內容實用：由淺入深講解機械設計基礎知識，力求重點突出、繁簡得當。

提升技能：以實際案例為驅動，突出機械創新能力和創新思維的培養。

資源豐富：配套微課視頻、教學大綱、電子課件等，方便師生教與學。

第二版前言

黨的二十大報告提出深入實施人才強國戰略，強調“培養造就大批德才兼備的高素質人才，是國家和民族長遠發展大計”。教材建設是實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專業一門重要的技術基礎課程，本書在滿足相關專業對本課程要求的基礎上，注重更新教學內容，加強素質教育，突出機械創新能力和創新思維的培養。在內容編排上，以設計基礎知識—方案設計—零件設計—設計實例為主線，由淺入深，力求重點突出、繁簡得當；在文字敘述上，力求簡明扼要、語言通達、通俗易懂，以適應各專業學生對本課程學習的需要。本書根據專業需求對內容進行了分層設計，標注“*”號的章節內容可作為近機械類專業學生的選修內容。

本書是在第一版的基礎上，添加了重點知識點的講解視頻和動畫，并結合教師在實際使用過程中提出的改進意見修訂而成的，本次修訂主要做了以下幾項工作：

（1）增加了重要知識點的講解視頻，讀者可通過掃描二維碼，解決學習過程中可能產生的疑難問題。

（2）更新了部分參考文獻，以準確反映科技領域新理論和新技術的狀況。

（3）增加了一些課后習題，便于學生掌握各章的重點和難點內容。

（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。

本書由田亞平、李愛姣擔任主編，參加本次修訂工作的有張強（緒論）、石慧榮（第一章）、李愛姣（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）。

在本書的修訂過程中，蘭州交通大學機電工程學院機械設計系的趙軍、劉艷妍、牛衛中、潘麗華等對本書提出了許多寶貴的意見和建議。

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

本書由蘭州交通大學機電工程學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，書中錯誤和不當之處在所難免，敬請各位專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、任務和學習方法 5
一、本課程的性質和任務 5
二、本課程的學習方法 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 運動副的分類及機構的組成 21
一、運動副及其分類 21
二、平面機構的組成 23
第二節 平面機構的運動簡圖 23
一、平面機構運動簡圖的定義 23
二、機構運動簡圖中的常用符號 23
三、機構運動簡圖的繪制 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、機構具有確定運動的條件 26
三、計算平面機構自由度時要注意的
問題 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特點 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、轉動副演化為
移動副 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 43
*第五節 平面四桿機構設計簡介 44
一、平面四桿機構設計的基本問題 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 50
一、凸輪機構的應用 50
二、凸輪機構的分類 51
三、凸輪機構的特點 53
第二節 從動件的常用運動規律 53
一、凸輪機構的運動循環
及基本名詞術語 53
二、從動件常用的運動規律 54
第三節 圖解法設計盤形凸輪輪廓曲線 56
一、凸輪輪廓曲線的設計原理 56
二、直動從動件盤形凸輪輪廓線的繪制 57
三、擺動從動件盤形凸輪輪廓線的繪制 59
*第四節 設計凸輪機構應注意的問題 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 齒輪機構的特點及類型 63
一、齒輪機構的特點 63
二、齒輪機構的類型 63
*第二節 齒廓嚙合的基本定律 64
第三節 漸開線及漸開線齒輪 65
一、漸開線的形成及其特性 65
二、漸開線齒輪的嚙合特點 66
第四節 漸開線標準齒輪的基本參數
及幾何尺寸 67
一、齒輪各部分的名稱和符號 67
二、漸開線齒輪的基本參數 68
三、標準直齒圓柱齒輪的幾何尺寸 69
第五節 漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動 70
一、漸開線齒輪的正確嚙合條件 70
二、齒輪連續傳動的條件及重合度 71
第六節 漸開線齒廓的切制原理
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 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 79
四、斜齒圓柱齒輪的當量齒輪
和當量齒數 80
五、斜齒輪傳動的優缺點 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、蝸桿傳動的特點及其類型 84
二、蝸桿蝸輪的正確嚙合條件 85
三、蝸桿傳動的主要參數及幾何尺寸 85
四、蝸桿傳動的幾何尺寸計算 87
第十節 輪系的分類 87
一、定軸輪系 88
二、周轉輪系 88
三、復合輪系 89
第十一節 輪系傳動比的計算 89
一、定軸輪系的傳動比 89
*二、周轉輪系的傳動比 91
第十二節 輪系的功用 93
一、獲得大的傳動比 93
二、實現遠距離傳動 93
三、實現變速換向傳動 93
四、實現運動的合成與分解 94
五、實現分路傳動 95
習題 96
第六章 間歇運動機構 98
第一節 槽輪機構 98
一、槽輪機構的結構和工作原理 98
二、槽輪機構的類型、特點及應用 99
第二節 棘輪機構 99
一、棘輪機構的結構和工作原理 99
二、棘輪機構的類型、特點 100
三、棘輪機構的應用 101
第三節 不完全齒輪機構 102
第四節 凸輪間歇運動機構 102
一、圓柱凸輪式間歇運動機構 103
二、蝸桿凸輪式間歇運動機構 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、轉子的動平衡 105
第二節 機械的運轉及速度波動 106
一、機械的運轉過程 106
二、調節機械速度波動的目的與方法 107
三、飛輪設計的基本原理 108
習題 110

