本书主要介绍机械设计的基本知识、基本理论和基本方法，并根据教育部课程教学改革指南的精神，适度扩展一些创新内容。全书共13章：第1章为机械设计总论；第2～5章为机械传动设计；第6章为机械设计中的综合约束条件；第7～11章为机械设计中的轴系设计；第12章为螺纹连接与螺旋传动；第13章为弹簧。
本书论述重点是各种机械传动和通用零部件的工作原理、基本结构、载荷和应力状况、损伤和失效形式及其分析，对材料和主要参数的选择、承载能力的计算、各种机械传动的比较、适用场所及合理选择等做了详细的说明。

张永清，教授，从教30多年，主要从事高校机械设计制造及自动化专业教学、人才培养目标及创新实践的研究。被中国人工智能学会接收为可拓工程专业委员会会员，中国人工智能学会智能机器人专业委员会会员。

第1章机械设计总论1

1.1机器的构成及本课程的性质、研究对象和任务2

1.1.1机器的一般构成2

1.1.2机械设计课程的性质3

1.1.3机械设计课程的研究对象4

1.1.4机械设计课程的任务4

1.2机械设计的一般程序5

1.2.1现代机械设计的特点5 第1章机械设计总论1

1.1机器的构成及本课程的性质、研究对象和任务2

1.1.1机器的一般构成2

1.1.2机械设计课程的性质3

1.1.3机械设计课程的研究对象4

1.1.4机械设计课程的任务4

1.2机械设计的一般程序5

1.2.1现代机械设计的特点5

1.2.2机械设计的创新与优化5

1.2.3机械设计的经济性问题7

1.2.4机械设计中的可持续发展问题7

1.2.5机械设计的一般程序及基本要求8

本章小结10

习题11

第2章带传动12

2.1带传动的类型、特点及应用13

2.1.1带传动的类型与结构13

2.1.2带传动的特点16

2.2带传动工作情况分析16

2.2.1带传动的受力分析16

2.2.2带传动的应力分析18

2.2.3带的弹性滑动与打滑19

2.3V带传动的设计计算20

2.3.1V带传动的失效形式和设计准则20

2.3.2V带传动的设计步骤21

2.4V带轮的设计30

2.4.1V带轮的设计基本要求30

2.4.2V带轮的材料30

2.4.3V带轮的结构尺寸30

2.5V带轮传动的张紧方式32

2.5.1定期张紧32

2.5.2自动张紧33

2.5.3张紧轮张紧33

2.6其他带传动简介34

2.6.1高速带传动34

2.6.2同步带传动34

本章小结36

习题37

第3章链传动39

3.1概述40

3.2链传动的零件和材料40

3.2.1传动链40

3.2.2链轮44

3.2.3链和链轮的材料45

3.3链传动的运动特性46

3.3.1链传动的运动不均匀性46

3.3.2链传动的动载荷47

3.4链传动的受力分析48

3.5链传动的计算49

3.5.1额定功率曲线49

3.5.2额定功率49

3.5.3主要参数的选择51

3.5.4链传动的静强度计算52

3.6链传动的合理布置和润滑53

本章小结55

习题55

第4章齿轮传动58

4.1齿轮失效形式及设计准则59

4.1.1齿轮的工作条件与齿面硬度59

4.1.2齿轮失效形式及设计准则59

4.2齿轮材料及热处理62

4.2.1齿轮材料及其选用63

4.2.2齿轮的热处理63

4.3直齿圆柱齿轮传动的受力分析和计算载荷65

4.3.1轮齿的受力分析65

4.3.2计算载荷66

4.4直齿圆柱齿轮传动强度计算70

4.4.1直齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算70

4.4.2直齿圆柱齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度计算75

4.4.3齿轮传动的设计参数与精度的选择80

4.4.4直齿圆柱齿轮传动工程应用82

4.5斜齿圆柱齿轮传动强度计算特点84

4.5.1轮齿上的作用力85

4.5.2强度计算86

4.5.3斜齿圆柱齿轮传动工程应用88

