机械设计基础（第4版）

本书以“突出技能，重在实用，淡化理论，够用为度”为指导思想，结合本课程的具体情况和教学实践、工程实践，把“理论力学”“材料力学”“机械原理”“机械零件”四门课程有机地融合在一起。主要内容包括：物体的受力及其分析；各种常用机构的工作原理、特点和应用；材料力学的基本知识；通用零、部件的工作原理、特点以及设计方法。本书共17 章，每章后均有习题。本书可作为高职高专院校机械制造类，尤其是数控技术专业、机电一体化专业的教学用书，也可作为成人高校教学用书以及工程技术人员参考用书。

邵刚，合肥通用职业技术学院教授，“数控技术”专业安徽省学科带头人，安徽省“教学名师”，安徽省优秀教师。长期从事机械、数控技术等专业的教学和管理工作。

第1章 物体的受力及其力学分析 （1）
1.1 力的基本概念 （1）
1.1.1 力的概念 （1）
1.1.2 静力学的基本公理 （1）
1.2 工程中常见的约束 （3）
1.2.1 约束与约束反力 （3）
1.2.2 物体的受力分析 （6）
1.3 平面汇交力系 （6）
1.3.1 平面汇交力系的合成 （6）
1.3.2 平面汇交力系平衡方程及其应用 （8）
1.4 力矩和力偶 （9）
1.4.1 力矩 （9）
1.4.2 力偶 （9）
1.4.3 平面力偶系的合成及平衡 （10）
1.4.4 力的平移定理 （11）
1.5 平面一般力系 （11）
1.5.1 平面一般力系的简化 （12）
1.5.2 平面一般力系的平衡方程及其应用 （12）
1.6 摩擦 （14）
1.6.1 滑动摩擦 （14）
1.6.2 摩擦角与自锁现象 （15）
1.6.3 考虑摩擦时构件的平衡问题 （16）
1.7 空间力系 （17）
1.7.1 力在空间直角坐标系的投影 （17）
1.7.2 力对轴之矩 （18）
1.7.3 合力矩定理 （18）
1.7.4 空间力系的平衡方程 （19）
习题1 （21）
第2章 构件的强度和刚度 （24）
2.1 轴向拉伸与压缩 （24）
2.1.1 轴向拉伸与压缩实例 （24）
2.1.2 截面法、轴力与轴力图 （25）
2.1.3 拉（压）杆横截面上的应力 （26）
2.1.4 拉伸与压缩变形 （27）
2.1.5 材料拉伸与压缩时的力学性能及强度计算 （29）
2.2 剪切与挤压 （32）
2.2.1 工程实例 （32）
2.2.2 实用计算 （33）
2.3 圆轴扭转 （35）
2.3.1 工程实例 （35）
2.3.2 扭矩与扭矩图 （35）
2.3.3 圆轴扭转时横截面上的应力及强度计算 （37）
2.4 直梁的平面弯曲 （39）
2.4.1 基本概念及基本形式 （39）
2.4.2 剪力图和弯矩图 （40）
2.4.3 纯弯曲时横截面上的应力 （44）
2.4.4 截面惯性矩和抗弯截面系数 （46）
2.4.5 梁的正应力强度计算 （46）
2.5 合成弯扭的强度计算 （48）
2.5.1 拉伸与弯曲组合变形的强度计算 （48）
2.5.2 弯曲与扭转组合变形的强度计算 （49）
习题2 （51）
第3章 平面机构的结构分析 （54）
3.1 机构的组成 （54）
3.1.1 自由度 （54）
3.1.2 运动副及其分类 （54）
3.2 平面机构的运动简图 （55）
3.2.1 运动副及构件的表示法 （55）
3.2.2 机构运动简图的绘制步骤 （56）
3.3 平面机构自由度 （57）
3.3.1 平面机构自由度的计算 （57）
3.3.2 机构具有确定运动的条件 （57）
3.3.3 计算机构自由度的注意事项 （58）
习题3 （60）
第4章 平面连杆机构 （62）
4.1 平面四杆机构的基本类型及其演化 （62）
4.1.1 平面四杆机构的基本类型 （62）
4.1.2 平面四杆机构的演化 （63）
4.2 平面四杆机构的特性 （66）
4.2.1 铰链四杆机构曲柄存在的条件 （66）
4.2.2 急回特性 （66）
4.2.3 压力角和传动角 （67）
4.2.4 死点位置 （68）
4.3 图解法设计平面四杆机构 （70）
4.3.1 按给定行程速比系数K设计四杆机构 （70）
4.3.2 按给定连杆位置设计四杆机构 （71）
4.3.3 按给定两连杆的对应位置设计四杆机构 （71）
习题4 （72）
第5章 凸轮机构 （74）
5.1 概述 （74）
5.1.1 凸轮机构的应用及特点 （74）
5.1.2 凸轮机构的类型 （75）
