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第0章　绪论1

0.1　机械设计基础的研究对象与内容1

0.2　机械设计基础的研究方法2

0.3　学习机械设计基础的目的2

第一篇　工程力学基础4

第1章　静力学基础知识4

1.1　静力学的基本概念4

1.1.1　刚体的概念4

1.1.2　力的概念4

1.1.3　集中力和分布力4

1.1.4　力系4

1.1.5　平衡5

1.2　静力学公理5

1.2.1　二力平衡公理5

1.2.2　加减平衡力系公理5

1.2.3　平行四边形公理6

1.2.4　作用与反作用公理6

1.3　约束与约束反力7

1.3.1　柔体约束7

1.3.2　光滑面约束7

1.3.3　光滑铰链约束8

1.3.4　固定端约束9

1.4　物体的受力分析10

思考题与习题11

第2章　简单力系13

2.1　平面汇交力系合成与平衡的几何法13

2.1.1　几何法——力多边形法则13

2.1.2　平面汇交力系平衡的必要与充分条件15

2.2　平面汇交力系合成与平衡的解析法16

2.2.1　力在坐标轴上的投影16

2.2.2　平面汇交力系的合成（合力投影定理）17

2.2.3　平面汇交力系平衡的解析条件18

2.3　力对点之矩19

2.3.1　力对点之矩的概念19

2.3.2　合力矩定理19

2.4　平面力偶理论21

2.4.1　力偶的概念21

2.4.2　力偶的性质22

2.4.3　平面力偶系的合成与平衡22

2.4.4　力的平移定理23

思考题与习题24

第3章　平面任意力系28

3.1　平面任意力系的简化28

3.1.1　主矢与主矩28

3.1.2　平面力系的简化结果的讨论29

3.2　平面任意力系的平衡条件和平衡方程30

3.2.1　平面任意力系的平衡条件30

3.2.2　平面任意力系的平衡方程31

3.3　平面任意力系平衡方程的应用33

3.3.1　平衡问题的解题步骤33

3.3.2　应用举例33

3.4　物体系统的平衡34

3.4.1　静定与静不定问题的概念34

3.4.2　物体系统的平衡问题35

思考题与习题37

第4章　摩擦40

4.1　滑动摩擦40

4.1.1　静滑动摩擦力40

4.1.2　动滑动摩擦力41

4.2　考虑摩擦时物体的平衡问题41

4.3　摩擦角和自锁现象43

4.3.1　摩擦角43

4.3.2 自锁43

4.3.3　螺旋器械的自锁条件44

4.3.4　楔块与尖劈的自锁条件45

4.4　滚动摩擦简介45

思考题与习题47

第5章　空间力系和重心48

5.1　力沿空间直角坐标轴的投影及分解48

5.1.1　直接投影法48

5.1.2　二次投影法48

5.2　力对轴之矩50

5.2.1　力对轴之矩概念50

5.2.2　合力矩定理50

5.3　空间任意力系的简化与平衡51

5.3.1 空间任意力系的简化51

5.3.2　空间任意力系的平衡条件与平衡方程51

5.3.3 空间特殊力系的平衡方程52

5.3.4 空间约束与约束反力53

5.4　空间力系问题的平面解法54

5.5　重心56

5.5.1 重心及形心坐标公式56

5.5.2　物体重心及形心的求法58

思考题与习题61

第6章　材料力学基础知识63

6.1　材料力学的任务63

6.2　变形固体的基本假设63

6.2.1　均匀连续性假设63

6.2.2　各向同性假设63

6.2.3　小变形假设64

6.3　内力、截面法及应力64

6.3.1　内力64

6.3.2　截面法64

6.3.3 应力65

6.4　位移、变形和应变的概念66

6.4.1　位移与变形66

6.4.2　应变66

6.4.3 泊松比66

6.5　杆件变形的基本形式67

思考题与习题68

第7章　轴向拉伸与压缩69

7.1　拉伸与压缩时横截面的内力、应力69

7.1.1　轴向拉伸或压缩时的受力和变形特点69

7.1.2　横截面的内力——轴力69

7.1.3　横截面上的应力72

7.2　材料在拉伸与压缩时的力学性能74

7.2.1　材料在拉伸时的力学性能75

7.2.2　材料在压缩时的力学性能78

7.3　拉伸与压缩时的强度计算79

7.3.1 许用应力79

7.3.2　强度条件79

7.4　拉伸与压缩时的变形计算82

7.4.1 轴向变形和线应变82

