机械设计基础

本书是在第1版基础上修订而成，第1版教材自出版以来，重印多次，受到读者欢迎，2007年被确定为国家“十一五”规划教材，同年被评为国家精品教材。2013年被评为2010～2012年度机械工业出版社畅销书。近年来，国家对高职教育提出了更高的要求，高职教育的改革也需要更多的教材能与时俱进，因此，为了使教材不断完善，适应近年来国家对高职教育的要求和教学改革的需要，编者本教材进行了修订。修订版教材主要从体现工学结合、理实一体化方面做了较大的改进，增加了大量的工程应用实例。教材分为五个模块：1静力学在工程中的应用；2材料力学在工程中的应用；3常用机构；4通用零部件的设计与选用；5创新设计。第1模块包括静力学基础、平面力系、空间力系、摩擦四部分内容，第2模块包括杆件的内力分析、应力应变分析、组合变形强度计算、压杆稳定、循环应力五个部分；第3模块包括常用机构概述、平面连杆机构、凸轮机构、圆柱齿轮机构、蜗杆传动机构、轮系、带传动、链传动、其它常用机构等九部分内容；第4模块包括联接、轴承、轴、其他常用零部件、机械的平衡与调整；第5模块作为拓展模块，用少量篇幅介绍常用的创新技法，将前述各种机构的创新点加以提炼，旨在提高学生的创新意识。

修订说明
前言
模块一静力学在工程中的应用
第1章静力学基础1
1.1静力学的基本概念1
1.2约束和约束力的概念和类型5
1.3物体的受力分析及受力图8
1.4工程应用实例11
1.5思考题与习题12
第2章平面力系15
2.1平面汇交力系15
2.2力矩和力偶17
2.3平面平行力系20
2.4平面力偶系21
2.5平面任意力系22
2.6物体系统的平衡25
2.7工程应用实例28
2.8思考题与习题29
*第3章空间力系34
3.1力在空间直角坐标轴上的投影34
3.2力对轴的矩和空间力系合力矩定律36
3.3空间力系的简化37
3.4空间力系的平衡方程及其应用38
3.5重心及其计算42
3.6工程应用实例45
3.7思考题与习题47
第4章摩擦49
4.1滑动摩擦49
4.2摩擦角和自锁51
4.3考虑摩擦时的平衡问题53
4.4工程应用实例55
4.5思考题与习题56
模块二材料力学在工程中的应用
第5章杆件的内力分析59
5.1内力的概念59
5.2轴向拉伸或压缩时的内力60
5.3杆件剪切变形时的内力62
5.4圆轴扭转时的内力63
5.5梁弯曲时的内力66
5.6思考题与习题72
第6章应力与变形分析76
6.1拉压杆横截面上的应力76
6.2轴向拉伸或压缩时的变形及胡克定律80
6.3材料在拉伸或压缩时的力学性能82
6.4轴向拉伸或压缩时的强度计算86
6.5剪切和挤压时的应力剪切胡克定律90
6.6圆轴扭转时的应力分布规律与强度条件95
6.7弯曲时梁横截面上的正应力和强度计算102
6.8弯曲变形的概念108
6.9提高梁的弯曲强度和刚度的措施112
6.10工程应用实例115
6.11思考题与习题116
第7章组合变形的强度计算121
7.1点的应力状态121
7.2强度理论121
7.3拉伸（压缩）与弯曲的组合变形123
7.4扭转与弯曲的组合变形125
7.5思考题与习题127
第8章压杆稳定130
8.1压杆稳定的概念130
8.2压杆稳定计算131
8.3提高压杆稳定性的措施136
8.4工程应用实例136
8.5思考题与习题138
第9章循环应力140
9.1循环应力与循环特性140
9.2疲劳失效和持久极限141
9.3影响构件疲劳极限的主要因素144
9.4提高构件疲劳强度的措施145
9.5工程应用实例146
9.6思考题与习题146
模块三常用机构
第10章常用机构概述148
10.1概述148
10.2运动副及分类151
10.3平面机构运动简图153
10.4平面机构的自由度155
10.5思考题与习题160
第11章平面连杆机构162
11.1概述162
11.2平面四杆机构的基本特性168
11.3平面四杆机构的设计172
11.4思考题与习题175
第12章凸轮机构178
12.1概述178
12.2凸轮机构中从动件常用运动规律180