4.6直齿圆锥齿轮的传动强度计算特点90

4.6.1齿轮的受力分析91

4.6.2强度计算92

4.6.3直齿圆锥齿轮传动工程应用93

4.7齿轮的结构设计96

4.7.1齿轮轴97

4.7.2实心式齿轮和腹板式齿轮97

4.7.3轮辐式齿轮98

4.8齿轮传动的润滑99

4.9其他齿轮传动简介101

4.9.1圆弧齿轮传动简介101

4.9.2曲线齿圆锥齿轮传动简介102

本章小结103

习题103

第5章蜗杆传动108

5.1蜗杆传动的材料和失效形式109

5.1.1蜗杆传动的材料109

5.1.2蜗杆传动的失效形式109

5.1.3蜗杆传动的结构设计110

5.2普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算111

5.2.1普通圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择111

5.2.2蜗杆传动的几何尺寸计算113

5.3蜗杆传动的受力分析和强度计算115

5.3.1受力分析115

5.3.2强度计算116

5.3.3刚度计算120

5.3.4普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择120

5.4蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算121

5.4.1蜗杆传动的效率和润滑121

5.4.2蜗杆传动的热平衡计算122

5.5蜗杆传动工程应用123

本章小结126

习题126

第6章机械设计中的综合约束条件128

6.1概述128

6.1.1技术性能约束条件129

6.1.2标准化约束条件129

6.1.3可靠性约束条件130

6.1.4安全性约束条件130

6.2机械设计中的强度约束条件130

6.2.1载荷与应力的分类131

6.2.2静应力作用下的强度约束条件132

6.2.3变应力作用下的强度约束条件133

6.3机械结构的工艺性135

6.3.1设计与加工工艺的关系135

6.3.2毛坯件的成形方法136

6.3.3装配工艺性137

本章小结140

习题140

第7章轴142

7.1概述142

7.1.1轴的分类143

7.1.2轴设计的主要内容144

7.1.3轴的材料145

7.2轴的结构设计146

7.2.1拟定轴上零件的装配方案146

7.2.2轴上零件的定位147

7.2.3各轴段尺寸的确定149

7.2.4提高轴的强度的常用措施150

7.2.5轴的结构工艺性151

7.3轴的计算152

7.3.1轴的强度校核计算152

7.3.2轴的刚度校核计算155

本章小结160

习题161

第8章轴毂连接163

8.1键连接164

8.1.1平键连接164

8.1.2半圆键连接165

8.1.3楔键连接165

8.1.4切向键连接166

8.1.5键连接的类型选择和强度计算166

8.2花键连接169

8.2.1花键连接的类型和特点170

8.2.2花键连接的设计170

8.3销连接的类型及应用172

本章小结173

习题174

第9章滚动轴承176

9.1概述177

9.2滚动轴承的类型代号及选择178

9.2.1滚动轴承的类型特点178

9.2.2滚动轴承的代号181

9.2.3滚动轴承类型的选择183

9.3滚动轴承的失效形式和计算准则184

9.3.1滚动轴承工作时的载荷分布184

9.3.2滚动轴承的失效形式及计算准则185

9.4滚动轴承的选择计算186

9.4.1滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷186

9.4.2滚动轴承的寿命计算公式186

9.4.3滚动轴承的当量动载荷计算188

9.4.4角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷Fa的计算189

