一部顺应中国制造2025智能装备新要求、技术先进、数据可靠的现代化机械设计工具书，从新时代机械设计人员的实际需求出发，追求现代感，兼顾实用性、通用性，准确性，涵盖了各种常规和通用的机械设计技术资料，贯彻了新的国家及行业标准，推荐了国内外先进、智能、节能、通用的产品。

《现代机械设计手册》第一版自2011年3月出版以来，赢得了机械设计人员、工程技术人员和高等院校专业师生广泛的青睐和好评，荣获了2011年全国优秀畅销书（科技类）。同时，因其在机械设计领域重要的科学价值、实用价值和现实意义，《现代机械设计手册》还荣获2009年国家出版基金资助和2012年中国机械工业科学技术奖。

《现代机械设计手册》第一版出版距今已经8年，在这期间，我国的装备制造业发生了许多重大的变化，尤其是2015年国家部署并颁布了实现中国制造业发展的十年行动纲领中国制造2025，发布了针对中国制造2025的五大工程实施指南，为机械制造业的未来发展指明了方向。在国家政策号召和驱使下，我国的机械工业获得了快速的发展，自主创新的能力不断加强，一批高技术、高性能、高精尖的现代化装备不断涌现，各种新材料、新工艺、新结构、新产品、新方法、新技术不断产生、发展并投入实际应用，大大提升了我国机械设计与制造的技术水平和国际竞争力。《现代机械设计手册》第二版最重要的原则就是紧密结合中国制造2025国家规划和创新驱动发展战略，在内容上与时俱进，全面体现创新、智能、节能、环保的主题，进一步呈现机械设计的现代感。鉴于此，《现代机械设计手册》第二版被列入了十三五国家重点出版物规划项目。

在本版手册的修订过程中，我们广泛深入机械制造企业、设计院、科研院所和高等院校进行调研，听取各方面读者的意见和建议，最终确定了《现代机械设计手册》第二版的根本宗旨：一方面，新版手册进一步加强机、电、液、控制技术的有机融合，以全面适应机器人等智能化装备系统设计开发的新要求；另一方面，随着现代机械设计方法和工程设计软件的广泛应用和普及，新版手册继续促进传动设计与现代设计的有机结合，将各种新的设计技术、计算技术、设计工具全面融入传统的机械设计实际工作中。

《现代机械设计手册》第二版共6卷35篇，它是一部面向中国制造2025，适应智能装备设计开发新要求、技术先进、数据可靠、符合现代机械设计潮流的现代化的机械设计大型工具书，涵盖现代机械零部件及传动设计、智能装备及控制设计、现代机械设计方法及应用三部分内容，具有以下六大特色。

1.权威性。《现代机械设计手册》阵容强大，编、审人员大都来自设计、生产、教学和科研第一线，具有深厚的理论功底、丰富的设计实践经验。他们中很多人都是所属领域的知名专家，在业内有广泛的影响力和知名度，获得过多项国家和省部级科技进步奖、发明奖和技术专利，承担了许多机械领域国家重要的科研和攻关项目。这支专业、权威的编审队伍确保了手册准确、实用的内容质量。

2.现代感。追求现代感，体现现代机械设计气氛，满足时代要求，是《现代机械设计手册》的基本宗旨。现代二字主要体现在：新标准、新技术、新材料、新结构、新工艺、新产品、智能化、现代的设计理念、现代的设计方法和现代的设计手段等几个方面。第二版重点加强机械智能化产品设计（3D打印、智能零部件、节能元器件）、智能装备（机器人及智能化装备）控制及系统设计、数字化设计等内容。

（1）零件结构设计等篇进一步完善零部件结构设计的内容，结合目前的3D打印（增材制造）技术，增加3D打印工艺下零件结构设计的相关技术内容。

机械工程材料篇增加3D打印材料以及新型材料的内容。

（2）机械零部件及传动设计各篇增加了新型智能零部件、节能元器件及其应用技术，例如滑动轴承篇增加了新型的智能轴承，润滑篇增加了微量润滑技术等内容。

（3）全面增加了工业机器人设计及应用的内容：新增了工业机器人系统设计篇；智能装备系统设计篇增加了工业机器人应用开发的内容；机构篇增加了自动化机构及机构创新的内容；减速器、变速器篇增加了工业机器人减速器选用设计的内容；带传动、链传动篇增加并完善了工业机器人适用的同步带传动设计的内容；齿轮传动篇增加了RV减速器传动设计、谐波齿轮传动设计的内容等。

