《机械设计》根据教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会制订的“机械设计课程教学基本要求”编写而成,以培养学生的综合设计能力为主线,突出设计性?实践性和综合性?
　　《机械设计》共15章?绪论介绍了机械的组成和机械设计的一般步骤以及《机械设计》研究的内容?性质和任务;第1章介绍了机械设计共用的基础知识;第2~12章分别介绍了连接件?传动件?轴系零(部)件及弹簧的工作原理?特点?设计计算方法及标准件的选用原则等;第13章从整体的角度介绍了机械系统设计时应考虑的问题及设计原则;第14章简要介绍了可靠性设计?优化设计?计算机辅助设计和摩擦学设计等现代设计方法,以拓宽设计思路?


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目录
前言
第0章 绪论 1
0.1 机械的组成 1
0.2 机械设计的一般程序 2
0.3 机器应满足的基本要求 2
0.4 本课程的研究对象、主要内容、性质和任务 3
0.5 本课程的特点和学习方法 4
第1章 机械零件设计的基础知识 5
1.1 机械零件设计的一般步骤 5
1.2 机械零件的主要失效形式及计算准则 5
1.3 载荷及应力的分类 8
1.4 静应力时机械零件的强度计算 9
1.5 变应力时机械零件的强度计算 11
1.6 机械零件的材料及选用原则 24
1.7 机械零件的工艺性和设计的标准化 24
第2章 螺纹连接 30
2.1 概述 30
2.2 螺纹 30
2.3 螺纹连接的类型和标准连接件 33
2.4 螺纹连接的预紧和防松 37
2.5 螺栓组连接的结构设计及受力分析 41
2.6 单个螺栓的强度计算 46
2.7 提高螺栓连接强度的措施 54
第3章 轴毂连接 60
3.1 键连接 60
3.2 花键连接 63
3.3 销连接 66
3.4 过盈配合连接 67
3.5 型面连接和胀紧连接 73
第4章 挠性件传动 75
4.1 带传动概述 75
4.2 带传动的工作情况分析 78
4.3 带传动的设计准则和单根V带能传递的功率 84
4.4 V带传动设计 86
4.5 其他带传动简介 91
4.6 链传动的特点、类型及应用 94
4.7 滚子链与链轮 95
4.8 链传动的运动特性 99
4.9 链传动的失效形式及功率曲线图 101
4.10 滚子链传动的设计计算 103
4.11 链传动的布置、张紧与润滑 107
第5章 齿轮传动 110
5.1 齿轮传动的失效形式和计算准则 110
5.2 齿轮材料 113
5.3 齿轮传动的载荷计算 115
5.4 标准直齿圆柱齿轮传动的强度计算 119
5.5 齿轮精度、设计参数选择及许用应力 125
5.6 标准斜齿圆柱齿轮传动的强度计算 135
5.7 标准直齿锥齿轮传动的强度计算 140
5.8 变位齿轮传动的强度计算 143
5.9 齿轮传动的润滑 143
第6章 蜗杆传动 146
6.1 蜗杆传动的类型、特点及应用 146
6.2 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸计算 150
6.3 蜗杆传动的失效形式、计算准则及常用材料 155
6.4 圆柱蜗杆传动的受力分析和计算载荷 156
6.5 圆柱蜗杆传动的承载能力计算 157
6.6 蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算 161
第7章 其他传动 167
7.1 螺旋传动 167
7.2 圆弧齿轮传动 171
7.3 摩擦轮传动与无级变速器 179
7.4 摆线针轮行星传动 185
第8章 轴 192
8.1 概述 192
8.2 轴的材料 193
8.3 轴的结构设计 195
8.4 轴的强度计算 200
8.5 轴的刚度计算 203
8.6 轴的共振和临界转速的概念 204
第9章 滚动轴承 205
9.1 概述 205
9.2 常用滚动轴承类型、代号及选择 206
9.3 滚动轴承内部载荷分布及失效分析 212
9.4 滚动轴承寿命计算 213
9.5 滚动轴承的静强度计算 221
9.6 滚动轴承的组合设计 222
第10章 滑动轴承 230
10.1 概述 230
10.2 润滑油的黏度 230
10.3 流体动压润滑的基本理论 232
10.4 单油楔向心动压轴承设计计算 236
10.5 滑动轴承设计参数选择 245