第三篇 機 械 傳 動

第八章 帶傳動和鏈傳動 111
第一節 帶傳動的特點及應用 111
一、帶的工作原理和特點 111
二、帶傳動的主要形式 112
三、帶的類型和結構 112
第二節 帶傳動工作情況分析 114
一、帶傳動的受力分析 114
二、帶的應力分析 115
三、帶的彈性滑動 116
第三節 普通Ｖ帶傳動的設計計算 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帶傳動的張緊裝置 123
一、張緊力 123
二、張緊裝置 124
三、帶傳動的維護 125
第六節 鏈傳動的特點及應用 126
第七節 傳動鏈的結構特點 127
一、鏈的種類和結構 127
二、鏈輪 129
第八節 鏈傳動的主要參數及其選擇 130
一、鏈條速度v 130
二、傳動比i 130
三、鏈輪的齒數z 130
四、鏈節距p 131
五、中心距a和鏈條長度L 131
第九節 滾子鏈傳動的計算 131
一、鏈傳動的失效形式 131
二、鏈傳動的額定功率和潤滑方式 131
三、鏈傳動的設計過程 133
第十節 鏈傳動的布置、張緊、
潤滑與維護 134
一、鏈傳動的布置和張緊 134
二、鏈傳動的潤滑和維護 134
習題 135
第九章 齒輪傳動設計 137
第一節 齒輪傳動的失效形式及設計準則 137
一、齒輪傳動的概述 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、齒輪傳動精度的選擇 141
第三節 直齒圓柱齒輪傳動的強度計算 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、齒輪傳動強度計算說明 146
第四節 斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算 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 齒輪傳動的潤滑和結構設計 154
一、齒輪傳動的潤滑設計 154
二、齒輪的結構設計 155
習題 157
第十章 蝸桿傳動 159
第一節 普通蝸桿傳動的承載能力計算 159
一、蝸桿傳動類型概述 159
二、蝸桿傳動的失效形式、設計準則
及常用材料 159
三、蝸桿傳動的受力分析 160
四、蝸輪輪齒表面的強度計算 161
五、普通圓柱蝸桿傳動的精度等級
及其選擇 162
第二節 普通蝸桿傳動的效率、潤滑
及熱平衡計算 163
一、蝸桿傳動的效率 163
二、蝸桿傳動的潤滑 163
三、蝸桿傳動的熱平衡計算 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 170
二、螺紋的主要參數 171
第二節 螺紋連接的類型和標準連接件 172
一、螺紋連接的類型 172
二、標準螺紋連接件 174
第三節 螺旋副中力的關系、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、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 無鍵連接和銷連接 196
一、型面連接 196
二、脹緊連接 196
三、銷連接 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 滑動軸承的主要結構形式 199
一、向心滑動軸承的結構 199
二、推力滑動軸承的結構 200
第三節 滑動軸承的失效形式
和常用材料 200
一、滑動軸承的主要失效形式 200
二、滑動軸承材料 201
第四節 滑動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 非全液體摩擦滑動軸承的計算 205
一、向心軸承 205
二、推力滑動軸承 206
第六節 滾動軸承的結構 206
第七節 滾動軸承的主要類型及其代號 208
一、前置代號 208
二、基本代號 208
三、后置代號 209
第八節 滾動軸承的類型、特點及選擇 210
一、滾動軸承的主要類型及特點 210
二、滾動軸承的類型選擇 211
第九節 滾動軸承尺寸的選擇 211
一、滾動軸承的失效形式 211
二、滾動軸承的基本額定壽命和基本
額定動載荷 212
三、滾動軸承疲勞壽命計算的基本公式 212
四、滾動軸承的當量動載荷 213
五、角接觸軸承軸向載荷的計算 214
六、滾動軸承的靜載荷計算 216
第十節 滾動軸承的組合設計 216
一、軸承的配置和固定 217
二、滾動軸承組合的調整 218
三、滾動軸承的配合與拆裝 219
四、滾動軸承的潤滑與密封 220
第十一節 滾動軸承的標準 221
習題 226
第十四章 聯軸器、離合器和制動器 227
第一節 聯軸器及其選擇 227
一、聯軸器的功用 227
二、聯軸器的分類 227
三、常用聯軸器的結構和特點 228
四、聯軸器類型的選擇原則 230
五、聯軸器型號、尺寸的確定 230
第二節 離合器 231
一、離合器的分類 231
二、常見的離合器 231
第三節 制動器 233
一、制動器的功用 233
二、常用制動器的結構和特點 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 機械設計實例