（4）气压传动与控制液压传动与控制篇重点加强并完善了控制技术的内容，新增了气动系统自动控制、气动人工肌肉、液压和气动新型智能元器件及新产品等内容。

（5）继续加强第5卷机电控制系统设计的相关内容：除增加工业机器人系统设计篇外，原机电一体化系统设计篇充实扩充形成智能装备系统设计篇，增加并完善了智能装备系统设计的相关内容，增加智能装备系统开发实例等。

传感器篇增加了机器人传感器、航空航天装备用传感器、微机械传感器、智能传感器、无线传感器的技术原理和产品，加强传感器应用和选用的内容。

控制元器件和控制单元篇和电动机篇全面更新产品，重点推荐了一些新型的智能和节能产品，并加强产品选用的内容。

（6）第6卷进一步加强现代机械设计方法应用的内容：在3D打印、数字化设计等智能制造理念的倡导下，逆向设计数字化设计等篇全面更新，体现了智能工厂的全数字化设计的时代特征，增加了相关设计应用实例。

增加绿色设计篇；创新设计篇进一步完善了机械创新设计原理，全面更新创新实例。

（7）在贯彻新标准方面，收录并合理编排了目前最新颁布的国家和行业标准。

3.实用性。新版手册继续加强实用性，内容的选定、深度的把握、资料的取舍和章节的编排，都坚持从设计和生产的实际需要出发：例如机械零部件数据资料主要依据最新国家和行业标准，并给出了相应的设计实例供设计人员参考；第5卷机电控制设计部分，完全站在机械设计人员的角度来编写注重产品如何选用，摒弃或简化了控制的基本原理，突出机电系统设计，控制元器件、传感器、电动机部分注重介绍主流产品的技术参数、性能、应用场合、选用原则，并给出了相应的设计选用实例；第6卷现代机械设计方法中简化了烦琐的数学推导，突出了最终的计算结果，结合具体的算例将设计方法通俗地呈现出来，便于读者理解和掌握。

为方便广大读者的使用，手册在具体内容的表述上，采用以图表为主的编写风格。这样既增加了手册的信息容量，更重要的是方便了读者的查阅使用，有利于提高设计人员的工作效率和设计速度。

为了进一步增加手册的承载容量和时效性，本版修订将部分篇章的内容放入二维码中，读者可以用手机扫描查看、下载打印或存储在PC端进行查看和使用。二维码内容主要涵盖以下几方面的内容：即将被废止的旧标准（新标准一旦正式颁布，会及时将二维码内容更新为新标准的内容）；部分推荐产品及参数；其他相关内容。

4.通用性。本手册以通用的机械零部件和控制元器件设计、选用内容为主，主要包括机械设计基础资料、机械制图和几何精度设计、机械工程材料、机械通用零部件设计、机械传动系统设计、液压和气压传动系统设计、机构设计、机架设计、机械振动设计、智能装备系统设计、控制元器件和控制单元等，既适用于传统的通用机械零部件设计选用，又适用于智能化装备的整机系统设计开发，能够满足各类机械设计人员的工作需求。

5.准确性。本手册尽量采用原始资料，公式、图表、数据力求准确可靠，方法、工艺、技术力求成熟。所有材料、零部件和元器件、产品和工艺方面的标准均采用最新公布的标准资料，对于标准规范的编写，手册没有简单地照抄照搬，而是采取选用、摘录、合理编排的方式，强调其科学性和准确性，尽量避免差错和谬误。所有设计方法、计算公式、参数选用均经过长期检验，设计实例、各种算例均来自工程实际。手册中收录通用性强、标准化程度高的产品，供设计人员在了解企业实际生产品种、规格尺寸、技术参数，以及产品质量和用户的实际反映后选用。

