机械设计基础（高职卜新民）

机械设计基础综述 1

0.1 本课程研究的对象及内容 1

0.2 机械零件设计的基本准则及工程力学基础 2

0.3 机械零件常用金属材料和钢热处理常识 7

思考题 11

项目一 机械设计静力学知识准备 12

1.1 力的概念和公理 12

1.1.1 力的概念 12

1.1.2 静力学公理 13

1.2 常见约束及其力学模型 15

1.2.1 约束和约束反力 15

1.2.2 常见约束类型 15

1.3 物体的受力分析和受力图 17

1.4 平面汇交力系的合成与平衡 19

1.4.1 平面汇交力系合成的几何法 19

1.4.2 平面汇交力系合成的解析法 20

1.5 力矩和力偶 24

1.5.1 力对点之矩 24

1.5.2 合力矩定理 25

1.5.3 力偶及其性质 26

1.6 平面任意力系的简化 30

1.6.1 平面任意力系向平面内任一点简化 30

1.6.2 简化结果的讨论 31

1.6.3 平面任意力系的平衡条件和平衡方程 32

1.6.4 平面任意力系平衡方程的应用 32

1.6.5 平衡方程的其它形式 34

1.6.6 固定端约束和均布载荷 35

1.7 物体系统的平衡问题 36

1.7.1 静定与静不定问题的概念 36

1.7.2 物体系统的平衡问题 37

1.8 考虑摩擦时构件的平衡问题 39

1.8.1 滑动摩擦的概念 40

1.8.2 摩擦角与自锁现象 41

1.8.3 考虑摩擦时构件的平衡问题 42

1.9 空间力系简介 44

1.9.1 空间力的投影和力对轴之矩 44

1.9.2 空间力系的平衡方程 47

1.9.3 轮轴类构件平衡问题的平面解法 48

1.10 物体的重心和平面图形的形心 51

1.10.1 物体重心的概念 51

1.10.2 重心的坐标公式 51

1.10.3 求重心的方法 52

思考题 55

习题 59

项目二 机械设计材料力学知识准备 69

2.1 材料力学的基本概念 69

2.1.1 变形固体的基本假设 69

2.1.2 内力、截面法和应力 70

2.1.3 杆件变形的基本形式 71

2.2 轴向拉伸与压缩 71

2.2.1 轴向拉伸与压缩的概念 71

2.2.2 轴向拉伸与压缩时横截面上的内力 72

2.2.3 轴向拉伸与压缩时横截面上的应力 75

2.2.4 轴向拉伸与压缩的强度计算 76

2.2.5 轴向拉伸与压缩的变形 78

2.2.6 轴向拉伸与压缩的力学性能分析 81

2.3 剪切与挤压 84

2.3.1 剪切与挤压的概念 84

2.3.2 剪切的实用计算 85

2.3.3 挤压的实用计算 86

2.4 圆轴的扭转 88

2.4.1 扭转的概念 88

2.4.2 圆轴扭转时横截面上的内力 89

2.4.3 扭矩及扭矩图的画法 90

2.4.4 圆轴扭转时横截面上的应力 91

2.4.5 极惯性矩和抗扭截面系数 93

2.4.6 圆轴扭转时的变形 93

2.4.7 圆轴扭转时的强度计算 94

2.4.8 圆轴扭转时的刚度计算 95

2.5 直梁的弯曲 97

2.5.1 平面弯曲的概念 97

2.5.2 梁弯曲时横截面上的内力 99

2.5.3 剪力图和弯矩图 102

2.5.4 梁纯弯曲时横截面上的应力 106

2.5.5 惯性矩和抗弯截面系数 109

2.5.6 梁弯曲时的强度计算 112

2.5.7 梁弯曲时的变形及刚度计算 116

2.5.8 提高梁弯曲时的强度及刚度的措施 119

2.6 组合变形的强度计算 123

2.6.1 拉伸（压缩）与弯曲组合变形的强度计算 123

2.6.2 圆轴弯曲与扭转组合变形的强度计算 126

2.7 压杆稳定简介 130

习题 136

项目三 机械设计机构知识准备 148

3.1 平面机构 148

3.1.1 平面运动副的概念 148

3.1.2 平面运动副的类型 148

3.1.3 平面机构运动简图 149

3.1.4 平面机构的自由度 153

3.2 铰链连杆机构 156

3.2.1 铰链四杆机构的类型 156

3.2.2 铰链四杆机构的演化形式 159

3.2.3 铰链四杆机构有曲柄的条件 162

3.2.4 平面连杆机构的工作特性 163

3.2.5 平面四杆机构的设计 166

