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WZ 122
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zv 306
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