6.全面性。本手册一方面根据机械设计人员的需要，按照基本、常用、重要、发展的原则选取内容，另一方面兼顾了制造企业和大型设计院两大群体的设计特点，即制造企业侧重基础性的设计内容，而大型的设计院、工程公司侧重于产品的选用。因此，本手册力求实现零部件设计与整机系统开发的和谐统一，促进机械设计与控制设计的有机融合，强调产品设计与工艺技术的紧密结合，重视工艺技术与选用材料的合理搭配，倡导结构设计与造型设计的完美统一，以全面适应新时代机械新产品设计开发的需要。

经过广大编审人员和出版社的不懈努力，新版《现代机械设计手册》将以崭新的风貌和鲜明的时代气息展现在广大机械设计工作者面前。值此出版之际，谨向所有给过我们大力支持的单位和各界朋友表示衷心的感谢！



主编

第2篇 零件结构设计

第1章零件结构设计的基本要求和内容

1.1机械零件结构设计的基本要求2-3

1.1.1功能使用要求2-3

1.1.2零件结构设计工艺性要求2-3

1.1.3其他要求2-3

1.2结构设计的内容2-3

1.2.1满足功能要求的结构设计2-3

1.2.1.1利用功能面的结构设计2-3

1.2.1.2利用自由度分析法的零件结构设计2-3

1.2.1.3功能面法结构设计示例2-6

1.2.1.4自由度法结构分析及示例2-8

1.2.1.5现代机械结构及功能分析示例2-9

1.2.2满足工作能力要求的结构设计2-12

1.2.2.1提高强度和刚度的结构设计2-12

1.2.2.2提高耐磨性的结构设计2-19

1.2.2.3提高精度的结构设计2-22

1.2.2.4考虑发热、噪声、腐蚀等问题的结构设计2-25



第2章铸件结构设计工艺性

2.1常用铸造金属材料和铸造方法2-29

2.1.1常用铸造金属材料的铸造性和铸件的结构特点2-29

2.1.2常用铸造方法的特点和应用范围2-30

2.2铸件结构设计工艺性的要求2-32

2.2.1简化铸造工艺2-32

2.2.2提高铸造性能2-39

2.2.3受力合理2-43

2.2.4便于切削加工2-44

2.2.5组合铸件2-46

2.3对铸造结构要素的具体尺寸要求2-47

2.3.1铸件壁厚2-47

2.3.2加强肋2-47

2.3.3壁的连接与过渡2-49

2.3.4孔边凸台、内腔、铸孔2-53

2.3.5铸件尺寸公差2-55

2.4特种铸造对铸件结构设计工艺性的要求2-56

2.4.1压力铸件的结构工艺性2-56

2.4.2熔模铸件的结构特点2-57

2.4.3金属型铸件的结构特点2-59

2.5组合铸件结构2-59

2.6铸件缺陷与改进措施2-62

2.7铸造技术发展趋势及现代精确铸造技术2-71



第3章锻压件结构设计工艺性

3.1锻造方法与金属的可锻性2-82

3.1.1各种锻造方法及其特点2-82

3.1.2金属材料的可锻性2-84

3.2锻造方法对锻件结构设计工艺性的要求2-85

3.2.1自由锻件的结构设计工艺性2-85

3.2.2模锻件的结构设计工艺性2-87

3.2.2.1模锻件的结构要素（JB/T 91772015）2-88

3.2.2.2锻件尺寸标注及其测量法2-91

3.3模锻件结构设计的注意事项2-91



第4章冲压件结构设计工艺性

4.1冲压方法和冲压材料的选用2-96

4.1.1冲压的基本工序2-96

4.1.2冲压材料的选用2-98

4.2冲压件结构设计的基本参数2-99

4.2.1冲裁件2-99

4.2.2弯曲件2-102

4.2.3拉伸件2-104

4.2.4成形件2-105

4.3冲压件的尺寸和角度、形状和位置的相关公差与极限偏差2-108

4.4冲压件结构设计的注意事项2-113



第5章切削件结构设计工艺性

5.1金属材料的切削加工性2-118

5.2切削件结构设计工艺性2-120

5.2.1保证加工质量2-120

5.2.2减少切削加工量2-126

5.2.3提高加工效率2-126

5.2.4减少生产准备和辅助工时2-133