5.2 常用从动件运动规律 （76）
5.2.1 凸轮与从动件运动关系 （76）
5.2.2 常用从动件运动规律 （76）
5.3 图解法设计盘形凸轮轮廓 （78）
5.3.1 反转法原理 （79）
5.3.2 图解法 （79）
5.4 凸轮机构基本尺寸的确定 （80）
5.4.1 压力角的确定 （80）
5.4.2 凸轮基圆半径的确定 （81）
5.4.3 滚子半径的确定 （82）
习题5 （82）
第6章 间歇机构 （84）
6.1 棘轮机构 （84）
6.1.1 棘轮机构工作原理 （84）
6.1.2 棘轮机构的类型 （84）
6.1.3 棘轮转角的调节方法 （85）
6.1.4 棘轮机构的特点和应用 （86）
6.2 槽轮机构 （86）
6.2.1 槽轮机构的组成及工作原理 （86）
6.2.2 槽轮机构的类型、特点及应用 （87）
6.3 不完全齿轮机构简介 （87）
6.3.1 不完全齿轮机构工作原理和类型 （87）
6.3.2 不完全齿轮机构的特点和应用 （88）
习题6 （88）
第7章 螺纹连接和螺纹的传动 （89）
7.1 螺纹连接的基础知识 （89）
7.1.1 螺纹的形成和类型 （89）
7.1.2 螺纹的主要参数 （90）
7.1.3 常用螺纹的特点及应用 （91）
7.1.4 螺纹副的受力、效率和自锁分析 （92）
7.1.5 螺纹连接的基本类型 （93）
7.1.6 常用螺纹连接件 （95）
7.2 螺纹连接的预紧与防松 （96）
7.2.1 螺纹连接的预紧 （96）
7.2.2 螺纹连接的防松 （97）
7.3 螺栓连接的强度计算 （98）
7.3.1 普通螺栓的强度计算 （98）
7.3.2 铰制孔螺栓连接的强度计算 （100）
7.3.3 螺栓组连接的结构设计和受力分析 （101）
7.4 螺纹连接的材料和许用应力 （102）
7.4.1 螺纹连接件的材料 （102）
7.4.2 螺纹连接的许用应力 （103）
7.5 螺旋传动 （104）
7.5.1 螺旋传动的类型及应用 （104）
7.5.2 滑动螺旋传动 （105）
7.5.3 滚动螺旋传动 （105）
习题7 （108）
第8章 机械的润滑与密封 （110）
8.1 润滑剂及其选用 （110）
8.1.1 润滑油及其选用 （110）
8.1.2 润滑脂（半固体润滑剂） （111）
8.1.3 固体润滑剂 （112）
8.2 密封装置 （113）
8.2.1 密封装置的类型 （113）
8.2.2 密封装置的选择 （117）
习题8 （117）
第9章 带传动和链传动 （118）
9.1 带传动概述 （118）
9.1.1 带传动的类型、特点和应用 （118）
9.1.2 V带和带轮 （120）
9.1.3 带传动的张紧、安装与维护 （125）
9.2 带传动的设计 （127）
9.2.1 带传动的工作情况分析 （127）
9.2.2 带传动的设计 （129）
9.3 同步带传动 （140）
9.3.1 同步带传动的特点 （140）
9.3.2 同步带的参数、形式、尺寸和标记 （140）
9.4 链传动 （141）
9.4.1 链传动的组成、特点及应用 （141）
9.4.2 滚子链 （142）
9.4.3 链轮 （143）
9.4.4 链传动的失效形式及计算准则 （143）
9.4.5 链传动的布置和张紧 （144）
9.4.6 链传动的润滑 （145）
习题9 （146）
第10章 齿轮传动 （147）
10.1 齿轮传动的特点和基本类型 （147）
10.2 渐开线性质及渐开线齿廓啮合特性 （148）
10.2.1 渐开线的形成 （148）
10.2.2 渐开线的性质 （149）
10.2.3 渐开线齿廓的啮合特点 （149）
10.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和几何尺寸 （150）
10.3.1 标准直齿圆柱齿轮的基本参数 （150）
10.3.2 标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸 （151）
10.4 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动 （152）
10.5 渐开线齿轮的加工与齿廓的根切 （153）
10.5.1 渐开线齿轮的加工方法 （153）
