本書從非機械類專業對現代機械設計中機構設計與選型及常用零部件設計與計算方面的知識要求入手，加強工程設計和實踐內容，注重設計技能的基本訓練，拓寬學生的知識面，全面提高學生的綜合素質。

本書從機械系統設計的總體要求、材料特性、機構工作原理、傳動零部件設計、連接零部件設計、軸系零部件設計及減速器課程設計等方面詳細闡述了機械設計的一般規律和思路、設計的基本知識、基本理論和設計方法。

本書在內容編排上，遵從由淺入深的認識規律，注意共性與特性的分析，將涉及內容和設計方法有機地融合，加強了結構設計的訓練，從而使學生在掌握課程核心內容的同時，提高設計能力。

前 言

“機械設計基礎”是一門介紹機械設計的基本知識、基本理論和基本方法的重要專業基礎課程。本書針對“十二五”科學技術的發展規劃要求，現代機電產品設計中對具有創新精神人才的需要，為適應能源、動力、交通、材料、自動控制、生物化工、信息工程、光電、環境、石油、土建、輕紡、食品工業等非機械類專業對現代機械設計中機構設計與選型及常用零部件設計與計算方面的知識要求，從提高學生的創新設計能力入手，加強工程設計和實踐內容，注重設計技能的基本訓練，由專業教育轉向通識教育，拓寬學生的知識面，全面提高學生的綜合素質。

本書在教學體系與內容上進行系統改革，從整個機械系統下手，著重培養學生的創新設計能力，提高學生的獨立工作和解決實際問題的能力。在內容編排上，遵從由淺入深的認識規律，采取突出重點、照顧知識面的原則，注意共性與特性的分析，將涉及內容和設計方法有機地融合，加強結構設計的訓練，從而使學生既能掌握本課程的核心內容，又有利于培養學生的創新意識和工程設計能力。同時，本書在文字敘述上力求簡明扼要、通俗易懂，以適應各專業學生對本課程學習的需要。

本書由田亞平、李愛姣擔任主編。緒論和第1～7章由李愛姣編寫，第10章和第16章由汪諍編寫，其余部分由田亞平編寫。在本書的編寫過程中，蘭州交通大學機電工程學院機械設計系的趙軍、牛衛中、劉艷妍、洪濤、邊紅麗、潘麗華、張強、石慧榮老師給予了熱情鼓勵與大力支持，并對本書提出了許多寶貴的意見和建議。甘肅省經濟學校的康軍鳳老師對書中的文字和公式進行了詳細校正。在出版過程中，中國水利水電出版社的領導和編輯給予了很大支持與幫助，并付出了辛勤勞動，編者在此向他們表示誠摯的謝意！

本書由蘭州交通大學機電工程學院院長石廣田教授審閱，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，懇請各位專家和廣大讀者批評指正。