12.3盘形凸轮轮廓曲线的设计183
12.4凸轮机构设计中的几个问题187
12.5思考题与习题190
第13章圆柱齿轮机构192
13.1概述192
13.2渐开线齿廓及其啮合原理194
13.3渐开线标准直齿圆柱齿轮的各部分名称、基本参数及尺寸196
13.4渐开线齿轮的啮合传动199
*13.5渐开线齿轮的轮齿加工200
*13.6变位齿轮203
13.7平行轴斜齿圆柱齿轮传动204
13.8直齿锥齿轮传动208
13.9齿轮传动分析210
13.10齿轮轮齿受力分析216
13.11齿轮传动强度计算218
13.12齿轮结构与齿轮传动润滑226
13.13思考题与习题228
第14章蜗杆传动机构230
14.1概述230
14.2蜗杆传动机构的基本参数和尺寸计算231
14.3蜗杆传动的失效形式和计算准则235
*14.4蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算237
*14.5蜗杆传动的设计240
14.6思考题与习题241
第15章轮系243
15.1概述243
15.2定轴轮系的传动比计算244
15.3行星轮系的传动比计算246
15.4混合轮系247
15.5轮系的应用249
*15.6其他新型轮系简介251
15.7思考题与习题253
第16章带传动257
16.1概述257
16.2V带传动的工作情况分析261
16.3V带传动的设计计算262
16.4V带传动的安装维护和张紧270
16.5思考题与习题272
*第17章链传动273
17.1概述273
17.2滚子链和链轮273
17.3链传动的运动特性276
17.4链传动的安装与维护277
17.5思考题与习题279
第18章其他常用机构280
18.1棘轮机构280
18.2槽轮机构283
18.3凸轮间歇机构285
18.4不完全齿轮机构286
18.5螺旋机构287
18.6思考题与习题290
模块四通用零部件的设计与选用
第19章连接291
19.1概述291
19.2键连接292
19.3螺纹连接294
19.4销连接简介299
19.5圆柱面过盈连接299
19.6思考题与习题300
第20章轴承301
20.1概述301
20.2非液体摩擦滑动轴承301
20.3滚动轴承306
20.4滚动轴承工作情况分析及计算310
20.5滚动轴承的合理选用319
20.6滚动轴承的组合设计320
20.7思考题与习题323第21章轴325
21.1概述325
21.2轴的结构设计328
21.3轴的强度计算332
21.4轴的设计334
21.5思考题与习题338
第22章其他常用零部件340
22.1联轴器340
22.2离合器345
*22.3弹簧347
22.4思考题与习题349
*第23章机械的平衡与调整350
23.1刚性回转件的静平衡350
23.2刚性回转件的动平衡351
23.3思考题与习题354
模块五创新设计
*第24章机械创新设计简介355
24.1概述355
24.2设问探求法355
24.3缺点列举及改进法356
24.4组合法357
附录型钢表360
参考文献367

修订说明一、修订原因2006年1月本教材初版问世，重印多次，受到读者欢迎。近几年来，教育部出台多个有关教学改革的文件，《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》（教高［2006］16号）文件指出：“高职教育中课程建设与改革是提高教学质量的核心，也是教学改革的重点和难点。高等职业院校要积极与行业企业合作开发课程，根据技术领域和职业岗位（群）的任职要求，参照相关的职业资格标准，改革课程体系和教学内容。建立突出职业能力培养的课程标准，规范课程教学的基本要求，提高课程教学质量。”高职教育定位的进一步明确，人才培养模式的变化等对课程及教材的要求，教材内容与社会需要及课程改革相关度的提高，使得高职教育需要大量与行业企业共同开发的，与生产实际相结合的，具有丰富的现代技术信息内涵，体现优质教学资源和网络信息资源利用的教材，因此有必要对已出版教材进行修订。 