本書主要介紹機械設計的基本知識、基本理論和基本方法，并根據教育部課程教學改革指南的精神，適度擴展一些創新內容。全書共13章：第1章為機械設計總論；第2～5章為機械傳動設計；第6章為機械設計中的綜合約束條件；第7～11章為機械設計中的軸系設計；第12章為螺紋連接與螺旋傳動；第13章為彈簧。
本書論述重點是各種機械傳動和通用零部件的工作原理、基本結構、載荷和應力狀況、損傷和失效形式及其分析，對材料和主要參數的選擇、承載能力的計算、各種機械傳動的比較、適用場所及合理選擇等做了詳細的說明。
張永清，教授，從教30多年，主要從事高校機械設計制造及自動化專業教學、人才培養目標及創新實踐的研究。被中國人工智能學會接收為可拓工程專業委員會會員，中國人工智能學會智能機器人專業委員會會員。
第1章機械設計總論1
1.1機器的構成及本課程的性質、研究對象和任務2
1.1.1機器的一般構成2
1.1.2機械設計課程的性質3
1.1.3機械設計課程的研究對象4
1.1.4機械設計課程的任務4
1.2機械設計的一般程序5
1.2.1現代機械設計的特點5 第1章機械設計總論1
1.1機器的構成及本課程的性質、研究對象和任務2
1.1.1機器的一般構成2
1.1.2機械設計課程的性質3
1.1.3機械設計課程的研究對象4
1.1.4機械設計課程的任務4
1.2機械設計的一般程序5
1.2.1現代機械設計的特點5
1.2.2機械設計的創新與優化5
1.2.3機械設計的經濟性問題7
1.2.4機械設計中的可持續發展問題7
1.2.5機械設計的一般程序及基本要求8
本章小結10
習題11
第2章帶傳動12
2.1帶傳動的類型、特點及應用13
2.1.1帶傳動的類型與結構13
2.1.2帶傳動的特點16
2.2帶傳動工作情況分析16
2.2.1帶傳動的受力分析16
2.2.2帶傳動的應力分析18
2.2.3帶的彈性滑動與打滑19
2.3V帶傳動的設計計算20
2.3.1V帶傳動的失效形式和設計準則20
2.3.2V帶傳動的設計步驟21
2.4V帶輪的設計30
2.4.1V帶輪的設計基本要求30
2.4.2V帶輪的材料30
2.4.3V帶輪的結構尺寸30
2.5V帶輪傳動的張緊方式32
2.5.1定期張緊32
2.5.2自動張緊33
2.5.3張緊輪張緊33
2.6其他帶傳動簡介34
2.6.1高速帶傳動34
2.6.2同步帶傳動34
本章小結36
習題37
第3章鏈傳動39
3.1概述40
3.2鏈傳動的零件和材料40
3.2.1傳動鏈40
3.2.2鏈輪44
3.2.3鏈和鏈輪的材料45
3.3鏈傳動的運動特性46
3.3.1鏈傳動的運動不均勻性46
3.3.2鏈傳動的動載荷47
3.4鏈傳動的受力分析48
3.5鏈傳動的計算49
3.5.1額定功率曲線49
3.5.2額定功率49
3.5.3主要參數的選擇51
3.5.4鏈傳動的靜強度計算52
3.6鏈傳動的合理布置和潤滑53
本章小結55
習題55
第4章齒輪傳動58
4.1齒輪失效形式及設計準則59
4.1.1齒輪的工作條件與齒面硬度59
4.1.2齒輪失效形式及設計準則59
4.2齒輪材料及熱處理62
4.2.1齒輪材料及其選用63
4.2.2齒輪的熱處理63
4.3直齒圓柱齒輪傳動的受力分析和計算載荷65
4.3.1輪齒的受力分析65
4.3.2計算載荷66
4.4直齒圓柱齒輪傳動強度計算70
4.4.1直齒圓柱齒輪傳動的齒面接觸疲勞強度計算70
4.4.2直齒圓柱齒輪傳動的齒根彎曲疲勞強度計算75
4.4.3齒輪傳動的設計參數與精度的選擇80
4.4.4直齒圓柱齒輪傳動工程應用82
4.5斜齒圓柱齒輪傳動強度計算特點84
4.5.1輪齒上的作用力85
4.5.2強度計算86
4.5.3斜齒圓柱齒輪傳動工程應用88
4.6直齒圓錐齒輪的傳動強度計算特點90
4.6.1齒輪的受力分析91
4.6.2強度計算92
4.6.3直齒圓錐齒輪傳動工程應用93
4.7齒輪的結構設計96
