机械设计基础

加强绪论部分的作用，使绪论真正起到提领全书的作用。

每章均以“项目任务”引出，使学生直接了解到本章的主要学习任务，通过解决实际问题，激发学生思考问题的积极性与主动性。

为关键知识点设置了“小思考”或“小提示”，加深学生对相关知识的印象。

每章的最后给出“项目任务”的分析求解方法，使学生具备运用理论知识解决实际问题的能力，达到“学以致用”的最终目的。

前 言

“机械设计基础”是高等学校和职业院校近机械类及非机械类专业学科基础课之一。来自多所高校和职业院校有丰富教学经验的教授“机械设计基础”课程的教师在专业建设和课程教学改革实践的基础上，认真讨论了拟定的《机械设计基础》编写大纲并达成共识，经过通力合作，精心编写了本书。本书采用“项目式”教学的理念和模式，以提高学生解决实际问题的能力为目标，激发学生学习的热情，使学生感到学有所用，从而提高学生的工程应用能力和实践创新能力。

在本书的编写过程中，编者从培养学生实践能力出发，对本书的体系和内容进行了适当的重新组合。本书主要具有以下特点。

（1）加强绪论部分的作用，使绪论真正起到提领全书的作用。

（2）每章均以“项目任务”引出，使学生直接了解到本章的主要学习任务，通过解决实际问题，激发学生思考问题的积极性与主动性。

（3）为关键知识点设置了“小思考”或“小提示”，加深学生对相关知识的印象。

（4）每章的最后给出“项目任务”的分析求解方法，使学生具备运用理论知识解决实际问题的能力，达到“学以致用”的最终目的。

本书由张洪丽、孙建俊任主编，江长爱、孙爱春、刘爱华、周淑霞任副主编。书稿编写具体分工如下：山东交通学院张洪丽编写了绪论、项目二、项目三、项目五、项目七，历城职业中等专业学校江长爱编写了项目一、项目四，山东劳动职业技术学院孙建春编写了项目十、项目十二、项目十三，威海职业学院孙爱春编写了项目六的1～7节、项目十一，山东交通学院周淑霞编写了项目六的8～13节，山东交通学院刘爱华编写了项目八、项目九。张洪丽负责全书的统稿。

另外，山东交通学院的领导及董强、管志光、房强汉和张琳，历城职业中等专业学校、山东劳动职业技术学院、威海职业学院的领导和教师给出了许多宝贵的意见和建议，为本书的编写给予了很大帮助；中国水利水电出版社万水分社的编辑们也为本书的出版花费了大量心血，在此一并致以衷心的感谢。