3.3 凸轮机构 169

3.3.1 概述 169

3.3.2 从动件常用运动规律 171

3.3.3 凸轮的轮廓曲线设计 175

3.3.4 凸轮机构常用材料 178

3.3.5 凸轮在轴上的固定方法 179

3.3.6 凸轮机构设计中的几个问题 179

3.4 齿轮机构几何尺寸计算 182

3.4.1 概述 182

3.4.2 渐开线与渐开线齿廓 183

3.4.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸 184

3.4.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 187

3.4.5 渐开线齿轮的切齿原理与根切现象 190

3.4.6 渐开线变位齿轮传动简介 193

3.4.7 斜齿圆柱齿轮机构几何尺寸计算 194

3.4.8 直齿圆锥齿轮机构几何尺寸计算 198

3.4.9 蜗轮蜗杆机构几何尺寸计算 200

3.5 间歇机构简介 204

3.5.1 棘轮机构 204

3.5.2 槽轮机构 206

3.6 齿轮系传动比计算 207

3.6.1 概述 207

3.6.2 定轴轮系传动比计算 208

3.6.3 周转轮系传动比计算 210

3.6.4 复合轮系传动比计算 213

习题 214

项目四 联接件与弹簧的设计 219

4.1 键联接和销联接的选型设计 219

4.2 平键联接的尺寸选择和强度校核 222

4.2.1 平键联接的尺寸选择 222

4.2.2 平键联接的强度计算 224

4.3 花键联接的类型和选用 226

4.3.1 花键联接的类型 226

4.3.2 花键联接的选用 227

4.4 销联接的类型和选用 230

4.4.1 销的分类 230

4.4.2 销联接的应用 230

4.5 螺纹联接 230

4.5.1 螺纹联接 231

4.5.2 螺纹联接的基本类型和螺纹联接件 234

4.5.3 螺旋副的受力分析、自锁和效率 237

4.5.4 螺栓强度计算 239

4.5.5 螺栓联接结构设计主要注意事项 244

4.6 弹簧 245

4.6.1 弹簧的功用和类型 245

4.6.2 弹簧的制造、材料和许用应力 247

4.6.3 圆柱形螺旋弹簧的结构、参数和尺寸 248

4.6.4 弹簧的应力、变形和特性曲线 250

4.6.5 片弹簧简介 252

思考题 253

习题 253

项目五 传动装置设计 255

5.1 带传动设计 255

5.1.1 概述 255

5.1.2 普通V带结构及国家标准 256

5.1.3 带传动的受力分析和应力分析 258

5.1.4 带传动的弹性滑动及传动比 260

5.1.5 普通V带传动的设计 261

5.1.6 带传动的张紧、安装和维护 266

5.1.7 V带轮的材料及结构设计 268

5.1.8 同步带传动简介 270

5.1.9 普通V带传动的设计实例 270

5.2 链传动设计 272

5.2.1 概述 272

5.2.2 滚子链和链轮 272

5.2.3 滚子链传动的设计 277

5.3 齿轮传动设计 282

5.3.1 齿轮传动的失效形式和设计准则 282

5.3.2 齿轮常用材料及热处理 284

5.3.3 直齿圆柱齿轮传动的设计计算 286

5.4 直齿圆柱齿轮传动设计 293

5.4.1 直齿圆柱齿轮传动的参数选择 293

5.4.2 设计步骤 294

5.5 平行轴斜齿圆柱齿轮传动 297

5.5.1 受力分析 297

5.5.2 强度计算 298

5.6 直齿锥齿轮传动 302

5.6.1 受力分析 302

5.6.2 强度计算 302

5.6.3 主要参数选择 303

5.7 齿轮结构设计 304

5.7.1 圆柱齿轮结构 304

5.7.2 锥齿轮结构 306

5.8 蜗杆传动 307

5.8.1 蜗杆传动的受力分析 307

5.8.2 蜗杆传动的失效形式及设计准则 308

5.8.3 蜗杆传动的材料选择 308

5.8.4 蜗杆传动的强度计算 309

5.8.5 蜗杆传动的热平衡计算 310

5.8.6 圆柱蜗杆传动的参数选择 311

5.8.7 蜗杆蜗轮结构 312

习题 314

项目六 轴系零部件设计 317

6.1 轴的设计 317