9.4.5同一支点成对安装同型号向心角接触轴承的计算特点192

9.5滚动轴承的静载荷计算193

9.5.1极限转速校核193

9.5.2静强度校核193

9.6滚动轴承的组合设计195

9.6.1支承结构形式及其选择195

9.6.2滚动轴承的固定196

9.6.3滚动轴承组合的调整197

9.6.4提高轴系的支承刚度198

9.6.5滚动轴承的配合199

9.6.6滚动轴承的润滑200

9.6.7滚动轴承的密封200

本章小结202

习题202

第10章滑动轴承205

10.1机械设计中的摩擦、磨损和润滑205

10.1.1机械中的摩擦206

10.1.2机械中的磨损207

10.1.3机械中的润滑208

10.2滑动轴承概述209

10.2.1滑动轴承的特点与分类209

10.2.2滑动轴承的设计内容210

10.2.3滑动轴承的摩擦润滑状态210

10.3滑动轴承的结构形式211

10.3.1向心滑动轴承211

10.3.2推力滑动轴承212

10.4滑动轴承的材料212

10.4.1轴瓦对材料的性能要求213

10.4.2滑动轴承的材料213

10.4.3轴瓦的结构216

10.5滑动轴承的润滑剂和润滑装置217

10.5.1润滑剂及其性能指标217

10.5.2润滑剂的选择219

10.5.3润滑方法220

10.6不完全液体摩擦滑动轴承的计算222

10.6.1向心滑动轴承222

10.6.2推力滑动轴承223

10.7液体动力润滑向心滑动轴承设计计算223

10.7.1流体动力润滑的基本方程224

10.7.2向心滑动轴承形成液体动力润滑的过程226

10.7.3液体动力润滑向心滑动轴承设计步骤232

10.8其他轴承简介234

10.8.1多油楔轴承简介234

10.8.2静压轴承与空气轴承简介235

本章小结236

习题236

第11章联轴器与离合器238

11.1联轴器与离合器的分类和应用239

11.1.1联轴器与离合器的分类239

11.1.2联轴器和离合器计算转矩的确定239

11.2刚性联轴器240

11.2.1刚性联轴器的特点240

11.2.2常用刚性联轴器简介240

11.3挠性联轴器242

11.3.1无弹性元件挠性联轴器242

11.3.2金属弹性元件挠性联轴器244

11.3.3非金属弹性元件挠性联轴器244

11.4常用离合器的类型及应用246

11.4.1牙嵌离合器247

11.4.2圆盘摩擦离合器247

11.4.3安全离合器248

11.5联轴器与离合器的选择249

11.5.1联轴器的选择249

11.5.2离合器的选择250

本章小结251

习题251

第12章螺纹连接与螺旋传动252

12.1螺纹的主要参数及类型253

12.1.1螺纹的主要参数253

12.1.2螺纹的类型254

12.2螺纹连接的类型及螺纹连接件255

12.2.1螺纹连接的主要类型255

12.2.2螺纹连接件257

12.3螺纹连接的预紧和防松257

12.3.1螺纹连接的预紧257

12.3.2螺纹连接的防松258

12.4单个螺栓连接的强度计算259

12.4.1受拉螺栓连接的强度计算259

12.4.2受剪螺栓连接的强度计算264

12.4.3螺纹连接的常用材料与许用应力264

12.5螺栓组连接的设计与受力分析266

12.5.1受轴向载荷FΣ的螺栓组连接266

12.5.2受横向载荷FΣ的螺栓组连接266

12.5.3受横向力矩T的螺栓组连接268

12.5.4受翻转力矩M的螺栓组连接269

12.5.5螺栓组连接的工程应用270

12.6提高螺栓连接强度的措施272

12.7螺旋传动273

12.7.1螺旋传动的类型、特点及应用273

12.7.2螺旋传动的特点及应用274

12.8螺旋传动的设计计算274

12.8.1滑动螺旋副的结构与材料275

12.8.2滑动螺旋副的耐磨性计算276

12.8.3滑动螺旋副的强度计算277

12.8.4受压螺杆的稳定性计算278