10.6 液体动压推力轴承的设计计算 247
10.7 非液体摩擦轴承的计算 251
10.8 滑动轴承的结构类型 252
10.9 轴承材料与轴瓦结构 255
10.10 滑动轴承的润滑 260
第11章 联轴器、离合器和制动器 266
11.1 概述 266
11.2 联轴器 266
11.3 操纵式离合器 274
11.4 自动离合器 278
11.5 制动器 279
第12章 弹簧 282
12.1 概述 282
12.2 弹簧的材料、许用应力和制造 285
12.3 圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的结构和尺寸 288
12.4 圆柱形压缩（拉伸）螺旋弹簧的设计计算 291
第13章 机械系统设计 298
13.1 概述 298
13.2 传动子系统的方案设计及评价 299
13.3 机械系统的匹配性设计 301
13.4 机械系统的总体布置原则 305
第14章 机械设计现代方法简介 306
14.1 机械可靠性设计 306
14.2 优化设计 310
14.3 计算机辅助设计 313
14.4 摩擦学设计 321
参考文献 337

第0章绪论
　　内容提要:主要介绍本课程的研究对象、主要内容、性质和任务，介绍课程的特点和学习方法、机械设计的程序和要求、本章学习的重点是了解本课程的性质、特点和学习方法、机械是人类进行生产的主要劳动工具、它可以代替或减轻人的体力劳动，改善劳动条件，提高生产率和产品质量、此外，只有使用机械才能进行大批量生产，并对生产进行严格的分工与科学化管理;也只有使用机械，才便于实现产品的标准化、系列化和通用化，尤其是便于实现高度的机械化、电气化和自动化、因此，机械工业在为国民经济各部门提供技术装备和促进技术改造中起到了重要的作用，它是国民经济中的一个重要部分、机械工业的发展促进了国民经济的发展，推动了我国的社会主义现代化建设、可以说，机械工业的发展水平反映了一个国家和地区的社会生产力发展水平、
　　0.1机械的组成
　　在生产和生活中，人们使用着各种各样的机械，如汽车、机床、起重机、运输机、洗衣机等、尽管这些机械的构造、用途和性能千差万别，但一般都是由原动机、传动装置、工作机和控制装置四部分组成的、例如，图0-1所示的带式运输机就是由这四部分组成的机械、
　　图0-1带式运输机
　　原动机是机械设备工作的动力来源，大部分原动机是电动机、内燃机、燃气轮机和柴油机等，而电动机是最为常用的一种原动机、工作机是直接完成预期功能的执行装置，如带式运输机中的卷筒和运输带，机床中的加工刀具等、传动装置则是将原动机的运动和动力传递给工作机的装置，主要作用是协调原动机和工作机在运动形式、转矩和转速方面的不同，使之达到匹配的作用、传动装置大多是机械传动，有些场合使用的是液压传动、气压传动和电力传动，本教材仅介绍常用的机械传动装置、控制系统是根据机械系统的不同工况对原动机、传动装置和工作机实施控制的装置、
　　从制造和装配方面来分析，任何机械都是由许多机械零部件组成的、机械零件是机械制造过程中单独加工的单元体，而机械部件则是机械制造过程中为完成同一目的而由若干协同工作的零件组合在一起的组合体、凡在各类机械中经常被用到的零部件称为通用零部件，如螺栓、齿轮、轴、轴承、联轴器以及减速器等;而只有在特定类型的机械中才能用到的零部件称为专用零部件，如涡轮机上的叶片、内燃机中的曲轴、洗衣机中的波轮等、
　　0.2机械设计的一般程序
　　一部新机械从着手设计到制造出来，大致要经过以下六个阶段:
　　(1)制订设计工作计划、根据社会、市场的需求确定所设计机械的功能范围和性能指标;根据现有的技术、资料及研究成果研究其实现的可能性，明确设计中要解决的关键问题;拟订设计工作计划和任务书、
　　(2)方案设计、按设计任务书的要求，了解、分析同类机械的设计、生产和使用情况以及制造厂的生产技术水平;拟订机械系统的组成、总体布置;确定有关的机构和传动方式、
　　这一阶段往往需要制订多种方案进行比较，进行技术经济评价及可行性评价，从中选出最优方案、
　　(3)技术设计、对已选定的设计方案进行运动学和动力学分析;确定机构和零件的功能参数，必要时进行模拟试验、现场测试;修改参数，计算零件的工作能力，进而确定机械的主要结构尺寸，绘制设计总图、
　　(4)施工设计、根据技术设计的结果，考虑零件的工作能力和结构工艺性，确定零件的形状和结构尺寸以及配合件间的公差;完成零部件及整机的全部工作图;编写有关技术文件、