4.7.1齒輪軸97
4.7.2實心式齒輪和腹板式齒輪97
4.7.3輪輻式齒輪98
4.8齒輪傳動的潤滑99
4.9其他齒輪傳動簡介101
4.9.1圓弧齒輪傳動簡介101
4.9.2曲線齒圓錐齒輪傳動簡介102
本章小結103
習題103
第5章蝸桿傳動108
5.1蝸桿傳動的材料和失效形式109
5.1.1蝸桿傳動的材料109
5.1.2蝸桿傳動的失效形式109
5.1.3蝸桿傳動的結構設計110
5.2普通圓柱蝸桿傳動的主要參數及幾何尺寸計算111
5.2.1普通圓柱蝸桿傳動的主要參數及其選擇111
5.2.2蝸桿傳動的幾何尺寸計算113
5.3蝸桿傳動的受力分析和強度計算115
5.3.1受力分析115
5.3.2強度計算116
5.3.3剛度計算120
5.3.4普通圓柱蝸桿傳動的精度等級及其選擇120
5.4蝸桿傳動的效率、潤滑和熱平衡計算121
5.4.1蝸桿傳動的效率和潤滑121
5.4.2蝸桿傳動的熱平衡計算122
5.5蝸桿傳動工程應用123
本章小結126
習題126
第6章機械設計中的綜合約束條件128
6.1概述128
6.1.1技術性能約束條件129
6.1.2標準化約束條件129
6.1.3可靠性約束條件130
6.1.4安全性約束條件130
6.2機械設計中的強度約束條件130
6.2.1載荷與應力的分類131
6.2.2靜應力作用下的強度約束條件132
6.2.3變應力作用下的強度約束條件133
6.3機械結構的工藝性135
6.3.1設計與加工工藝的關系135
6.3.2毛坯件的成形方法136
6.3.3裝配工藝性137
本章小結140
習題140
第7章軸142
7.1概述142
7.1.1軸的分類143
7.1.2軸設計的主要內容144
7.1.3軸的材料145
7.2軸的結構設計146
7.2.1擬定軸上零件的裝配方案146
7.2.2軸上零件的定位147
7.2.3各軸段尺寸的確定149
7.2.4提高軸的強度的常用措施150
7.2.5軸的結構工藝性151
7.3軸的計算152
7.3.1軸的強度校核計算152
7.3.2軸的剛度校核計算155
本章小結160
習題161
第8章軸轂連接163
8.1鍵連接164
8.1.1平鍵連接164
8.1.2半圓鍵連接165
8.1.3楔鍵連接165
8.1.4切向鍵連接166
8.1.5鍵連接的類型選擇和強度計算166
8.2花鍵連接169
8.2.1花鍵連接的類型和特點170
8.2.2花鍵連接的設計170
8.3銷連接的類型及應用172
本章小結173
習題174
第9章滾動軸承176
9.1概述177
9.2滾動軸承的類型代號及選擇178
9.2.1滾動軸承的類型特點178
9.2.2滾動軸承的代號181
9.2.3滾動軸承類型的選擇183
9.3滾動軸承的失效形式和計算準則184
9.3.1滾動軸承工作時的載荷分布184
9.3.2滾動軸承的失效形式及計算準則185
9.4滾動軸承的選擇計算186
9.4.1滾動軸承的基本額定壽命和基本額定動載荷186
9.4.2滾動軸承的壽命計算公式186
9.4.3滾動軸承的當量動載荷計算188
9.4.4角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸向載荷Fa的計算189
9.4.5同一支點成對安裝同型號向心角接觸軸承的計算特點192
9.5滾動軸承的靜載荷計算193
9.5.1極限轉速校核193
9.5.2靜強度校核193
9.6滾動軸承的組合設計195
9.6.1支承結構形式及其選擇195
9.6.2滾動軸承的固定196
9.6.3滾動軸承組合的調整197
9.6.4提高軸系的支承剛度198
9.6.5滾動軸承的配合199
9.6.6滾動軸承的潤滑200
9.6.7滾動軸承的密封200
本章小結202
習題202
第10章滑動軸承205
10.1機械設計中的摩擦、磨損和潤滑205