12.9其他螺旋传动简介278

12.9.1滚动螺旋传动简介278

12.9.2静压螺旋传动简介279

本章小结279

习题280

第13章弹簧282

13.1弹簧的功用与类型282

13.1.1弹簧的功用282

13.1.2弹簧的类型283

13.2弹簧的材料与制造283

13.2.1弹簧的材料及许用应力283

13.2.2弹簧的制造285

13.3圆柱形螺旋压缩、拉伸弹簧的应力分析285

13.3.1弹簧的应力285

13.3.2弹簧的变形286

13.4圆柱形螺旋压缩、拉伸弹簧的设计286

13.4.1弹簧的结构与几何尺寸286

13.4.2弹簧的设计计算289

13.5其他弹簧简介291

13.5.1圆柱螺旋扭转弹簧291

13.5.2蝶形弹簧291

本章小结292

习题292

参考文献294



9.2滚动轴承的类型代号及选择178

9.2.1滚动轴承的类型特点178

9.2.2滚动轴承的代号181

9.2.3滚动轴承类型的选择183

9.3滚动轴承的失效形式和计算准则184

9.3.1滚动轴承工作时的载荷分布184

9.3.2滚动轴承的失效形式及计算准则185

9.4滚动轴承的选择计算186

9.4.1滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷186

9.4.2滚动轴承的寿命计算公式186

9.4.3滚动轴承的当量动载荷计算188

9.4.4角接触球轴承和圆锥滚子轴承轴向载荷Fa的计算189

9.4.5同一支点成对安装同型号向心角接触轴承的计算特点192

9.5滚动轴承的静载荷计算193

9.5.1极限转速校核193

9.5.2静强度校核193

9.6滚动轴承的组合设计195

9.6.1支承结构形式及其选择195

9.6.2滚动轴承的固定196

9.6.3滚动轴承组合的调整197

9.6.4提高轴系的支承刚度198

9.6.5滚动轴承的配合199

9.6.6滚动轴承的润滑200

9.6.7滚动轴承的密封200

本章小结202

习题202

第10章滑动轴承205

10.1机械设计中的摩擦、磨损和润滑205

10.1.1机械中的摩擦206

10.1.2机械中的磨损207

10.1.3机械中的润滑208

10.2滑动轴承概述209

10.2.1滑动轴承的特点与分类209

10.2.2滑动轴承的设计内容210

10.2.3滑动轴承的摩擦润滑状态210

10.3滑动轴承的结构形式211

10.3.1向心滑动轴承211

10.3.2推力滑动轴承212

10.4滑动轴承的材料212

10.4.1轴瓦对材料的性能要求213

10.4.2滑动轴承的材料213

10.4.3轴瓦的结构216

10.5滑动轴承的润滑剂和润滑装置217

10.5.1润滑剂及其性能指标217

10.5.2润滑剂的选择219

10.5.3润滑方法220

10.6不完全液体摩擦滑动轴承的计算222

10.6.1向心滑动轴承222

10.6.2推力滑动轴承223

10.7液体动力润滑向心滑动轴承设计计算223

10.7.1流体动力润滑的基本方程224

10.7.2向心滑动轴承形成液体动力润滑的过程226

10.7.3液体动力润滑向心滑动轴承设计步骤232

10.8其他轴承简介234

10.8.1多油楔轴承简介234

10.8.2静压轴承与空气轴承简介235

本章小结236

习题236

第11章联轴器与离合器238

11.1联轴器与离合器的分类和应用239

11.1.1联轴器与离合器的分类239

11.1.2联轴器和离合器计算转矩的确定239

11.2刚性联轴器240

11.2.1刚性联轴器的特点240

11.2.2常用刚性联轴器简介240

11.3挠性联轴器242

11.3.1无弹性元件挠性联轴器242

11.3.2金属弹性元件挠性联轴器244

11.3.3非金属弹性元件挠性联轴器244

11.4常用离合器的类型及应用246

11.4.1牙嵌离合器247

