是机械工程创新人才培养系列教材、高等院校现代机械设计系列教材，根据教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会制定的《高等学校机械设计基础课程教学基本要求》，结合课程教学改革的实际需要，由南京林业大学机械设计基础教研室组织编写。 本书除绪论外，共有17章，其中，第1～6章讲述了常用机构的基本知识；第7～16章讲述了常用连接，机械传动零件及轴系零部件的结构设计与计算方法；第17章简单介绍了机器动力学基本知识。 本书附有数字资源，包括教学课件、部分典型机构的视频和动画等，可供教学和自学使用。 本书可作为高等工科院校“机械设计基础”课程的教材，也可作为其他有关专业的师生和工程技术人员的参考书。

高等院校教师

前言
绪论1
0.1机械设计的研究对象1
0.2认识机械1
0.3机械设计的一般过程3
0.4机械设计标准及规范3
0.5本课程的主要内容4
0.6本课程在培养方案中的地位5
思考题与习题6
第1章平面机构的结构及运动学分析7
1.1平面机构的组成分析8
1.1.1机构的自由度8
1.1.2运动类型8
1.1.3机构的组成9
1.2机构运动简图11
1.2.1运动副的表示11
1.2.2构件的表示12
1.2.3机构运动简图的绘制13
1.3机构的自由度计算14
1.3.1约束15
1.3.2平面机构自由度的计算15
1.3.3机构具有确定运动的条件16
1.3.4自由度计算中的特殊情况17
1.4★平面机构的运动分析19
1.4.1图解法——用速度瞬心法对机构进行速度分析20
1.4.2※解析法——对机构进行位置、速度和加速度分析22
1.5★运动线图24
思考题与习题25
第2章平面连杆机构及其设计28
2.1平面四杆机构的类型及应用29
2.1.1平面四杆机构的基本类型29
2.1.2★铰链四杆机构的演化方式31
2.1.3铰链四杆机构的应用实例33
2.2★平面四杆机构的基本特性36
2.2.1铰链四杆机构的急回特性和行程速度变化系数36
2.2.2铰链四杆机构的传动角和死点37
2.3★平面四杆机构的设计39
2.3.1平面四杆机构设计的基本问题39
2.3.2用图解法设计平面四杆机构39
2.3.3※用解析法设计平面四杆机构43
2.4※空间连杆机构简介45
2.4.1串联机器人机构45
2.4.2外科手术机械手45
2.4.3Stewart平台46
思考题与习题47
第3章凸轮机构及其设计49
3.1凸轮机构的应用和类型50
3.1.1按凸轮的形状分类50
3.1.2按从动件的形式分类51
3.2凸轮的运动和从动件运动规律51
3.2.1凸轮轮廓曲线的绘制51
3.2.2从动件常用运动规律52
3.3图解法设计凸轮轮廓56
3.3.1直动从动件盘形凸轮轮廓的绘制57
3.3.2摆动从动件盘形凸轮轮廓的绘制59
3.4※解析法设计凸轮轮廓60
3.5★凸轮机构基本尺寸的确定61
3.5.1凸轮机构的自锁和压力角62
3.5.2按许用压力角确定凸轮回转中心位置和基圆半径62
3.5.3滚子半径的选择63
3.5.4凸轮工作示例图63
思考题与习题65
第4章齿轮机构及其设计67
4.1齿轮机构的特点和类型68
4.2齿轮的齿廓曲线69
4.3渐开线齿廓曲线70
4.3.1渐开线的形成及其性质70
4.3.2渐开线齿廓满足啮合基本定律的证明71
4.4渐开线直齿轮各部分的名称和基本尺寸的计算71
4.4.1标准直齿轮各部分的名称和符号71
4.4.2渐开线齿轮的基本参数72
4.4.3标准直齿轮几何尺寸的计算73
4.4.4齿条的几何尺寸74
4.5渐开线直齿轮的啮合传动74
4.5.1啮合过程分析74
4.5.2正确啮合条件75
4.5.3标准安装及可分性76
4.5.4连续传动条件76
4.6渐开线齿廓的切制原理和根切现象77
4.6.1渐开线齿廓的切制原理77
4.6.2渐开线齿廓的根切现象79
4.6.3★变位齿轮79
4.6.4★最小变位系数80
4.7平行轴斜齿轮机构81
4.7.1斜齿轮的基本参数和几何尺寸的计算81
4.7.2斜齿轮的当量齿数82
4.7.3一对斜齿轮的啮合83
4.7.4斜齿轮的主要特点83
4.8直齿锥齿轮机构84
4.8.1直齿锥齿轮背锥和当量齿数84
4.8.2直齿锥齿轮传动几何参数和尺寸计算85
思考题与习题86
第5章齿轮系及其设计88
5.1齿轮系的类型89
5.1.1齿轮系的分类89
5.1.2齿轮系传动比的定义89
5.2定轴轮系及其传动比90
5.2.1传动比数值的计算90
5.2.2输入、输出轴转向关系的确定90
5.3★周转轮系及其传动比91
5.3.1周转轮系的组成91
5.3.2传动比数值的计算92