　　(5)试制、试验、鉴定、所设计的机械能否实现预期的功能、满足所提出的要求，其可靠性、经济性如何等，都须通过样机的试验来加以验证、再经过鉴定，进行科学的评价以确定是否可以投产或进行必要的改进设计、
　　(6)定型产品设计、经过试验和鉴定，对设计进行必要的修改后，可进行小批量的试生产、经过实际条件下的使用，将取得的数据和使用意见反馈回来，再进一步修改设计，即定型产品设计，然后正式投产、
　　实际上整个机械设计的各个阶段是互相联系的，在某个阶段发现问题后，必须返回到前面的有关阶段进行设计的修改、整个机械设计过程是一个不断修改、不断完善以至逐渐接近最佳结果的过程、
　　0.3机器应满足的基本要求
　　机器应满足的要求有以下几个方面:
　　(1)具有预定功能的要求、所设计制造的机器必须实现预定的解决生产或生活问题的功能，这是机器设计的最基本出发点、为使所设计的机器具有预定功能，合理选择机器的工作原理是最重要的、显然，预定实现的功能不同，设计的要求也不同、
　　(2)经济性要求、机器的经济性是一个综合指标，在产品的设计、制造、使用、销售、维修、管理等各个环节均有所体现、总之，经济性要求就是在满足功能要求的前提下使机器的总费用最低、
　　(3)安全性要求、在机器的设计阶段就必须对机器的使用安全予以足够的重视、简单地讲，安全就是指使用机器的人的安全及机器工作时本身的安全、因此，要采取各种各样的防护措施，如防护罩、过载保护装置、连锁闭合装置等、
　　(4)可靠性要求、简单地讲，可靠性就是机器在使用中性能的稳定性，是机器的一个重要质量指标、可靠性水平高，说明机器在使用过程中发生故障的概率小，能正常工作的时间长、
　　(5)操作使用方便的要求、机器的工作和人的操作密切相关、在设计机器时必须注意操作要轻便省力、操作机构要适应人的生理条件、机器的噪声要小、有害介质的泄漏要少等、
　　此外，对有些机器还有一些特殊要求，如食品机械要防止污染、建筑机械要便于拆装和搬运、交通运输机械要重量轻等、设计机器时，在满足基本要求的前提下还要满足这些特殊要求，以提高机器的使用性能和保证机器的工作质量、
　　0.4本课程的研究对象、主要内容、性质和任务
　　0.4.1本课程研究的对象及主要内容
　　机械设计的任务是根据使用要求，应用各种有关的先进科学理论和技术成果，创造一个在技术上尽可能先进、经济上合理、外形上美观大方的具体机械、然而，本课程不可能涵盖机械设计的所有内容，也不是讲某种机械的设计，而是介绍机械设计中的基本共性问题、由于机械零件是组成机械的基本单元，而通用机械零件又是在各种机械中都能经常遇到的，因此，本课程将重点研究在一般工作条件下，通用机械零件的设计理论及设计方法、同时，也介绍这些零件的类型、特点、工作原理、失效形式、应用范围等方面的知识、具体内容包括:
　　(1)机械设计的基础知识、从机械的整体出发，阐述机械设计共性内容，介绍有关的基础理论、
　　(2)连接零件设计、介绍螺纹连接、轴毂连接的设计、
　　(3)传动零件设计、介绍带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、螺旋传动、摩擦传动、摆线针轮行星传动的设计、
　　(4)轴系零部件设计、介绍轴、滚动轴承、滑动轴承和联轴器、离合器以及制动器的设计、
　　(5)其他零部件设计、主要介绍弹簧的设计、
　　(6)系统设计、主要介绍系统的方案设计及创新设计的方法、
　　(7)机械设计新方法、简单介绍现代设计方法，包括可靠性设计、优化设计、计算机辅助设计(CAD)和摩擦学设计、
　　0.4.2本课程的性质和任务
　　本课程是一门论述机械设计理论，研究机械设计方法的课程、它是学习机械工程学、从事机械工程设计的基础、在教学计划安排上，它起到由基础理论课向工程专业课过渡的承上启下的作用、它是综合运用先修课程的知识来解决机械工程中设计问题的技术基础课、
　　本课程的主要任务有:
　　(1)培养学生树立正确的设计思想，了解国家当前的技术经济政策、
　　(2)使学生掌握设计机械所必需的基本知识、基本理论和基本技能，具有设计机械传动装置和一般工作机的能力、同时，培养学生具有一定的创新意识和创新能力、
　　(3)培养学生具有正确运用标准、规范、手册及其他有关技术资料的能力、
　　(4)使学生掌握典型零件的试验方法，获得试验技能的基本训练、
　　(5)使学生了解机械设计的新发展、
　　0.5本课程的特点和学习方法