5.2.5结构的精度设计及尺寸标注符合加工能力和工艺性要求2-141

5.3金属切削件结构设计中的常用标准2-148

5.3.1标准尺寸2-148

5.3.2圆锥的锥度与锥角系列2-149

5.3.3棱体的角度与斜度2-150

5.3.4中心孔2-151

5.3.5零件倒圆与倒角2-152

5.3.6球面半径2-153

5.3.7滚花2-153

5.3.8砂轮越程槽2-154

5.3.9刨切、插、珩磨越程槽2-155

5.3.10退刀槽2-155

5.3.11插齿、滚齿退刀槽2-157

5.3.12T形槽2-158

5.3.13燕尾槽2-160

5.3.14润滑槽2-160

5.3.15锯缝尺寸2-161

5.3.16弧形槽端部半径2-161

5.3.17普通螺纹收尾、肩距、退刀槽和倒角（GB/T 31997）2-162

5.3.18紧固件用孔2-164

5.4切削件结构工艺性设计注意事项2-166



第6章热处理零件设计的工艺性要求

6.1零件热处理方法的选择2-170

6.1.1退火与正火2-170

6.1.2淬火与回火2-171

6.1.3表面淬火2-171

6.1.4钢的化学热处理2-171

6.2影响热处理零件结构设计工艺性的因素2-175

6.2.1零件材料的热处理性能2-175

6.2.2零件的几何形状、尺寸大小和表面质量2-176

6.3对零件的热处理要求的表达2-176

6.3.1在工作图上应标明的热处理要求2-176

6.3.2金属热处理工艺分类及代号2-177

6.4热处理零件结构设计的注意事项2-178

6.4.1防止热处理零件开裂的注意事项2-178

6.4.2防止热处理零件变形的注意事项2-181

6.4.3防止热处理零件硬度不均的注意事项2-183

6.5几类典型零件的热处理实例2-185



第7章快速成形零件的加工工艺性

7.1快速成形制造技术的原理、特点及应用2-192

7.2快速成形制造用材料2-192

7.2.1快速成形对材料的要求2-192

7.2.2快速成形材料的分类和使用方法2-193

7.2.3国外主要快速成形材料的产品及用途2-193

7.2.4国内主要快速成形材料的产品及用途2-193

7.3金属粉末的激光快速成形工艺参数对成形精度的影响2-195

7.3.1激光烧结工艺参数对成形精度的影响2-195

7.3.2激光烧结快速成形精度的评价方法和标准2-197

7.4快速成形设备技术参数、加工精度2-198



第8章其他材料零件及焊接件的结构设计工艺性

8.1粉末冶金件结构设计工艺性2-201

8.1.1粉末冶金材料的分类和选用2-201

8.1.2传统粉末冶金零件制造工艺2-201

8.1.3可以压制成形的粉末冶金零件结构2-205

8.1.4需要机械加工辅助成形的粉末冶金零件结构2-206

8.1.5粉末冶金零件结构设计的基本参数2-206

8.1.6粉末冶金零件的形位公差及标注2-208

8.1.7粉末冶金零件结构设计的注意事项2-210

8.2工程塑料件结构设计工艺性2-212

8.2.1工程塑料的选用2-212

8.2.2工程塑料件的制造方法2-212

8.2.3工程塑料零件设计的基本参数2-214

8.2.4工程塑料零件结构设计的注意事项2-216

8.3橡胶件结构设计的工艺性2-218

8.3.1橡胶件材料的选用2-218

8.3.2橡胶件结构与参数2-218

8.3.3橡胶件的精度2-220

8.3.4胶辊尺寸公差2-223

8.3.5橡胶制品的尺寸测量2-226

8.4焊接件结构设计工艺性2-226

8.4.1常用金属的焊接性2-226

8.4.2焊接方法及适用范围2-228

8.4.3焊接接头的形式2-232

8.4.4焊接坡口的基本形式与尺寸2-233

8.4.5焊接件结构的设计原则和注意事项2-239

8.4.6焊接件的几何尺寸与形状公差2-241



第9章零部件设计的装配与维修工艺性要求