5.4★复合轮系及其传动比94
5.5齿轮系的功用95
5.6※其他新型行星齿轮传动简介96
5.6.1渐开线少齿差行星齿轮传动96
5.6.2摆线针轮传动97
5.6.3谐波齿轮传动98
思考题与习题99
第6章其他常用机构101
6.1棘轮机构102
6.1.1棘轮机构的工作原理102
6.1.2棘轮机构的类型及应用102
6.1.3棘轮机构的设计要点103
6.1.4棘轮机构的应用104
6.2槽轮机构105
6.2.1槽轮机构的工作原理105
6.2.2槽轮机构的种类105
6.2.3槽轮机构的运动系数105
6.2.4槽轮机构的特点及应用106
6.3不完全齿轮机构106
6.3.1不完全齿轮机构的工作原理106
6.3.2不完全齿轮机构的特点和应用107
6.4凸轮间歇运动机构107
6.4.1凸轮间歇运动机构的工作原理107
6.4.2凸轮间歇运动机构的特点与应用108
6.5组合机构108
6.5.1串联式组合机构108
6.5.2并联式组合机构109
6.5.3复合式组合机构109
6.5.4反馈式组合机构110
6.5.5叠联式组合机构110
思考题与习题111
第7章机械设计的基础知识112
7.1机械系统的组成及基本设计参数113
7.1.1机械系统的组成113
7.1.2机械零件的分类113
7.1.3机械传动的主要性能参数114
7.1.4常用机械传动的主要性能115
7.2机械零件的设计计算116
7.2.1机械零件的主要设计流程116
7.2.2机械零件的工作能力及设计计算准则117
7.3常用的机械材料及选用原则122
7.3.1金属材料122
7.3.2非金属材料123
7.3.3复合材料123
7.3.4机械材料选用原则123
7.4机械零件的结构工艺性125
思考题与习题127
第8章齿轮传动128
8.1齿轮传动的失效形式及设计准则129
8.1.1失效形式129
8.1.2设计准则131
8.2齿轮材料与精度的选择131
8.2.1齿轮材料的基本要求131
8.2.2齿轮常用材料及热处理131
8.2.3齿轮精度的选择133
8.3直齿轮传动的计算载荷及强度计算134
8.3.1齿轮传动的计算载荷134
8.3.2直齿轮轮齿的作用力分析134
8.3.3齿根弯曲疲劳强度计算135
8.3.4齿面接触疲劳强度计算137
8.4斜齿轮传动的强度计算140
8.4.1轮齿的受力分析140
8.4.2斜齿轮强度计算141
8.5直齿锥齿轮传动的强度计算144
8.5.1轮齿的受力分析144
8.5.2直齿锥齿轮强度计算144
8.6齿轮的结构与润滑145
8.6.1圆柱齿轮的结构145
8.6.2齿轮传动的润滑146
8.6.3齿轮轴和齿轮工作图示例149
思考题与习题149
第9章蜗杆传动153
9.1蜗杆传动的特点及类型154
9.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及基本尺寸155
9.2.1普通圆柱蜗杆传动的主要参数155
9.2.2普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算157
9.3普通圆柱蜗杆传动的强度计算158
9.3.1蜗杆传动的失效形式、设计准则及常用材料158
9.3.2蜗杆传动的受力分析159
9.3.3蜗杆传动的强度计算160
9.4普通圆柱蜗杆传动的效率、润滑及热平衡计算162
9.4.1蜗杆传动的效率162
9.4.2蜗杆传动的润滑164
9.4.3蜗杆传动的热平衡计算164
9.5圆柱蜗杆和蜗轮的结构设计165
思考题与习题167
第10章带传动169
10.1带传动的类型、特点及几何关系170
10.1.1摩擦型带传动170
10.1.2啮合型带传动171
10.1.3开口带传动的几何关系171
10.2带传动的受力分析172
10.3带的应力分析174
10.4带传动的弹性滑动和打滑现象175
10.5V带和V带轮176
10.5.1V带的规格176
10.5.2V带轮的材料和结构178
10.6V带传动的设计计算180
10.6.1失效形式与设计准则180
10.6.2单根V带的许用功率180
10.6.3带的型号和根数的确定183
10.6.4主要参数的选择184
10.7带传动的张紧、安装与维护186
10.7.1带传动的张紧186
10.7.2带传动的安装与维护187
思考题与习题189
第11章链传动190
11.1链传动的类型及特点191
11.2滚子链和链轮191
11.2.1滚子链的结构和规格191
11.2.2滚子链链轮193
11.3链传动的运动特性分析196
11.3.1平均链速和平均传动比196