7.4.2　横向变形系数（泊松比）83

7.4.3　胡克定律83

7.5　应力集中的概念83

7.6　拉伸与压缩时的静不定问题84

7.6.1　静不定问题及其解法84

7.6.2　温度应力86

7.6.3　装配应力87

7.7　连接件的实用计算87

7.7.1 剪切与挤压的概念87

7.7.2　剪切与挤压实用计算88

7.7.3　剪切胡克定律90

思考题与习题91

第8章　扭转97

8.1　外力偶矩、扭矩与扭矩图97

8.1.1 外力偶矩97

8.1.2　扭矩及扭矩图98

8.2　薄壁圆筒的扭转100

8.2.1　薄壁圆筒的扭转100

8.2.2　切应力互等定理100

8.2.3　剪切胡克定律101

8.3　圆轴扭转时的应力与变形101

8.3.1 圆轴扭转时的应力101

8.3.2　极惯性矩和抗扭截面系数计算103

8.3.3 圆轴扭转时的变形104

8.4　圆轴扭转时的强度和刚度计算104

8.4.1　强度条件104

8.4.2　刚度条件105

思考题与习题107

第9章　弯曲110

9.1　平面弯曲梁的概念及其简化110

9.1.1　平面弯曲的概念及实例110

9.1.2　梁的计算简图111

9.2　剪力和弯矩112

9.2.1　剪力和弯矩的概念112

9.2.2　剪力和弯矩大小的确定112

9.2.3　剪力和弯矩的符号规定113

9.3　剪力图和弯矩图115

9.3.1　剪力方程和弯矩方程115

9.3.2 剪力图和弯矩图的应用实例115

9.4　载荷集度、剪力和弯矩间的微分关系118

9.5　弯曲梁横截面上的正应力119

9.5.1　纯弯曲的概念119

9.5.2　平面假设及正应力的分布规律119

9.5.3　常用截面的惯性矩IZ与抗弯截面系数WZ122

9.6　弯曲梁的正应力强度计算123

9.6.1　最大弯曲正应力123

9.6.2　正应力强度条件123

9.7　弯曲梁的切应力125

9.7.1　梁的切应力概念125

9.7.2　矩形截面梁的切应力公式126

9.8　提高弯曲强度的主要措施127

9.8.1　选择合理的截面形状127

9.8.2　采用变截面梁127

9.8.3　合理布置载荷和安排梁的支座128

9.9　弯曲梁的变形129

9.9.1　梁弯曲变形的概念129

9.9.2　积分法求梁的变形129

9.9.3　叠加法求梁的变形130

9.10　梁的刚度计算132

9.10.1　梁刚度计算的概念132

9.10.2　提高弯曲刚度的主要措施132

思考题与习题133

第10章　应力状态与强度理论138

10.1　应力状态的概念138

10.1.1　一点处的应力状态概念138

10.1.2　一点处应力状态的研究方法138

10.1.3　应力状态的分类138

10.2　二向应力状态分析139

10.2.1　斜截面上的应力139

10.2.2　主平面和主应力140

10.2.3　最大切应力141

10.3　三向应力状态的最大应力143

10.4　广义胡克定律143

10.5　强度理论145

10.5.1　强度理论的概念145

10.5.2　常用的4个强度理论145

10.5.3　强度理论的应用147

思考题与习题150

第11章　组合变形152

11.1　组合变形的概念152

11.2　弯曲与拉伸（压缩）组合152

11.3　弯曲与扭转组合155

思考题与习题158

第12章　压杆稳定160

12.1　压杆稳定的概念160

12.2　细长压杆的临界压力161

12.2.1　两端铰支压杆的临界压力161

12.2.2　其他支承条件下压杆的临界压力161

12.3　欧拉公式的适用范围162

12.3.1　临界应力162

12.3.2　柔度162

12.3.3　3种柔度压杆的临界应力163

12.3.4 临界应力总图164

12.4　压杆稳定计算165

12.5　提高压杆稳定性的措施166

12.5.1　选择合理的截面形状166

12.5.2　减小压杆的支承长度，改善杆端的约束167

12.5.3　合理选择材料167

思考题与习题168

第13章　动荷应力及交变应力170

13.1　动荷应力170

13.1.1　动荷问题的概念170

13.1.2　构件作匀加速直线运动时的动载荷应力170

13.1.3　构件作等速转动时的动载荷应力171

13.1.4　构件受冲击时的动载荷应力172