由于作者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，敬请广大读者批评指正！

编 者

2019年4月

前言

0 绪论 1
0.1 机械的组成 1
0.1.1 机器和机构 2
0.1.2 零件、部件和构件 4
0.1.3 机器的分类、组成及发展 5
0.2 机械设计的任务、要求和程序 7
0.3 机械设计方法简介 8
0.3.1 传统机械设计方法 8
0.3.2 传统机械设计方法 9
0.4 “机械设计基础”课程的性质、任务
和学习内容 10
练习题 10
项目一 惯性筛 13
1 平面机构运动简图和自由度 13
1.1 平面机构运动简图 15
1.1.1 平面机构运动简图及其作用 15
1.1.2 平面机构运动简图的符号 15
1.1.3 平面机构运动简图的绘制 17
1.2 平面机构的自由度 18
1.2.1 平面机构自由度计算公式 18
1.2.2 计算平面机构自由度的注意事项 19
1.2.3 机构具有确定运动的条件 21
项目一 惯性筛——分析求解 21
练习题 22
项目二 往复活塞式内燃机 24
2 平面连杆机构 24
2.1 平面连杆机构的特点和应用 25
2.2 铰链四杆机构的基本形式及其演化 26
2.2.1 铰链四杆机构的基本类型 27
2.2.2 铰链四杆机构的演化 29
2.3 平面四杆机构的基本特性 31
2.3.1 铰链四杆机构存在曲柄的条件 32
2.3.2 急回特性 33
2.3.3 压力角和传动角 33
2.3.4 死点位置 34
2.4 平面四杆机构的设计 35
2.4.1 给定行程速比系数的设计问题 35
2.4.2 给定连杆位置的设计问题 36
2.5 平面多杆机构简介 36
项目二 往复活塞式内燃机——分析求解 38
练习题 39
项目三 缝纫机 41
3 凸轮机构 41
3.1 凸轮机构的应用、分类和特点 42
3.1.1 凸轮机构的应用 42
3.1.2 凸轮机构的分类 43
3.1.3 凸轮机构的特点 44
3.2 常用从动件的运动规律 44
3.2.1 基本概念 44
3.2.2 常用运动规律 45
3.3 凸轮轮廓曲线设计图解法 48
3.4 凸轮结构设计 51
3.4.1 压力角 51
3.4.2 凸轮基本尺寸的确定 52
3.4.3 凸轮的结构及其与轴的连接 54
项目三 缝纫机——分析求解 55
练习题 56
项目四 蜂窝煤压制机 59
4 间歇运动机构 59
4.1 棘轮机构 60
4.1.1 棘轮的工作原理和类型 60
4.1.2 棘爪的工作条件 61
4.1.3 棘轮和棘爪的几何尺寸 61
4.1.4 棘轮机构的应用 62
4.2 槽轮机构 63
4.2.1 槽轮机构的工作原理 63
4.2.2 槽轮机构的主要参数 64
4.2.3 槽轮机构的其他几何尺寸 65
4.3 不完全齿轮机构 65
项目四 蜂窝煤压制机——分析求解 66
练习题 66
项目五 带式输送机 67
5 带传动和链传动 67
5.1 带传动类型、特点和应用 68
5.2 V带和带轮 69
5.2.1 V带的结构和规格 69
5.2.2 带轮 72
5.3 带传动工作情况分析 75
5.3.1 带传动的主要参数 75
5.3.2 带传动受力分析 76
5.3.3 带的应力分析 78
5.3.4 带传动的运动学特性 80
5.4 普通V带传动设计 81
5.4.1 单根普通V带的基本额定功率 81
5.4.2 带传动设计的计算步骤和参数选择 82
5.5 带传动的张紧与维护 85
5.6 同步带传动简介 87
5.7 链传动的分类、特点和应用 88
5.8 滚子链和链轮 89
5.8.1 滚子链的结构和规格 89
5.8.2 滚子链的链轮 91
5.9 链传动工作情况分析 93
5.9.1 链传动的运动特性分析 93
5.9.2 链传动的受力分析 94
5.10 滚子链传动设计 95
5.10.1 链传动的主要失效形式 95
5.10.2 功率曲线图 95
5.10.3 链传动设计计算步骤和参数选择 96
5.11 链传动的使用和维护 99
项目五 带式输送机—分析求解 101
项目六 带式输送机 105
6 齿轮传动 105
6.1 齿轮机构的特点和分类 106
6.2 渐开线齿廓 107
6.2.1 渐开线的生成 107
6.2.2 渐开线的性质 108
6.2.3 渐开线齿廓的啮合特性 108
6.3 齿轮各部分名称、基本参数及渐开线
标准直齿圆柱齿轮几何尺寸计算 110
6.3.1 齿轮各部分名称 110
6.3.2 渐开线标准直齿圆柱齿轮几何
尺寸计算 110
6.4 渐开线标准齿轮啮合传动 112
6.4.1 正确啮合条件 112
6.4.2 正确安装条件 113
6.4.3 连续传动条件 113
6.5 渐开线齿轮的切齿原理 114
6.6 渐开线齿轮的根切、最少齿数和
变位齿轮 117
6.6.1 根切与最少齿数 117
6.6.2 变位齿轮 118
6.7 齿轮的失效形式及计算准则 119
6.7.1 齿轮的失效形式 119
6.7.2 设计准则 121
6.8 齿轮材料及精度等级 122
6.8.1 齿轮的材料及其选择 122
6.8.2 齿轮传动的精度等级 124
6.9 标准直齿圆柱齿轮传动设计计算 125
6.9.1 标准直齿圆柱齿轮轮齿的受力分析 125
6.9.2 标准直齿圆柱齿轮齿面接触疲劳
强度计算 127
6.9.3 标准直齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳
强度计算 128
6.9.4 齿轮传动设计参数的选择 129
6.10 斜齿圆柱齿轮传动 130