10.1.1機械中的摩擦206
10.1.2機械中的磨損207
10.1.3機械中的潤滑208
10.2滑動軸承概述209
10.2.1滑動軸承的特點與分類209
10.2.2滑動軸承的設計內容210
10.2.3滑動軸承的摩擦潤滑狀態210
10.3滑動軸承的結構形式211
10.3.1向心滑動軸承211
10.3.2推力滑動軸承212
10.4滑動軸承的材料212
10.4.1軸瓦對材料的性能要求213
10.4.2滑動軸承的材料213
10.4.3軸瓦的結構216
10.5滑動軸承的潤滑劑和潤滑裝置217
10.5.1潤滑劑及其性能指標217
10.5.2潤滑劑的選擇219
10.5.3潤滑方法220
10.6不完全液體摩擦滑動軸承的計算222
10.6.1向心滑動軸承222
10.6.2推力滑動軸承223
10.7液體動力潤滑向心滑動軸承設計計算223
10.7.1流體動力潤滑的基本方程224
10.7.2向心滑動軸承形成液體動力潤滑的過程226
10.7.3液體動力潤滑向心滑動軸承設計步驟232
10.8其他軸承簡介234
10.8.1多油楔軸承簡介234
10.8.2靜壓軸承與空氣軸承簡介235
本章小結236
習題236
第11章聯軸器與離合器238
11.1聯軸器與離合器的分類和應用239
11.1.1聯軸器與離合器的分類239
11.1.2聯軸器和離合器計算轉矩的確定239
11.2剛性聯軸器240
11.2.1剛性聯軸器的特點240
11.2.2常用剛性聯軸器簡介240
11.3撓性聯軸器242
11.3.1無彈性元件撓性聯軸器242
11.3.2金屬彈性元件撓性聯軸器244
11.3.3非金屬彈性元件撓性聯軸器244
11.4常用離合器的類型及應用246
11.4.1牙嵌離合器247
11.4.2圓盤摩擦離合器247
11.4.3安全離合器248
11.5聯軸器與離合器的選擇249
11.5.1聯軸器的選擇249
11.5.2離合器的選擇250
本章小結251
習題251
第12章螺紋連接與螺旋傳動252
12.1螺紋的主要參數及類型253
12.1.1螺紋的主要參數253
12.1.2螺紋的類型254
12.2螺紋連接的類型及螺紋連接件255
12.2.1螺紋連接的主要類型255
12.2.2螺紋連接件257
12.3螺紋連接的預緊和防松257
12.3.1螺紋連接的預緊257
12.3.2螺紋連接的防松258
12.4單個螺栓連接的強度計算259
12.4.1受拉螺栓連接的強度計算259
12.4.2受剪螺栓連接的強度計算264
12.4.3螺紋連接的常用材料與許用應力264
12.5螺栓組連接的設計與受力分析266
12.5.1受軸向載荷FΣ的螺栓組連接266
12.5.2受橫向載荷FΣ的螺栓組連接266
12.5.3受橫向力矩T的螺栓組連接268
12.5.4受翻轉力矩M的螺栓組連接269
12.5.5螺栓組連接的工程應用270
12.6提高螺栓連接強度的措施272
12.7螺旋傳動273
12.7.1螺旋傳動的類型、特點及應用273
12.7.2螺旋傳動的特點及應用274
12.8螺旋傳動的設計計算274
12.8.1滑動螺旋副的結構與材料275
12.8.2滑動螺旋副的耐磨性計算276
12.8.3滑動螺旋副的強度計算277
12.8.4受壓螺桿的穩定性計算278
12.9其他螺旋傳動簡介278
12.9.1滾動螺旋傳動簡介278
12.9.2靜壓螺旋傳動簡介279
本章小結279
習題280
第13章彈簧282
13.1彈簧的功用與類型282
13.1.1彈簧的功用282
13.1.2彈簧的類型283
13.2彈簧的材料與制造283
13.2.1彈簧的材料及許用應力283
13.2.2彈簧的制造285
13.3圓柱形螺旋壓縮、拉伸彈簧的應力分析285
13.3.1彈簧的應力285
13.3.2彈簧的變形286
13.4圓柱形螺旋壓縮、拉伸彈簧的設計286