9.1一般装配对零部件结构设计工艺性的要求2-243

9.1.1组成单独的部件或装配单元2-243

9.1.2结合工艺特点考虑结构的合理性2-244

9.1.3便于装配操作2-245

9.1.4便于拆卸和维修2-247

9.2零部件的维修工艺性要求2-250

9.2.1保证拆卸的方便性2-250

9.2.2考虑零件磨损后修复的可能性和方便性2-250

9.2.3减少机器的停工维修时间2-251

9.3过盈配合结构的装配工艺性2-252

9.4自动装配对零部件结构设计的要求2-254



参考文献2-259



第12篇 机械零部件设计禁忌

第1章连接零部件设计禁忌

1.1螺纹连接12-3

1.1.1螺纹类型选择禁忌12-3

1.1.2螺纹连接类型选用禁忌12-4

1.1.3螺栓组连接的受力分析禁忌12-6

1.1.4螺纹连接的结构设计禁忌12-7

1.1.5提高螺栓连接强度、刚度设计禁忌12-12

1.1.6螺纹连接的防松方法设计禁忌12-14

1.2键连接12-15

1.2.1平键连接设计禁忌12-15

1.2.2斜键与半圆键设计禁忌12-17

1.3花键连接12-18

1.4销连接12-19

1.5过盈连接12-21

1.6焊接12-25

1.7胶接12-32

1.8铆接12-35



第2章传动零部件设计禁忌

2.1带传动12-37

2.1.1带传动形式选择禁忌12-37

2.1.2带轮结构设计技巧与禁忌12-38

2.1.2.1平带传动的小带轮结构设计技巧与禁忌12-38

2.1.2.2V带轮结构设计技巧与禁忌12-38

2.1.2.3同步带轮结构设计技巧与禁忌12-39

2.1.3带传动设计技巧与禁忌12-39

2.1.4带传动张紧设计技巧与禁忌12-41

2.1.4.1使用张紧轮的张紧装置12-42

2.1.4.2定期张紧装置长外伸轴的支承12-43

2.1.4.3自动张紧装置12-43

2.1.4.4带传动支承装置要便于更换带12-44

2.1.5带传动设计案例12-44

2.2链传动12-45

2.2.1滚子链和链轮结构设计禁忌12-45

2.2.2链传动设计禁忌12-46

2.2.3链传动的布置、张紧和润滑禁忌12-47

2.2.4链传动设计案例12-49

2.3齿轮传动12-51

2.3.1齿轮机构中应注意的问题与禁忌12-51

2.3.2齿轮传动的失效形式及设计准则中应注意的问题与禁忌12-52

2.3.3降低载荷系数的措施与禁忌12-53

2.3.3.1减小动载系数Kv的措施12-53

2.3.3.2减小齿间载荷分配系数K的措施12-54

2.3.3.3减小齿向载荷分布系数K的措施12-54

2.3.4齿轮传动的强度计算应注意的问题与禁忌12-55

2.3.5齿轮结构设计禁忌12-57

2.3.5.1从齿轮受力合理性考虑齿轮结构的设计禁忌12-57

2.3.5.2从齿轮制造工艺性考虑齿轮结构的设计禁忌12-62

2.3.6齿轮传动的润滑技巧与禁忌12-64

2.3.7齿轮传动设计案例12-66

2.4蜗杆传动12-70

2.4.1蜗杆传动设计技巧与禁忌12-70

2.4.2蜗杆传动的润滑及散热技巧与禁忌12-72

2.4.3蜗杆传动设计案例12-74

2.5滑动螺旋传动12-76

2.5.1螺旋传动材料选择禁忌12-76

2.5.2滑动螺旋传动设计计算技巧与禁忌12-78

2.5.3螺旋千斤顶结构设计技巧与禁忌12-78

2.6减速器12-79

2.6.1常用减速器形式选择禁忌12-79

2.6.1.1二级展开式圆柱齿轮减速器形式选择禁忌12-79

2.6.1.2分流式二级圆柱齿轮减速器形式选择禁忌12-80

2.6.1.3同轴式二级圆柱齿轮减速器选型分析12-82

2.6.1.4圆锥-圆柱齿轮减速器形式选择及禁忌12-82

2.6.1.5蜗杆减速器选型分析对比12-83

2.6.1.6蜗杆-齿轮减速器选型分析对比12-83

