齒數208

9.7.4交錯軸斜齒輪傳動209

9.8圓錐齒輪傳動209

9.8.1直齒圓錐齒輪齒廓曲面的形成209

9.8.2圓錐齒輪的背錐和當量齒數209

9.8.3直齒圓錐齒輪的基本參數和尺寸210

9.8.4圓柱圓錐齒輪傳動簡介212

9.9齒輪傳動設計212

9.9.1齒輪輪齒的失效形式、常用材料和設計約束212

9.9.2圓柱齒輪傳動的受力分析215

9.9.3圓柱齒輪承載能力計算217

9.9.4圓柱齒輪傳動的精度等級及選用221

9.9.5齒輪傳動設計準則和計算實例222

9.9.6圓柱齒輪傳動的計算機輔助設計225

9.9.7直齒圓錐齒輪的強度計算225

9.9.8直齒圓錐齒輪設計計算實例227

9.10齒輪結構、工作圖和傳動潤滑228

9.10.1齒輪結構228

9.10.2齒輪工作圖229

9.10.3齒輪傳動的潤滑230

9.11圓弧齒輪傳動簡介232

思考和實訓習題232

第10章蝸桿傳動237

10.1蝸桿傳動概述237

10.1.1蝸桿傳動的類型237

10.1.2蝸桿傳動的特點和應用238

10.2蝸桿傳動的基本參數和尺寸238

10.2.1蝸桿傳動的基本參數238

10.2.2蝸桿傳動的基本尺寸241

10.2.3蝸桿傳動的變位241

10.2.4蝸桿傳動變位計算實例242

10.3蝸桿傳動的承載能力計算243

10.3.1蝸桿傳動的失效形式243

10.3.2蝸桿傳動的材料和許用應力243

10.3.3蝸桿傳動的受力分析244

10.3.4蝸桿傳動的強度條件245

10.4蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡246

10.4.1蝸桿傳動的滑動速度246

10.4.2蝸桿傳動的效率246

10.4.3蝸桿傳動的運動和效率計算實例247

10.4.4蝸桿傳動的潤滑248

10.4.5蝸桿傳動的熱平衡計算249

10.5蝸桿與蝸輪的結構和工作圖250

10.5.1蝸桿結構250

10.5.2蝸輪結構250

10.5.3蝸桿和蝸輪工作圖250

10.5.4普通圓柱蝸桿傳動設計計算實例252

思考和實訓習題254

第4篇軸系零部件

第11章滑動軸承257

11.1滑動軸承的工作原理257

11.1.1滑動軸承簡介257

11.1.2滑動摩擦的類型257

11.1.3滑動軸承設計中的基本問題258

11.2滑動軸承的分類和結構特點258

11.2.1徑向滑動軸承259

11.2.2推力滑動軸承259

11.2.3特殊結構軸承簡介260

11.3滑動軸承的材料和軸瓦結構261

11.3.1滑動軸承的材料261

11.3.2軸瓦的結構262

11.4滑動軸承的潤滑和配合264

11.4.1潤滑劑及其選用原則264

11.4.2潤滑裝置265

11.4.3滑動軸承潤滑方式的選擇265

11.4.4滑動軸承的配合266

11.5非液體潤滑滑動軸承的計算266

11.5.1徑向滑動軸承設計計算267

11.5.2推力滑動軸承工作能力驗算267

11.5.3非液體潤滑滑動軸承計算實例268

11.6液體動壓滑動軸承和靜壓滑動軸承簡介269

思考和實訓習題269

第12章滾動軸承270

12.1滾動軸承的組成、類型和特點270

12.1.1滾動軸承的組成270

12.1.2滾動軸承的類型、特點及應用271

12.2滾動軸承的代號及類型選擇275

12.2.1滾動軸承的代號275

12.2.2滾動軸承類型的選擇278

12.2.3滾動軸承類型選擇實例279

12.3滾動軸承壽命計算279

12.3.1滾動軸承的失效形式及計算準則279

12.3.2滾動軸承的基本額定壽命和基本額定動載荷280

12.3.3滾動軸承的壽命計算基本公式281

12.3.4滾動軸承的當量動載荷計算282

12.3.5角接觸軸承的軸向載荷284

12.3.6滾動軸承的靜強度計算285

12.3.7滾動軸承選用計算實例286

12.4陶瓷滾動軸承與滾動導軌簡介293

思考和實訓習題293

第13章軸及軸系295

13.1軸的概述295

13.1.1軸的功用與分類295

13.1.2軸的設計中應考慮的問題296

13.2軸的材料與強度計算296

13.2.1軸的材料與機械性能296

13.2.2軸徑的估算和強度計算298

13.2.3軸的設計計算實例300

13.3軸及軸系的結構設計303

13.3.1軸的結構設計303

13.3.2軸的結構設計實例306

13.3.3軸的工作圖307

13.3.4軸系結構的組合設計307

思考和實訓習題312

第14章聯軸器、離合器與制動器315

14.1聯軸器315

14.1.1固定式剛性聯軸器316

14.1.2移動式剛性聯軸器318

14.1.3彈性聯軸器319

14.1.4聯軸器選用計算實例320

14.2離合器321

14.2.1嵌合式離合器321

14.2.2摩擦式離合器322

14.3制動器324

14.3.1抱塊式制動器324

14.3.2內漲式制動器324

14.3.3帶式制動器325

思考和實訓習題325

第5篇機 械 連 接

第15章連接327

15.1鍵連接327

15.1.1鍵連接的功用和分類327

15.1.2平鍵連接的選擇和計算330

15.1.3花鍵連接的類型、標準和選用331

15.2銷連接332

15.3螺紋連接333

15.3.1螺紋連接的基本類型和螺紋連接件333

15.3.2螺紋連接的預緊和防松337

15.3.3螺栓組的佈置和受力分析339

15.3.4螺栓連接的強度計算345

15.3.5螺栓連接件的材料和許用應力346

15.3.6提高螺栓連接強度的結構設計348

15.3.7螺栓連接計算實例350

思考和實訓習題351

第16章彈簧353

16.1概述353

16.1.1彈簧的類型、特點和應用353

16.1.2彈簧的材料和製造353

16.2圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧的幾何參數和特性曲線357

16.2.1圓柱螺旋彈簧的結構357

16.2.2圓柱螺旋彈簧的基本參數和幾何尺寸357

16.2.3圓柱螺旋彈簧的特性曲線358

16.3圓柱螺旋彈簧的設計計算360

16.3.1強度計算360

16.3.2剛度計算361

16.3.3穩定性校核361

16.3.4圓柱螺旋彈簧設計計算實例362

16.4非金屬彈簧簡介364

思考和實訓習題364

參考文獻367

郭仁生，佛山職業技術學院教授，長期從事機械設計基礎和工程力學課程教學。發表了二十多篇專業技術和教育教學論文，編著和主編了多種專業技術著作和教材。