13.4.1彈簧的結構與幾何尺寸286
13.4.2彈簧的設計計算289
13.5其他彈簧簡介291
13.5.1圓柱螺旋扭轉彈簧291
13.5.2蝶形彈簧291
本章小結292
習題292
參考文獻294
9.2滾動軸承的類型代號及選擇178
9.2.1滾動軸承的類型特點178
9.2.2滾動軸承的代號181
9.2.3滾動軸承類型的選擇183
9.3滾動軸承的失效形式和計算準則184
9.3.1滾動軸承工作時的載荷分布184
9.3.2滾動軸承的失效形式及計算準則185
9.4滾動軸承的選擇計算186
9.4.1滾動軸承的基本額定壽命和基本額定動載荷186
9.4.2滾動軸承的壽命計算公式186
9.4.3滾動軸承的當量動載荷計算188
9.4.4角接觸球軸承和圓錐滾子軸承軸向載荷Fa的計算189
9.4.5同一支點成對安裝同型號向心角接觸軸承的計算特點192
9.5滾動軸承的靜載荷計算193
9.5.1極限轉速校核193
9.5.2靜強度校核193
9.6滾動軸承的組合設計195
9.6.1支承結構形式及其選擇195
9.6.2滾動軸承的固定196
9.6.3滾動軸承組合的調整197
9.6.4提高軸系的支承剛度198
9.6.5滾動軸承的配合199
9.6.6滾動軸承的潤滑200
9.6.7滾動軸承的密封200
本章小結202
習題202
第10章滑動軸承205
10.1機械設計中的摩擦、磨損和潤滑205
10.1.1機械中的摩擦206
10.1.2機械中的磨損207
10.1.3機械中的潤滑208
10.2滑動軸承概述209
10.2.1滑動軸承的特點與分類209
10.2.2滑動軸承的設計內容210
10.2.3滑動軸承的摩擦潤滑狀態210
10.3滑動軸承的結構形式211
10.3.1向心滑動軸承211
10.3.2推力滑動軸承212
10.4滑動軸承的材料212
10.4.1軸瓦對材料的性能要求213
10.4.2滑動軸承的材料213
10.4.3軸瓦的結構216
10.5滑動軸承的潤滑劑和潤滑裝置217
10.5.1潤滑劑及其性能指標217
10.5.2潤滑劑的選擇219
10.5.3潤滑方法220
10.6不完全液體摩擦滑動軸承的計算222
10.6.1向心滑動軸承222
10.6.2推力滑動軸承223
10.7液體動力潤滑向心滑動軸承設計計算223
10.7.1流體動力潤滑的基本方程224
10.7.2向心滑動軸承形成液體動力潤滑的過程226
10.7.3液體動力潤滑向心滑動軸承設計步驟232
10.8其他軸承簡介234
10.8.1多油楔軸承簡介234
10.8.2靜壓軸承與空氣軸承簡介235
本章小結236
習題236
第11章聯軸器與離合器238
11.1聯軸器與離合器的分類和應用239
11.1.1聯軸器與離合器的分類239
11.1.2聯軸器和離合器計算轉矩的確定239
11.2剛性聯軸器240
11.2.1剛性聯軸器的特點240
11.2.2常用剛性聯軸器簡介240
11.3撓性聯軸器242
11.3.1無彈性元件撓性聯軸器242
11.3.2金屬彈性元件撓性聯軸器244
11.3.3非金屬彈性元件撓性聯軸器244
11.4常用離合器的類型及應用246
11.4.1牙嵌離合器247
11.4.2圓盤摩擦離合器247
11.4.3安全離合器248
11.5聯軸器與離合器的選擇249
11.5.1聯軸器的選擇249
11.5.2離合器的選擇250
本章小結251
習題251
第12章螺紋連接與螺旋傳動252
12.1螺紋的主要參數及類型253
12.1.1螺紋的主要參數253
12.1.2螺紋的類型254
12.2螺紋連接的類型及螺紋連接件255
12.2.1螺紋連接的主要類型255
12.2.2螺紋連接件257
12.3螺紋連接的預緊和防松257
12.3.1螺紋連接的預緊257
12.3.2螺紋連接的防松258
12.4單個螺栓連接的強度計算259