編 者

2014年12月

前言
第一篇 機械設計總論

緒論 1
§0-1 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
§0-2 本課程的性質和任務 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1章 機械設計的基礎知識 6
§1-1 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
§1-2 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
§1-3 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 17
三、機械零件材料的選擇原則 18
§1-4 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2章 平面機構的結構分析 21
§2-1 平面機構的組成 21
一、運動副及其分類 21
二、平面機構的組成 23
§2-2 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
§2-3 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3章 平面連桿機構 32
§3-1 平面連桿機構及其傳動特點 32
§3-2 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
§3-3 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
§3-4 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 42
*§3-5 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 44
三、解析法設計四桿機構 46
四、實驗法設計四桿機構 47
習題 48
第4章 凸輪機構 50
§4-1 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
§4-2 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
§4-3 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
*§4-4 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5章 齒輪機構和輪系 63
§5-1 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
*§5-2 齒廓嚙合的基本定律 64
§5-3 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
§5-4 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
§5-5 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
§5-6 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
§5-7 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
§5-8 直齒錐齒輪機構 81
一、直齒錐齒輪齒廓的形成 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
§5-9 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
§5-10 輪系的分類 87
一、定軸輪系 88
二、周轉輪系 88
三、復合輪系 89
§5-11 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
§5-12 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6章 間歇運動機構 98
§6-1 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
§6-2 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
§6-3 不完全齒輪機構 102
§6-4 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7章 機械的平衡與調速 104
§7-1 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
§7-2 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8章 帶傳動和鏈傳動 111
§8-1 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
§8-2 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
§8-3 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
§8-4 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
§8-5 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 124
§8-6 鏈傳動的特點及應用 126
§8-7 傳動鏈的結構特點 127
一、鏈的種類和結構 127
二、鏈輪 129
§8-8 鏈傳動的主要參數及其選擇 130
§8-9 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
§8-10 鏈傳動的布置、張緊和潤滑 133
一、鏈傳動的布置和張緊 133
二、鏈傳動的潤滑和維護 134
習題 135
第9章 齒輪傳動設計 137
§9-1 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
§9-2 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
§9-3 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
§9-4 斜齒圓柱齒輪傳動的強度計算 148
一、作用力分析 148
二、齒面接觸疲勞強度計算 148
三、輪齒的彎曲疲勞強度計算 149
§9-5 直齒錐齒輪傳動的強度計算 151
一、直齒錐齒輪作用力的分析 151
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
§9-6 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10章 蝸桿傳動 158
§10-1 普通蝸桿傳動的承載能力計算 158
一、蝸桿傳動類型概述 158
二、蝸桿傳動的失效形式、設計準則及
常用材料 158
三、蝸桿傳動的受力分析 159
四、蝸輪輪齒表面的強度計算 160
五、普通圓柱蝸桿傳動的精度等級及其
選擇 161
§10-2 普通蝸桿傳動的效率、潤滑及熱
平衡計算 162
一、蝸桿傳動的效率 162
二、蝸桿傳動的潤滑 162
三、蝸桿傳動的熱平衡計算 163
§10-3 圓柱蝸桿和蝸輪的結構設計 164
習題 167

第四篇 機械連接

第11章 螺紋連接 168
§11-1 螺紋的基本參數 168
一、螺紋的形成及分類 168
二、螺紋的主要參數 169
§11-2 螺紋連接的類型和標準連接件 170
一、螺紋連接的類型 170
二、標準螺紋連接件 172
§11-3 螺旋副中力的關系、效率和自鎖 173
§11-4 螺紋連接的預緊和防松 174
一、螺栓的預緊 174
二、螺紋連接的防松 175
§11-5 螺栓連接的強度計算 176
一、松螺栓連接的強度計算 177
二、緊螺栓連接的強度計算 177
§11-6 螺紋連接件的材料及許用應力 181
一、螺紋連接件的材料 181
二、螺紋連接件的許用應力 182
§11-7 螺紋連接件的尺寸參數 183
習題 188
第12章 輪轂連接 190
§12-1 鍵連接 190
一、鍵連接的功能、分類、結構形式及
應用 190
二、鍵的選擇和鍵連接的強度計算 192
§12-2 花鍵連接 193
§12-3 無鍵連接和銷連接 194
一、型面連接 194
二、脹緊連接 194
三、銷連接 195
習題 195