　　由于本课程是一门综合性和实践性都很强的设计基础课，因此，在学习本课程时必须掌握本课程的特点，在学习方法上应尽快完成由单科向综合、由抽象向具体、由理论到实践的思维方式的转变、在学习本课程时应注意以下几点:
　　(1)理论联系实际、本课程研究的对象是各种机械中的零部件，只有从整机分析入手，才能设计出满足实际要求的机械零部件，才能设计出性能优良的机械、因此，无论是学习课程还是进行机械设计都必须了解机械的工作条件和要求，从方案选择到参数选择和结构设计都要联系实际、
　　(2)抓住设计这条主线，掌握设计规律、本课程的内容看似杂乱无章，但在设计时却都要遵循相同的设计规律，这一规律表现在设计机械零部件时所考虑的问题及设计程序一般都是相同的，即类型选择-工作原理-失效形式-设计准则-计算方法-结构设计只要抓住设计这条主线，就能把本课程的各章内容贯穿起来、因此，学习本课程时一定要抓住设计这条主线，熟练掌握设计机械零部件的一般规律、
　　(3)培养解决工程实际问题的能力、进行多因素的分析、设计参数多方案的选择、经验公式或经验数据的选用及结构设计，在解决工程实际问题中是经常遇到的问题，也是学生在学习本课程中的难点、因此，在学习本课程时一定要尽快适应这种情况，按解决实际问题的思维方法，努力培养自己的机械设计能力，特别是要学会不断修改、逐步完善的设计方法、
　　此外，机械零部件的设计往往受多种因素的制约，应选出一个主要制约条件确定计算准则，据此确定零件的尺寸后，再进行其他制约条件的校核，使零件尺寸满足所有制约条件、还有一点必须注意，就是机械零件的尺寸并不是完全都由计算得来的，而是在计算得到主要尺寸后，通过结构设计确定其余的所有尺寸、因此，结构设计能力的培养也是非常重要的一个方面、
　　(4)综合运用先修课程的知识、本课程介绍的各种机械零部件的设计，从分析研究到设计计算，直到完成零部件工作图，都要用到多门先修课程的知识，因此，对有关先修课程要牢牢掌握，做到融会贯通、综合应用、
　　第1章机械零件设计的基础知识
　　内容提要:强度准则是机械零件设计的基本准则、本章主要介绍机械零件的主要失效形式、计算准则，机械零件设计的一般步骤，机械零件的材料及选用原则;机械零件承受静应力、对称循环应力、非对称循环应力、规律性非稳定应力和双向变应力下的疲劳强度计算、
　　重点为机械零件在静应力、对称循环应力、非对称循环应力及规律性非稳定应力下的疲劳强度计算、
　　1.1机械零件设计的一般步骤
　　为了满足机器的各项要求，必须以组成机器的机械零件的正确设计和制造为前提、零件设计的好坏，将对机器使用性能的优劣起着决定性的作用、
　　由于零件种类不同，其具体的设计步骤也不一样，但一般可按下列步骤进行:
　　(1)类型选择、根据使用条件、载荷性质及尺寸大小选择零件的类型、为此，必须对各种常用机械零件的类型、特点及适用范围有明确的了解、
　　(2)受力分析、通过受力分析求出作用在零件上的载荷，以便进行设计计算、
　　(3)选择材料、根据零件工作条件及受力情况，选择合适的材料，并确定计算中的许用应力等、
　　(4)确定计算准则、根据失效分析，确定出零件的设计计算准则、
　　(5)理论设计计算、由设计准则所得到的设计计算公式，确定出零件的主要几何尺寸和参数、
　　(6)结构设计、根据功能要求、加工及装配工艺性要求、强度要求等进行零件的结构设计，确定出其结构尺寸、
　　(7)精确校核、零件全部设计完成后，对有些重要的零件应进行详细的校核计算，以判定结构的合理性、
　　(8)绘制零件工作图、理论设计和结构设计最终都要通过零件工作图体现出来、在工作图上除了标注详细的零件尺寸外，还需要对零件的配合尺寸等标注尺寸公差及必要的形位公差，标注表面粗糙度及技术条件等、
　　(9)编写设计计算说明书、将设计计算的资料整理成简练的设计计算说明书，作为技术文件之一备查、
　　1.2机械零件的主要失效形式及计算准则
　　1.2.1机械零件的主要失效形式
　　机械零件在规定的时间区间内，在规定的条件下，不能完成规定的功能称为失效、常见
　　的失效形式主要有以下几种、
　　1.整体断裂
　　零件在载荷作用下，危险截面上应力大于材料的极限应力而引起的断裂称为整体断裂，如螺栓破断、齿轮断齿、断轴等、整体断裂分为静强度断裂和疲劳断裂、静强度断裂是由于静应力过大产生的;疲劳断裂是由于变应力的反复作用产生的、机械零件整体断裂失效的80%属于疲劳断裂、
　　2.表面破坏
　　表面破坏是发生在机械零件工作表面上的一种失效……
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