10.5.2 根切现象与最小齿数 （155）
10.6 齿轮的失效形式与材料选择 （155）
10.6.1 常见的失效形式 （155）
10.6.2 设计准则 （157）
10.6.3 常用材料 （157）
10.7 直齿圆柱齿轮传动的强度计算 （158）
10.7.1 轮齿的受力分析和计算载荷 （158）
10.7.2 齿面接触疲劳强度计算 （159）
10.7.3 齿根弯曲疲劳强度计算 （162）
10.8 斜齿圆柱齿轮传动 （164）
10.8.1 啮合特点 （164）
10.8.2 基本参数及几何尺寸计算 （164）
10.8.3 正确啮合条件和重合度 （166）
10.8.4 斜齿圆柱齿轮的当量齿数 （167）
10.8.5 斜齿圆柱齿轮的强度计算 （167）
10.9 直齿圆锥齿轮传动 （169）
10.9.1 圆锥齿轮传动概述 （169）
10.9.2 几何尺寸计算 （169）
10.10 齿轮的结构设计 （171）
10.11 标准齿轮传动的设计计算 （172）
10.12 齿轮传动的润滑 （177）
习题10 （178）
第11章 蜗杆传动 （180）
11.1 概述 （180）
11.1.1 蜗杆传动的特点和类型 （180）
11.1.2 蜗杆的主要参数和几何尺寸计算 （180）
11.2 蜗杆传动的失效形式、材料和结构 （182）
11.3 蜗杆传动的效率及热平衡 （185）
11.4 蜗杆传动的润滑 （186）
习题11 （187）
第12章 轮系 （188）
12.1 定轴轮系传动比的计算 （188）
12.2 周转轮系 （191）
12.3 轮系的应用 （191）
12.4 其他新型齿轮传动简介 （194）
习题12 （195）
第13章 减速器 （196）
13.1 减速器箱体 （196）
13.2 常用减速器的类型、特点及应用 （198）
13.3 减速器附属零件 （199）
习题13 （200）
第14章 轴和轴毂连接 （201）
14.1 轴的分类和材料 （201）
14.1.1 轴的分类 （201）
14.1.2 轴的材料及选择 （202）
14.2 轴的结构设计 （203）
14.2.1 轴径的初步确定 （204）
14.2.2 轴结构设计的基本要求 （205）
14.3 轴的强度计算 （210）
14.4 轴的刚度计算简介 （214）
14.5 轴毂连接 （215）
14.5.1 键连接的类型和特点 （215）
14.5.2 销连接 （220）
14.5.3 成形连接 （221）
14.5.4 过盈配合连接 （221）
习题14 （222）
第15章 轴承 （224）
15.1 概述 （224）
15.2 滑动轴承 （224）
15.2.1 滑动轴承的结构 （224）
15.2.2 滑动轴承的材料 （226）
15.2.3 滑动轴承的润滑 （228）
15.3 滚动轴承 （229）
15.3.1 概述 （229）
15.3.2 滚动轴承的代号 （232）
15.3.3 滚动轴承的选用 （234）
15.3.4 滚动轴承的设计计算 （235）
15.3.5 滚动轴承的寿命计算 （236）
15.3.6 滚动轴承的静强度计算 （242）
15

本书以“突出技能，重在实用，淡化理论，够用为度”为指导思想，结合本课程的具体情况和教学实践、工程实践编写而成，可作为高职高专院校机械制造类，尤其是数控技术专业、机电一体化专业等的教学用书。
本书的主要特点是把“理论力学”“材料力学”“机械原理”“机械零件”四门课程有机地融合在一起。考虑到高等职业教育的特点，本书以传统内容为主，在保证基本知识和基本理论的前提下，摒弃了烦琐的理论推导和复杂的计算，突出了实用性和综合性，注意对学生基本技能的训练和综合能力的培养。本书根据实际生产中的情况，删除了机械的平衡与调速内容而增加了润滑与密封内容的篇幅，还单设了减速器一章，此外还增加了与数控机床相关的滚动螺旋传动与同步带的内容。
本书将力学中物体受力、构件变形分析方法和常用机构、通用零部件的设计方法有机地整合。根据高职院校的实际情况，本书力求做到讲清基础知识和理论，注重知识的实用性，理论推导从简，既降低了学生的学习难度，也突出了高职教育的特色。
本书由合肥通用职业技术学院邵刚担任主编，江道银、冯利华担任副主编。编写分工：邵刚编写第7～17 章，江道银编写第1 章、第2 章，冯利华编写第3～6 章。
由于作者水平所限，书中难免存在缺点和错误，恳请广大读者批评指正。