12.4.1受拉螺栓連接的強度計算259
12.4.2受剪螺栓連接的強度計算264
12.4.3螺紋連接的常用材料與許用應力264
12.5螺栓組連接的設計與受力分析266
12.5.1受軸向載荷FΣ的螺栓組連接266
12.5.2受橫向載荷FΣ的螺栓組連接266
12.5.3受橫向力矩T的螺栓組連接268
12.5.4受翻轉力矩M的螺栓組連接269
12.5.5螺栓組連接的工程應用270
12.6提高螺栓連接強度的措施272
12.7螺旋傳動273
12.7.1螺旋傳動的類型、特點及應用273
12.7.2螺旋傳動的特點及應用274
12.8螺旋傳動的設計計算274
12.8.1滑動螺旋副的結構與材料275
12.8.2滑動螺旋副的耐磨性計算276
12.8.3滑動螺旋副的強度計算277
12.8.4受壓螺桿的穩定性計算278
12.9其他螺旋傳動簡介278
12.9.1滾動螺旋傳動簡介278
12.9.2靜壓螺旋傳動簡介279
本章小結279
習題280
第13章彈簧282
13.1彈簧的功用與類型282
13.1.1彈簧的功用282
13.1.2彈簧的類型283
13.2彈簧的材料與制造283
13.2.1彈簧的材料及許用應力283
13.2.2彈簧的制造285
13.3圓柱形螺旋壓縮、拉伸彈簧的應力分析285
13.3.1彈簧的應力285
13.3.2彈簧的變形286
13.4圓柱形螺旋壓縮、拉伸彈簧的設計286
13.4.1彈簧的結構與幾何尺寸286
13.4.2彈簧的設計計算289
13.5其他彈簧簡介291
13.5.1圓柱螺旋扭轉彈簧291
13.5.2蝶形彈簧291
本章小結292
習題292
參考文獻294
前 言
本書是在滿足高等學校機械類專業機械設計課程教學基本要求的前提下，以學生就業急需的專業知識和操作技能為著眼點，在編寫過程中加入當前最新的工程實例，以工程應用實例來導入各章的知識要點，便于學生掌握。
本書的創新點主要體現在以下幾點：
(1)內容的更新——將最新的知識、最新的科技進展寫入教材，采用最新的國家標準，并將最新教改成果體現在教材中。例如滾動軸承的畫法等均采用最新國家標準。
(2)知識體系實用有效——以學生就業所需的專業知識和操作技能為著眼點，在適度基礎知識與理論體系覆蓋下，著重講解應用型本科人才和卓越工程師培養所需的內容和關鍵點，知識點講解順序也根據實際情況進行大膽的調整，突出了實用性和可操作性。并與就業市場結合，與時俱進，讓學生學而有用，學而能用。例如我們將傳統的章節編排順序做了大膽的改革。為了與機械原理等前面課程的銜接，我們將機械傳動調整到第2～5章，將第8章“軸轂連接”放到軸系設計中去講，“螺紋連接與螺旋傳動”放到后面第12章來講。這樣做的目的是，讓學生清楚該課程在整個專業體系中的重要地位，以最大限度引起學生的興趣，幫助學生充分理解新知識并與以前學過的內容相融合。
(3)教材的編寫形式有所創新——在每一章起始都設置了【本章知識要點】和【導入案例】，以幫助學生能夠很快地了解本章的重點、難點。以工程應用實例或生活類案例來導出各章的知識點。提高學生對理論學習的興趣和效果，同時加大了培養工程意識和工程能力的作用。在每一章最后還加入了【本章小結】和【閱讀材料】，從而擴大了學生的視野。
(4)編寫了與工程實際相結合的多種例題和習題——為了與實際設計相一致，各章的例題的計算格式，采用課程設計計算說明書的格式書寫，方便學生做課程設計和畢業設計。習題類型更加多樣化，包括選擇題、簡答題、判斷題、設計計算題、思考題等，并加入了近年來一些高校考研題，以方便準備考研的學生學習。
參加本書編寫的老師有張永清（第1、5、6、9、10章）、郭宏亮（第2章）、任玉燦（第4、7章）、戴俊（第3、8章）、魏云平（第11、12、13章）。本書由張永清擔任主編，任玉燦擔任副主編。
盡管我們為本書的編寫付出十分的努力和心血，但疏漏和不當之處在所難免，敬請讀者批評指正。
新書資訊