11.3.2★瞬时链速和瞬时传动比196
11.3.3链传动的受力分析197
11.4滚子链传动的设计计算198
11.4.1失效形式198
11.4.2设计准则198
11.4.3设计步骤和方法199
11.5链传动的布置、张紧、润滑和防护202
11.5.1链传动的布置202
11.5.2链传动的张紧202
11.5.3链传动的润滑203
11.5.4链传动的防护203
思考题与习题204
第12章连接及连接件206
12.1螺纹连接的基本知识207
12.1.1螺纹的形成207
12.1.2螺纹各部分的名称208
12.1.3常见螺纹的类型208
12.2★螺纹副的受力分析、效率和自锁210
12.2.1螺旋副的受力分析210
12.2.2螺旋副的效率和自锁212
12.3螺纹连接件212
12.3.1螺纹连接的基本类型212
12.3.2标准螺纹连接件214
12.3.3螺纹连接的预紧215
12.4螺栓连接的设计计算218
12.4.1松螺栓连接强度计算219
12.4.2紧螺栓连接强度计算220
12.4.3螺栓连接件的材料和许用应力224
12.4.4提高螺栓连接强度的措施224
12.5★螺栓组连接的结构设计226
12.6键连接和花键连接229
12.6.1键的类型229
12.6.2键的选择和平键连接强度计算231
12.6.3★花键连接233
12.7销连接234
思考题与习题235
第13章滑动轴承237
13.1摩擦状态237
13.2滑动轴承的结构形式238
13.2.1径向滑动轴承238
13.2.2止推滑动轴承239
13.3轴瓦的结构及材料240
13.3.1轴瓦的结构240
13.3.2轴瓦和轴承衬背的材料241
13.4润滑剂和润滑装置243
13.5非流体摩擦滑动轴承的计算244
13.5.1径向滑动轴承244
13.5.2止推滑动轴承245
13.6★流体摩擦滑动轴承简介245
13.6.1动压润滑的形成原理245
13.6.2流体动压轴承246
13.6.3流体静压轴承247
思考题与习题247
第14章滚动轴承248
14.1滚动轴承的概述248
14.1.1滚动轴承的结构及材料248
14.1.2滚动轴承的结构特性249
14.1.3滚动轴承的类型250
14.1.4滚动轴承的代号252
14.1.5轴承类型的选择254
14.2滚动轴承的失效形式及选型计算255
14.2.1失效形式255
14.2.2计算准则256
14.2.3滚动轴承的疲劳寿命计算256
14.2.4滚动轴承的静载荷计算260
14.3滚动轴承的组合设计261
14.3.1滚动轴承支承部分的刚性和同轴度261
14.3.2轴承的轴向定位和固定262
14.3.3轴承组合的调整264
14.4滚动轴承的配合与装拆266
14.5滚动轴承的润滑和密封266
14.5.1滚动轴承的润滑266
14.5.2滚动轴承的密封267
思考题与习题268
第15章联轴器、离合器和制动器270
15.1概述270
15.2联轴器271
15.2.1刚性联轴器271
15.2.2无弹性元件的挠性联轴器272
15.2.3有弹性元件的挠性联轴器274
15.3离合器275
15.3.1牙嵌离合器275
15.3.2摩擦离合器276
15.3.3自动离合器277
15.4★制动器280
15.4.1带式制动器280
15.4.2块式制动器281
15.4.3内胀蹄式制动器281
15.4.4盘式制动器282
思考题与习题282
第16章轴系的结构设计及强度计算283
16.1轴的分类和材料284
16.1.1轴的分类284
16.1.2轴的材料285
16.2轴系的结构设计286
16.2.1设计要求287
16.2.2拟订轴上零件的装配方案287
16.2.3制造安装要求288
16.2.4轴上零件的定位和固定288
16.2.5改善轴的受力状况、减小应力集中290
16.2.6轴的各段直径和长度的确定291
16.3轴的强度计算292
16.3.1按扭转强度初估轴径292
16.3.2按当量弯矩进行强度计算293
16.4★轴的刚度计算294
16.4.1弯曲变形的计算295
16.4.2扭转变形的计算295
16.5★轴的临界转速的概念295
16.6轴的工作图示例296
思考题与习题298
第17章机械的平衡与调速299
17.1刚性转子的平衡300
17.1.1转子的静平衡300
17.1.2转子的动平衡303
17.2机械的速度波动及其调节307
17.2.1周期性速度波动的调节307
17.2.2非周期性速度波动的调节310
思考题与习题311
附录A常见轴承基本参数313
附录B常见二级减速器装配图321
参考文献324