2.6.2减速器传动比分配禁忌12-84

2.6.2.1尽量使传动装置外廓尺寸紧凑或重量较小12-84

2.6.2.2尽量使各级大齿轮浸油深度合理12-84

2.6.2.3使各级传动承载能力近于相等的传动比分配原则12-85

2.6.2.4禁忌各传动件彼此之间发生干涉碰撞12-85

2.6.2.5提高传动精度的传动比分配原则12-86

2.6.3减速器的箱体结构设计禁忌12-87

2.6.3.1保证箱体刚度的结构禁忌12-87

2.6.3.2箱体结构要具有良好的工艺性12-88

2.6.4减速器的润滑设计禁忌12-90

2.6.4.1油池深度的设计禁忌12-90

2.6.4.2输油沟与轴承盖导油孔的设计禁忌12-91

2.6.4.3油面指示装置设计12-92

2.6.5减速器分箱面结构设计禁忌12-93

2.6.6窥视孔与通气器的结构设计禁忌12-94

2.6.7起吊装置的设计禁忌12-95

2.6.8放油装置的设计禁忌12-95



第3章轴系零部件设计禁忌

3.1轴12-97

3.1.1轴的强度计算禁忌12-97

3.1.1.1轴上传动零件作用力方向判断禁忌12-97

3.1.1.2传动零件作用力所处平面判断禁忌12-98

3.1.1.3弯矩图绘制禁忌12-99

3.1.1.4转矩图绘制禁忌12-102

3.1.2轴的结构设计禁忌12-102

3.1.2.1符合力学要求的轴上零件布置禁忌12-103

3.1.2.2合理的轴上零件装配方案禁忌12-104

3.1.2.3轴上零件的定位与固定禁忌12-105

3.1.2.4轴的结构工艺性设计禁忌12-109

3.1.2.5提高轴的疲劳强度措施及禁忌12-111

3.1.2.6空心轴的结构设计及禁忌12-112

3.1.3轴的刚度计算及相关结构禁忌12-113

3.1.3.1轴的刚度计算12-113

3.1.3.2轴的刚度与轴上零件布置设计禁忌12-114

3.1.3.3轴的刚度与轴上零件结构设计禁忌12-116

3.2滑动轴承12-116

3.2.1滑动轴承支撑结构设计禁忌12-116

3.2.2滑动轴承的固定禁忌12-118

3.2.3滑动轴承的安装与拆卸禁忌12-119

3.2.4滑动轴承的调整禁忌12-121

3.2.5滑动轴承的供油禁忌12-122

3.2.5.1滑动轴承油孔的设计禁忌12-122

3.2.5.2滑动轴承油沟的设计禁忌12-123

3.2.5.3滑动轴承油路的设计禁忌12-124

3.2.6防止滑动轴承阶梯磨损禁忌12-125

3.3滚动轴承12-126

3.3.1滚动轴承类型选择禁忌12-126

3.3.1.1滚动轴承类型选择应考虑受力合理12-126

3.3.1.2轴系刚性与轴承类型选择禁忌12-128

3.3.1.3高转速条件下滚动轴承类型选择禁忌12-129

3.3.2滚动轴承承载能力计算禁忌12-129

3.3.2.1滚动轴承轴向载荷计算禁忌12-129

3.3.2.2滚动轴承径向载荷计算禁忌12-132

3.3.2.3滚动轴承当量动载荷计算禁忌12-133

3.3.2.4滚动轴承承载能力计算禁忌12-133

3.3.3滚动轴承轴系支承固定形式设计禁忌12-134

3.3.4滚动轴承的配置设计禁忌12-136

3.3.4.1角接触轴承正装与反装的性能对比12-136

3.3.4.2轴承配置对提高轴系旋转精度的设计禁忌12-137

3.3.5滚动轴承对轴上零件位置的调整设计禁忌12-139

3.3.6滚动轴承的配合禁忌12-139

3.3.7滚动轴承的装配禁忌12-140

3.3.8滚动轴承的拆卸禁忌12-143

3.3.9滚动轴承的润滑禁忌12-144

3.3.10滚动轴承的密封禁忌12-145

3.4联轴器与离合器12-148

3.4.1联轴器类型选择禁忌12-148

3.4.2联轴器位置设计禁忌12-150

3.4.3联轴器结构设计禁忌12-151

3.4.4离合器设计禁忌12-153



参考文献12-156