第五篇 軸承及軸系零部件

第13章 軸承 196
§13-1 概述 196
§13-2 滑動軸承的主要結構形式 197
一、向心滑動軸承的結構 197
二、推力滑動軸承的結構 198
§13-3 滑動軸承的失效形式、常用材料 198
一、滑動軸承的主要失效形式 198
二、滑動軸承材料 199
§13-4 滑動軸承潤滑劑和潤滑裝置 200
一、常用的潤滑劑 200
二、常用的潤滑裝置 201
§13-5 非全液體摩擦滑動軸承的計算 203
一、向心軸承 203
二、推力滑動軸承 204
§13-6 滾動軸承的結構 204
§13-7 滾動軸承的主要類型及其代號 206
一、基本代號 206
二、前置代號 207
三、后置代號 207
§13-8 滾動軸承的類型選擇 208
一、滾動軸承的主要類型及特點 208
二、滾動軸承的類型選擇 209
§13-9 滾動軸承尺寸的選擇 209
一、滾動軸承的失效形式 209
二、滾動軸承的基本額定壽命和基本額定
動載荷 210
三、滾動軸承疲勞壽命計算的基本公式 210
四、滾動軸承的當量動載荷 211
五、角接觸軸承軸向載荷的計算 212
六、滾動軸承的靜載荷計算 213
§13-10 滾動軸承的組合設計 214
一、軸承的配置和固定 214
二、滾動軸承組合的調整 216
三、滾動軸承的配合與拆裝 216
四、滾動軸承的潤滑與密封 218
§13-11 滾動軸承的標準 219
習題 223
第14章 聯軸器、離合器、制動器 225
§14-1 聯軸器及其選擇 225
一、聯軸器的功用 225
二、聯軸器的分類 225
三、常用聯軸器的結構和特點 226
四、聯軸器類型的選擇原則 228
五、聯軸器型號、尺寸的確定 228
§14-2 離合器 229
一、離合器的分類 229
二、常見的離合器 229
§14-3 制動器 231
一、制動器的功用 231
二、常用制動器的結構和特點 231
習題 232
第15章 軸 233
§15-1 概述 233
§15-2 軸的材料和結構 234
一、軸的材料 234
二、軸的結構 235
三、各軸段直徑和長度的確定 237
§15-3 軸的計算 237
一、軸的強度校核計算 237
二、軸的剛度計算 243
習題 243


第六篇 機械設計實例

第16章 減速器設計 245
§16-1 減速器的類型及結構 245
一、減速器的類型 245
二、減速器的結構 246
§16-2 減速器的常用附件 248
§16-3 減速器課程設計的內容和要求 248
一、減速器課程設計的目的 248
二、減速器設計的內容和任務 249
三、設計數據 250
§16-4 單級圓柱齒輪減速器樣圖 250
一、圓柱齒輪樣圖 250
二、轉軸樣圖 251
三、裝配圖樣圖 252
參考文獻 254

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]
10. MySQL數據庫項目式教程 [陳亞峰]
11. 機械設計基礎（第二版） [主編 田亞平 李愛姣]
12. 畫法幾何與機械制圖 [主編 趙軍]
13. C語言程序設計習題與實驗指導（第二版） [主編 甄增榮 張賓]
14. C語言程序設計（第二版） [主編 甄增榮 田云霞]
15. Unity3D虛擬現實應用開發實踐 [主 編 劉龍]
16. 智能化技術基礎（第三版） [鄧文達　李禮]
17. 面向對象程序設計 [主編 張勇 張平華 趙小龍]
18. 網絡營銷 [主編 夏薇薇 劉婷 尚潔]
19. 電視節目策劃與制作（微課版） [主　編　黃滴滴]
20. 數據庫技術與應用實踐教程（SQL Server 2019） [主 編 嚴暉 周肆清]
21. 大學應用數學 [主編 郭立娟]
22. 工業機器人拆裝與調試 [主編 胡月霞 向艷芳 朱奇]
23. 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]
24. 信號與系統（第二版） [主編 張宇]
25. 信息技術基礎 [主編 唐倩 邵銳]
26. Python 語言程序設計實踐指導 [主編　張雙獅]
27. Photoshop 圖形圖像項目化教程 [主編 胡斌斌 黎婭 蘇大椿]
28. 體育舞蹈教程 [主編 劉偉 陳志明 曾明]
29. 線性代數導學篇 [主編 史昱]
30. 信息技術基礎實訓與習題指導（Windows7+Office2016） [主編 周金容 唐天國]