13.2　交变应力下材料的破坏174

13.2.1　交变应力的概念174

13.2.2　疲劳破坏的特点175

13.2.3　疲劳破坏过程的解释175

13.3　交变应力的循环及材料的疲劳极限175

13.3.1　交变应力的循环175

13.3.2　影响构件疲劳极限的因素176

13.3.3　构件的疲劳强度校核178

思考题与习题179

第二篇　机械与机械传动182

第14章　机械设计概述182

14.1　机器及其组成182

14.2　机械设计的基本要求和一般过程184

14.2.1　机械设计的基本要求184

14.2.2　机械设计的一般过程185

14.3　机械零件设计的基本要求及一般方法185

14.3.1　机械零件设计的基本要求185

14.3.2　机械零件设计的一般方法185

思考题与习题186

第15章　平面机构的结构分析187

15.1　机构的组成187

15.1.1　运动副的概念187

15.1.2 自由度和运动副约束188

15.1.3　运动链和机构189

15.2　平面机构的运动简图189

15.2.1　机构运动简图的概念189

15.2.2　平面机构运动简图的绘制189

15.3　平面机构的自由度190

15.3.1　平面机构自由度的计算190

15.3.2　计算机构自由度的注意事项191

15.3.3　机构具有确定运动的条件193

思考题与习题193

第16章　平面连杆机构195

16.1　铰链四杆机构195

16.1.1　铰链四杆机构的基本形式195

16.1.2　铰链四杆机构存在曲柄的条件197

16.2　铰接四杆机构的其他形式198

16.2.1 曲柄滑块机构198

16.2.2　导杆机构199

16.2.3　摇块机构和定块机构200

16.3　平面四杆机构的运动特性201

16.3.1　急回特性201

16.3.2　传力特性202

16.3.3　死点位置203

16.4　平面四杆机构的运动设计简介204

16.4.1　按连杆的预定位置设计四杆机构204

16.4.2　按给定的行程速比系数K设计四杆机构206

16.4.3　用解析法设计四杆机构207

思考题与习题207

第17章　凸轮机构209

17.1　概述209

17.1.1 凸轮机构的应用、组成和特点209

17.1.2 凸轮机构的分类210

17.2　从动件的常用运动规律212

17.2.1 凸轮机构的工作过程与从动件的运动关系212

17.2.2　从动件常用的运动规律213

17.3　图解法绘制盘形凸轮轮廓215

17.3.1　尖顶对心直动从动件盘形凸轮216

17.3.2　偏置直动从动件盘形凸轮216

17.3.3　滚子从动件217

17.3.4　摆动从动件盘形凸轮218

17.4　凸轮机构基本尺寸的确定219

17.4.1　滚子半径的选择219

17.4.2　压力角及其许用值220

17.4.3　基圆半径的选择221

思考题与习题222

第18章　螺纹连接与螺旋传动225

18.1　螺纹的形成、主要参数与分类225

18.1.1　螺纹的形成225

18.1.2　螺纹的主要参数225

18.1.3　几种常用螺纹的特点及应用226

18.1.4　螺纹副的受力分析、效率和自锁227

18.2　螺纹连接的主要类型和使用228

18.2.1　螺纹连接的主要类型228

18.2.2　标准螺纹连接件230

18.3　螺纹连接的预紧和防松231

18.3.1　螺纹连接的预紧231

18.3.2　螺纹连接的防松232

18.4　螺纹连接的强度计算233

18.4.1　普通螺栓连接的强度计算233

18.4.2　铰制孔用螺栓连接的强度计算235

18.5　螺纹连接件的材料和许用应力236

18.5.1　螺纹连接件的常用材料236

18.5.2　螺纹连接的许用应力和安全系数237

18.6　提高螺纹连接强度的措施238

18.6.1 降低影响螺栓疲劳强度的应力幅238

18.6.2 改善螺纹牙间的载荷分配238

18.6.3　减少应力集中239

18.6.4　采用合理的材料和合理的制造工艺239

18.7　螺旋传动240

18.7.1　螺旋传动的类型和特点240

18.7.2　滚动螺旋传动简介241

思考题与习题241

第19章　带传动244

19.1　带传动的类型和特点244

19.1.1　带传动的类型244

19.1.2　带传动的特点245