二、修订内容本次修订主要从体现工学结合、理实一体化方面做了较大的改进。教材分为五个模块：静力学在工程中的应用（第1～4章），材料力学在工程中的应用（第5～8章），常用机构（第9～18章），通用零部件的设计与选用（第19～23章），创新设计（第24章）。修订版教材较过去版本更注重大量引进工程案例，在平面连杆机构设计中体现了将传统的图解法设计与计算机辅助图解法结合的思路，体现了传统图解法的创新设计；凸轮机构设计中引入了参数设计的理念和思想，拓展了学生的视野；在力学知识的相关内容中增加了大量工程应用实例。修订版教材在突出知识的应用，体现现代技术等方面有较大突破性改进。 三、参与人员本教材的修订编写团队是长期在职业教育一线工作的教师，双师型教师比例达到90%，同时还聘请企业专家为主审。聘请的专家已有30年企业工作的经验，为教材提供了大量生产实际的案例。 在此，谨对参与本教材编写的原作者、修订人员及主审人员所付出的努力表示衷心感谢。 编者前言前言“机械设计基础”是打破传统的理论力学、材料力学、机械原理和机械零件课程的界限，将工程力学和常用机构及通用机械融合而成的一门应用型的基础课程。该课程是高等职业院校机械类和近机械类专业中培养学生常用机械和通用零件的认知能力、应用能力及创新能力的一门主干技术基础课，具有理论性和实践性很强的特点，是学习专业课程以及从事机械类和近机械类技术工作必备的基础。 本教材分为五大模块：静力学在工程中的应用，材料力学在工程中的应用，常用机构，通用零部件的设计与选用，创新设计。修订版教材较过去版本更注重大量引进工程案例，加强了教材内容与工程实际结合的紧密度，同时在传统设计方法上引入了新的创新设计思路。 模块一静力学在工程中的应用，主要介绍在工程实际中的常用机构和机械中的有关力学方面的必要知识，力学模型的概念，力学模型的受力分析方法，力、力矩、力偶的概念及其基本性质，平面一般力系平衡问题的解法。特别注意将经典的力学原理与工程实际中的应用结合起来，加强对力学基本概念的感性认识。 模块二材料力学在工程中的应用，主要介绍各种材料应力应变图的分析，脆性材料和低碳钢、圆轴扭转试验比较，四种基本变形的内力和应力分析、强度计算，轴的弯扭组合变形分析及强度计算。 模块三常用机构，主要介绍 机构的类型、工作原理、运动特点、运动参数及几何尺寸计算等内容， 传统的设计方法及如何将传统设计方法用现代设计手段实现的理念和方法。常用机构指连杆机构、凸轮机构、齿轮传动机构、蜗杆传动机构、带传动机构、间歇运动机构及其他常用机构等。这些机构是传动系统和执行系统的基本组成单元，用于实现运动和动力的传递及运动形式的改变。 模块四通用零部件的设计与选用，主要介绍工程中用于连接和支承的常用零部件的类型、特点、工作原理，包括：通用零部件的受力分析、失效分析、工作能力分析，建立工程零部件的设计准则， 通用零部件的结构设计、材料选择、润滑、组合设计以及标准零部件的选用等。 模块五创新设计，主要介绍常用的创新技法，结合前面所讲过的大量机械结构的创新过程及案例分析使学生了解什么是创新设计，知道怎样进行机械创新设计，拓展设计思路，提高创新意识，旨在通过学生熟悉的实例认识到人人都可以创新，点燃同学们头脑中潜在的创新意识的火花。 本教材的参考学时数为120～140学时。 参加本教材第1版编写的有：李海萍（第11、13、24章），章志芳（第6、20章），姚志平（第17、21、22、23章），罗怀晓（第1、2、3、8、9章），朱风芹（第10、12、15章），史建华（第14、16、18、19章）， 庄亚红（第4、5、7章）。 参加本教材修订编写的有：李海萍（第10、11、12、13、15、24章），姚志平（第17、22、23章），樊爱珍（第1、2、3、8、9章），史建华（第14、16、18、19章），张沈宏（第6章）、张长英（第4、5、7章）、龚晓群（第20、21章）。本教材由李海萍任主编，章志芳、姚志平任副主编，严汉桥任主审。 本教材中带*号的章节可作为选修内容，根据学时及要求的不同进行增删。由于编者水平有限，疏漏及不当之处，敬请读者批评指正。 编者