6.10.1 斜齿轮齿廓的形成和特点 130
6.10.2 斜齿圆柱齿轮的主要参数 131
6.10.3 平行轴斜齿轮传动的重合度 132
6.10.4 平行轴斜齿轮传动的当量齿轮
和当量齿数 133
6.10.5 斜齿圆柱齿轮传动设计计算 134
6.11 直齿锥齿轮传动 135
6.11.1 圆锥齿轮传动的特点及应用 135
6.11.2 直齿圆锥齿轮的背锥和当量齿数 137
6.11.3 直齿锥齿轮传动设计计算 137
6.12 齿轮的结构、润滑和效率 138
6.12.1 齿轮的结构设计 139
6.12.2 齿轮的润滑 140
6.12.3 齿轮的效率 141
6.12.4 低速级齿轮传动设计 141
项目六 带式输送机——分析求解 144
练习题 145
项目七 带式输送机 148
7 蜗杆传动 148
7.1 蜗杆传动的类型、特点和应用 148
7.2 蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 151
7.2.1 圆柱蜗杆传动的主要参数 151
7.2.2 圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算 154
7.3 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 154
7.4 圆柱蜗杆传动的设计计算 156
7.4.1 圆柱蜗杆传动的受力分析 156
7.4.2 圆柱蜗杆传动的强度计算 157
7.5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 159
项目七 带式输送机—分析求解 162
练习题 164
项目八 龙门刨床工作台 165
8 轮系 165
8.1 轮系的类型 165
8.2 定轴轮系传动比计算 166
8.2.1 定轴轮系传动比大小的计算 166
8.2.2 首、末轮转向关系的确定 167
8.3 周转轮系传动比计算 168
8.3.1 周转轮系的组成 168
8.3.2 周转轮系传动比的计算 169
8.4 复合轮系传动比计算 172
8.5 轮系的功用 173
项目八 龙门刨床工作台——分析求解 175
练习题 176
项目九 矿用凿井绞车 180
9 轴 180
9.1 轴的功用和分类 180
9.2 轴的常用材料 181
9.3 轴的结构设计 182
9.3.1 轴上零件的定位和固定 182
9.3.2 轴的各段直径和长度的确定 184
9.3.3 改善轴的受力状况和结构工艺性 184
9.4 轴的强度计算 185
9.4.1 轴的扭转强度计算 185
9.4.2 轴的弯扭合成强度计算 186
9.5 轴的刚度计算 187
项目九 矿用凿井绞车——分析求解 187
练习题 190
项目十 带式输送机和纺织机 192
10 轴承 192
10.1 滚动轴承的结构、类型及特点 193
10.1.1 滚动轴承的结构 193
10.1.2 滚动轴承的类型、性能和特点 193
10.1.3 滚动轴承的代号 196
10.2 滚动轴承的选择计算 197
10.2.1 主要失效形式 197
10.2.2 轴承寿命 198
10.2.3 向载荷的计算 200
10.3 滚动轴承的组合设计 202
10.3.1 轴承的固定 202
10.3.2 轴承组合的调整 203
10.4 滑动轴承的结构及特点 204
10.5 滑动轴承常用材料 206
10.6 滑动轴承的润滑 207
10.7 非液体摩擦滑动轴承的计算 208
10.7.1 径向滑动轴承的计算 208
10.7.2 止推滑动轴承的计算 209
项目十 带式输送机和纺织机——分析求解 209
练习题 210
项目十一 卷扬机 212
11 联轴器、离合器和制动器 212
11.1 联轴器 212
11.1.1 固定式刚性联轴器 213
11.1.2 可移动式刚性联轴器 214
11.1.3 联轴器的选择 216
11.2 离合器 217
11.3 制动器 218
项目十一 卷扬机——分析求解 219
练习题 220
项目十二 卷扬机和法兰结构 221
12 螺纹连接 221
12.1 常用螺纹的类型特点、应用和参数 221
12.1.1 螺纹的类型、特点和应用 222
12.1.2 螺纹的参数 223
12.1.3 螺纹的标注 225
12.2 螺纹连接的基本类型和螺纹紧固件 225
12.2.1 螺纹连接的基本类型 226
12.2.2 螺纹紧固件 227
12.3 螺纹连接的预紧和防松 228
12.3.1 螺纹连接的预紧 228
12.3.2 螺纹连接的防松 230
12.4 螺栓的强度计算 231
12.4.1 螺栓的失效形式和设计准则 232
12.4.2 松螺栓连接 232
12.4.3 紧螺栓连接 233
12.4.4 单个螺栓的强度计算总结 235
12.4.5 螺纹连接件的许用应力 236
12.5 螺栓连接的结构设计 237
12.5.1 螺栓组连接的结构 237
12.5.2 螺栓组连接的受力分析 239
12.6 提高螺纹连接强度的措施 243
项目十二 卷扬机——分析求解 246
练习题 247
项目十三 带式输送机 250
13 键和销 250
13.1 键连接 250
13.1.1 平键连接 251
13.1.2 半圆键连接 253
13.1.3 楔键和切向键连接 253
13.1.4 平键连接的设计计算 254
13.2 花键连接 255
13.2.1 花键的分类和应用 256
13.2.2 花键连接的强度计算 256
13.3 销连接 257
项目十三 带式输送机——分析求解 258
练习题 259
参考文献 260