19.2　普通V带和V带轮246

19.2.1　普通V带246

19.2.2　V带轮247

19.3　带传动的工作能力分析249

19.3.1　带传动的受力分析249

19.3.2 带的应力分析250

19.3.3　弹性滑动和打滑251

19.4　普通V带传动的设计计算252

19.4.1 带传动的失效形式及设计准则252

19.4.2　单根V带的基本额定功率和许用功率253

19.4.3　普通V带传动的设计步骤和参数选择255

19.5　窄V带传动260

19.5.1 窄V带的结构、特点和应用260

19.5.2 窄V带和窄V带轮尺寸260

19.6　带传动的张紧、安装与维护261

19.6.1 带传动的张紧261

19.6.2 带传动的安装与维护262

思考题与习题263

第20章　链传动264

20.1　链传动的类型、特点及应用264

20.1.1　链传动的类型264

20.1.2　链传动的特点和应用265

20.2　滚子链传动和链轮265

20.2.1 滚子链的结构和规格265

20.2.2　滚子链链轮267

20.3　链传动的运动特性270

20.3.1　平均链速和平均传动比270

20.3.2　瞬时链速和瞬时传动比270

20.3.3　链传动的动载荷271

20.4　链传动的设计计算272

20.4.1　链传动的主要失效形式272

20.4.2　链传动设计的参数273

20.5　链传动的布置、张紧及润滑276

20.5.1　链传动的布置276

20.5.2　链传动张紧装置277

20.5.3　链传动的润滑277

思考题与习题278

第21章　齿轮传动279

21.1　齿轮传动的特点、应用分类279

21.2　齿轮啮合基本定律279

21.3　渐开线齿廓280

21.3.1 渐开线的形成和性质280

21.3.2　渐开线齿廓啮合特点281

21.4　渐开线标准齿轮各部分的名称、参数和几何尺寸282

21.4.1　齿轮各部分的名称282

21.4.2　渐开线直齿圆柱齿轮的基本参数283

21.4.3　标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸284

21.4.4　标准齿轮的公法线长度285

21.5　渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动286

21.5.1　正确啮合条件286

21.5.2　连续传动条件287

21.5.3　齿轮齿条啮合287

21.6　渐开线齿轮的加工及根切现象288

21.6.1　齿轮的加工方法288

21.6.2　根切现象和最少齿数289

21.7　齿轮传动的失效形式与设计准则291

21.7.1　失效形式291

21.7.2　设计准则292

21.8　齿轮常用材料及热处理292

21.8.1　齿轮材料的基本要求292

21.8.2　齿轮常用材料及热处理293

21.9　标准直齿圆柱齿轮传动的设计294

21.9.1　轮齿受力分析294

21.9.2　载荷与载荷系数294

21.9.3　直齿圆柱齿轮的强度计算295

21.9.4　参数选择300

21.9.5　齿轮精度等级简介及其选择300

21.9.6　设计计算步骤301

21.10　平行轴斜齿圆柱齿轮传动304

21.10.1　斜齿圆柱齿轮传动的啮合特点和应用304

21.10.2　斜齿圆柱齿轮的主要参数及几何尺寸计算304

21.10.3　当量齿数zv306

21.10.4　斜齿轮传动的优缺点和人字齿轮306

21.10.5　斜齿圆柱齿轮传动的设计计算307

21.11　直齿圆锥齿轮传动309

21.11.1　直齿圆锥齿轮传动的特点及应用309

21.11.2　直齿圆锥齿轮的主要参数、几何尺寸计算309

21.12　齿轮的结构设计及润滑311

21.12.1　常用的齿轮结构形式311

21.12.2　齿轮传动的润滑312

思考题与习题313

第22章　蜗杆传动315

22.1　蜗杆传动的类型和特点315

22.1.1　蜗杆传动的类型315

22.1.2　蜗杆传动的特点316

22.1.3　蜗杆传动的精度316

22.2　蜗杆传动的主要参数和几何尺寸317

22.2.1　蜗杆传动的基本参数317

22.2.2　蜗杆传动的几何尺寸计算319

22.3　蜗杆传动的失效形式、设计准则、材料和结构320