6.1.1 概述 317

6.1.2 轴的材料 319

6.1.3 轴的结构设计 320

6.1.4 轴的强度计算 326

6.1.5 轴的刚度计算简介 328

6.1.6 轴的工作图 329

6.1.7 轴的设计示例分析 331

6.2 滑动轴承设计 335

6.2.1 滑动轴承的结构 335

6.2.2 滑动轴承的失效形式及材料 340

6.2.3 非液体滑动轴承设计 343

6.3 滚动轴承设计 347

6.3.1 滚动轴承的结构和类型 347

6.3.2 滚动轴承的代号 350

6.3.3 滚动轴承的类型选择 352

6.3.4 滚动轴承的寿命计算 353

6.3.5 滚动轴承的静载荷计算 357

6.3.6 滚动轴承组合设计 359

6.4 轴承盖的选型及结构设计 364

6.5 联轴器与离合器选型设计 366

6.5.1 联轴器的类型及选择 366

6.5.2 离合器的类型及选择 372

习题 375

项目七 机械的润滑与密封 379

7.1 润滑的作用和润滑技术 380

7.2 润滑剂 380

7.2.1 润滑剂的种类及特点 380

7.2.2 润滑剂的选择 383

7.3 常用润滑方式和润滑装置 383

7.3.1 油润滑方式及装置 383

7.3.2 脂润滑方式及装置 384

7.4 密封方式及密封件 385

7.4.1 密封方式 385

7.4.2 密封装置 385

7.5 减速器的润滑 387

7.5.1 闭式齿轮传动的润滑 387

7.5.2 蜗杆传动的润滑 388

7.6 轴承的润滑 388

7.6.1 滑动轴承的润滑 388

7.6.2 滚动轴承的润滑 389

习题 391

项目八 机械创新设计与实例分析 393

8.1 机构的组合与实例分析 393

8.1.1 机构的串联组合 393

8.1.2 机构的并联组合 394

8.1.3 机构的复合组合 394

8.1.4 机构的叠加组合 395

8.2 机构的变异与演化及实例分析 396

8.2.1 连杆机构 396

8.2.2 凸轮机构 397

8.2.3 齿轮机构 397

8.3 机构再生运动链与实例分析 398

8.3.1 一般化运动链 398

8.3.2 单自由度运动链的基本类型 399

8.3.3 连杆类配的分类 400

8.3.4 设计约束机构再生运动链 401

8.3.5 实例 401

8.4 机械运动方案设计 403

8.4.1 机械运动方案设计概述 403

8.4.2 实例分析 404

习题 407

参考文献 408 2100433B

本书共分为八个项目。项目一 机械设计静力学知识准备，项目二 机械设计材料力学知识准备，项目三 机械设计机构知识准备，项目四 联接件与弹簧的设计，项目五 传动装置设计，项目六 轴系零部件设计，项目七 机械的润滑与密封，项目八 机械创新设计与实例分析。

本书可作为高职高专院校机制、模具、数控技术、汽车等机械类和近机类各专业“机械设计基础”课程的教材，也可供相关工程科技人员参考。

本教材是以教育部《普通高等学校高职高专教育专业指导性目录》中的机械类专业对于机械设计能力的要求为依据，结合笔者多年职业教育的经验而编写的。

全书分为三篇，共17章。主要内容包括静力学分析基础，平面力系，空间力系，构件的轴向拉伸与压缩，剪切和挤压，扭转变形，弯曲，平面机构运动简图，平面连杆机构，凸轮机构，间歇运动机构，齿轮传动，轮系，带传动，联接，轴系零、部件，现代设计技术等。

本教材适用于高职高专院校机电一体化技术、数控技术、机械设计及其自动化等专业，同时也可作为相关工程技术人员的参考用书。

《机械设计基础》是依据教育部制定的高职高专机械设计基础课程的基本要求，并结合编者多年的教学改革经验编写而成。《机械设计基础》详细地介绍了通用零、部件的设计与计算，常用机构的结构、运动分析与设计等内容。《机械设计基础》分为14章，内容包括：绪论、平面机构运动简图及自由度、平面连杆机构、凸轮机构及其设计、其他常用机构、连接、带传动、链传动、齿轮传动、齿轮系、轴、轴承、其他常用零部件、回转构件的平衡。各章均有教学目标和本章小结，并配有相应的习题及必要的数据资料。

《机械设计基础》可作为高职高专院校机械类和近机类各专业的机械设计基础课程的教材，也可供其他非机类专业学生及相关专业工程技术人员参考。