1. 嵌入式人工智能技术应用（数字教材） [主编 胡娜 杨国勇 晏廷荣]
2. Java Web项目化设计实践教程 [邱云 曾陈萍]
3. 人工智能开发框架应用 [主编 王明超 芦娅云]
4. 民航客舱服务实用英语教程 [主编 田静 徐亚玲]
5. Python数据分析 [主编　冯志辉　赵磊　李放]
6. 大学信息技术 [曾翰颖 编著]
7. 创新创业训练实践教程 [主编 王日华 陈武 黄喆诚]
8. 实用运筹学 [主编　邢育红　于晋臣]
9. 电子技术（第二版） [主编 覃爱娜 李飞]
10. 工程数学 [主编 郭立娟 王海]
11. 语音识别理论与实践 [主编　莫宏伟]
12. 武术基础教程 [主编 李代勇 谢志民]
13. 计算机网络实训教程 [主编 张浩军 赵玉娟]
14. 电工电子技术基础 [主编 刘 军 杨国龙 刘天成]
15. MySQL数据库项目式教程 [陈亚峰]
16. 机械设计基础（第二版） [主编 田亚平 李爱姣]
17. 画法几何与机械制图 [主编 赵军]
18. C语言程序设计习题与实验指导（第二版） [主编 甄增荣 张宾]
19. C语言程序设计（第二版） [主编 甄增荣 田云霞]
20. Unity3D虚拟现实应用开发实践 [主 编 刘龙]
21. 智能化技术基础（第三版） [邓文达　李礼]
22. 面向对象程序设计 [主编 张勇 张平华 赵小龙]
23. 网络营销 [主编 夏薇薇 刘婷 尚洁]
24. 电视节目策划与制作（微课版） [主　编　黄滴滴]
25. 数据库技术与应用实践教程（SQL Server 2019） [主 编 严晖 周肆清]
26. 大学应用数学 [主编 郭立娟]
27. 软件定义网络技术与实践 [主编　但唐仁]
28. 工业机器人拆装与调试 [主编 胡月霞 向艳芳 朱奇]
29. 信号与系统（第二版） [主编 张宇]
30. 信息技术基础 [主编 唐倩 邵锐]