22.3.1 蜗杆传动的失效形式和设计准则320

22.3.2　蜗杆、蜗轮的材料和结构321

22.4　蜗杆传动的设计计算322

22.4.1　蜗杆传动的受力分析322

22.4.2　蜗轮齿面接触疲劳强度计算323

22.4.3　蜗轮轮齿齿根弯曲疲劳强度计算325

22.5　蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算325

22.5.1　蜗杆传动效率325

22.5.2　蜗杆传动的润滑327

22.5.3　蜗杆传动的热平衡计算327

思考题与习题330

第23章　齿轮系和减速器332

23.1　定轴齿轮系传动比的计算332

23.1.1　平面定轴齿轮系传动比的计算332

23.1.2　空间定轴齿轮系传动比的计算334

23.2　行星齿轮系传动比的计算334

23.2.1　行星齿轮系的分类334

23.2.2　行星齿轮系传动比的计算335

23.2.3 复合轮系传动比的计算337

23.3　齿轮系的应用337

23.3.1　实现分路传动337

23.3.2　可获得大的传动比338

23.3.3　实现换向传动338

23.3.4　实现变速传动338

23.3.5　用于对运动进行合成与分解339

23.4　减速器340

23.4.1　减速器的主要类型及特点340

23.4.2　减速器的结构和润滑341

思考题与习题343

第24章　轴与轴毂的连接345

24.1　轴的分类345

24.2　轴的结构设计346

24.2.1　轴的各部分名称346

24.2.2　零件在轴上的固定346

24.3　轴的材料及其选择348

24.4　轴的设计与计算349

24.4.1　轴的扭转强度计算349

24.4.2　轴的弯扭合成强度计算350

24.4.3　轴的刚度计算351

24.5　轴毂连接355

24.5.1　键连接355

24.5.2　花键连接359

24.5.3　销连接360

思考题与习题361

第25章　轴承363

25.1　轴承的功用与类型363

25.1.1　轴承的功用363

25.1.2　轴承的类型363

25.2　滚动轴承的组成、类型及特点363

25.2.1　滚动轴承的组成363

25.2.2　滚动轴承的类型和特点364

25.3　滚动轴承的代号366

25.4　滚动轴承类型的选择368

25.5　滚动轴承尺寸选择及寿命计算369

25.5.1　滚动轴承的失效形式和设计准则369

25.5.2　基本额定寿命和基本额定动载荷370

25.5.3　当量动载荷370

25.5.4　滚动轴承的寿命计算372

25.5.5 角接触轴承的轴向力计算374

25.5.6　滚动轴承的静强度计算375

25.6　滚动轴承的组合设计376

25.6.1 轴承套圈的轴向固定377

25.6.2　轴组件的轴向固定377

25.6.3　轴承组合的调整378

25.6.4　轴承组合支承部分的刚度和同轴度379

25.6.5　轴承的预紧379

25.6.6　滚动轴承的配合与装拆380

25.6.7　滚动轴承的润滑与密封381

25.7　滑动轴承概述382

25.7.1　滑动轴承的类型和结构382

25.7.2　轴瓦和轴承衬材料384

25.7.3　滑动轴承的润滑386

思考题与习题388

第26章　联轴器和离合器390

26.1　联轴器390

26.1.1　联轴器的分类390

26.1.2　固定式联轴器391

26.1.3　可移式联轴器391

26.1.4　联轴器的选择393

26.2　离合器394

26.2.1 离合器的分类394

26.2.2　牙嵌式离合器395

26.2.3　摩擦离合器395

26.2.4　安全离合器396

26.2.5　超越离合器397

思考题与习题398

第27章　机械传动设计概论399

27.1　机械传动概述399

27.1.1　机械传动的功用399

27.1.2　机械传动的运动和参数400

27.2　常用机械传动的类型及选择401

27.2.1 常用机械传动的类型401

27.2.2　常用机械传动类型的选择402

27.3　机械传动方案设计403

27.3.1　传动方案设计的依据403

27.3.2　机械传动方案的拟定403

27.3.3　传动方案的设计顺序和方法404

思考题与习题405

参考文献406