第十六章 減速器設計 247
第一節 減速器的類型及結構 247
一、減速器的類型 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 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

1. 實用運籌學 [主編　邢育紅　于晉臣]
2. 電子技術（第二版） [主編 覃愛娜 李飛]
3. 勞動爭議處理實務 [主編 王秀卿 羅靜]
4. 工程數學 [主編 郭立娟 王海]
5. 語音識別理論與實踐 [主編　莫宏偉]
6. 武術基礎教程 [主編 李代勇 謝志民]
7. 計算機網絡實訓教程 [主編 張浩軍 趙玉娟]
8. 畫法幾何與機械制圖習題集（多學時） [主編 趙軍]
9. 電工電子技術基礎 [主編 劉 軍 楊國龍 劉天成]
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12. C語言程序設計習題與實驗指導（第二版） [主編 甄增榮 張賓]
13. C語言程序設計（第二版） [主編 甄增榮 田云霞]
14. Unity3D虛擬現實應用開發實踐 [主 編 劉龍]
15. 智能化技術基礎（第三版） [鄧文達　李禮]
16. 面向對象程序設計 [主編 張勇 張平華 趙小龍]
17. 網絡營銷 [主編 夏薇薇 劉婷 尚潔]
18. 電視節目策劃與制作（微課版） [主　編　黃滴滴]
19. 數據庫技術與應用實踐教程（SQL Server 2019） [主 編 嚴暉 周肆清]
20. 大學應用數學 [主編 郭立娟]
21. 工業機器人拆裝與調試 [主編 胡月霞 向艷芳 朱奇]
22. 功能材料制備與表征實驗指導書 [龔偉平 趙軍峰 梅海娟 等編著]
23. 信號與系統（第二版） [主編 張宇]
24. 信息技術基礎 [主編 唐倩 邵銳]
25. Python 語言程序設計實踐指導 [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. 線性代數導學篇 [主編 史昱]
29. 信息技術基礎實訓與習題指導（Windows7+Office2016） [主編 周金容 唐天國]
30. 大學生創新創業基礎 [主編 姜國權 姜福佳]