11.4.2圆盘摩擦离合器247

11.4.3安全离合器248

11.5联轴器与离合器的选择249

11.5.1联轴器的选择249

11.5.2离合器的选择250

本章小结251

习题251

第12章螺纹连接与螺旋传动252

12.1螺纹的主要参数及类型253

12.1.1螺纹的主要参数253

12.1.2螺纹的类型254

12.2螺纹连接的类型及螺纹连接件255

12.2.1螺纹连接的主要类型255

12.2.2螺纹连接件257

12.3螺纹连接的预紧和防松257

12.3.1螺纹连接的预紧257

12.3.2螺纹连接的防松258

12.4单个螺栓连接的强度计算259

12.4.1受拉螺栓连接的强度计算259

12.4.2受剪螺栓连接的强度计算264

12.4.3螺纹连接的常用材料与许用应力264

12.5螺栓组连接的设计与受力分析266

12.5.1受轴向载荷FΣ的螺栓组连接266

12.5.2受横向载荷FΣ的螺栓组连接266

12.5.3受横向力矩T的螺栓组连接268

12.5.4受翻转力矩M的螺栓组连接269

12.5.5螺栓组连接的工程应用270

12.6提高螺栓连接强度的措施272

12.7螺旋传动273

12.7.1螺旋传动的类型、特点及应用273

12.7.2螺旋传动的特点及应用274

12.8螺旋传动的设计计算274

12.8.1滑动螺旋副的结构与材料275

12.8.2滑动螺旋副的耐磨性计算276

12.8.3滑动螺旋副的强度计算277

12.8.4受压螺杆的稳定性计算278

12.9其他螺旋传动简介278

12.9.1滚动螺旋传动简介278

12.9.2静压螺旋传动简介279

本章小结279

习题280

第13章弹簧282

13.1弹簧的功用与类型282

13.1.1弹簧的功用282

13.1.2弹簧的类型283

13.2弹簧的材料与制造283

13.2.1弹簧的材料及许用应力283

13.2.2弹簧的制造285

13.3圆柱形螺旋压缩、拉伸弹簧的应力分析285

13.3.1弹簧的应力285

13.3.2弹簧的变形286

13.4圆柱形螺旋压缩、拉伸弹簧的设计286

13.4.1弹簧的结构与几何尺寸286

13.4.2弹簧的设计计算289

13.5其他弹簧简介291

13.5.1圆柱螺旋扭转弹簧291

13.5.2蝶形弹簧291

本章小结292

习题292

参考文献294

前 言
本书是在满足高等学校机械类专业机械设计课程教学基本要求的前提下，以学生就业急需的专业知识和操作技能为着眼点，在编写过程中加入当前最新的工程实例，以工程应用实例来导入各章的知识要点，便于学生掌握。
　　本书的创新点主要体现在以下几点：
(1)内容的更新——将最新的知识、最新的科技进展写入教材，采用最新的国家标准，并将最新教改成果体现在教材中。例如滚动轴承的画法等均采用最新国家标准。
(2)知识体系实用有效——以学生就业所需的专业知识和操作技能为着眼点，在适度基础知识与理论体系覆盖下，着重讲解应用型本科人才和卓越工程师培养所需的内容和关键点，知识点讲解顺序也根据实际情况进行大胆的调整，突出了实用性和可操作性。并与就业市场结合，与时俱进，让学生学而有用，学而能用。例如我们将传统的章节编排顺序做了大胆的改革。为了与机械原理等前面课程的衔接，我们将机械传动调整到第2～5章，将第8章“轴毂连接”放到轴系设计中去讲，“螺纹连接与螺旋传动”放到后面第12章来讲。这样做的目的是，让学生清楚该课程在整个专业体系中的重要地位，以最大限度引起学生的兴趣，帮助学生充分理解新知识并与以前学过的内容相融合。
(3)教材的编写形式有所创新——在每一章起始都设置了【本章知识要点】和【导入案例】，以帮助学生能够很快地了解本章的重点、难点。以工程应用实例或生活类案例来导出各章的知识点。提高学生对理论学习的兴趣和效果，同时加大了培养工程意识和工程能力的作用。在每一章最后还加入了【本章小结】和【阅读材料】，从而扩大了学生的视野。
(4)编写了与工程实际相结合的多种例题和习题——为了与实际设计相一致，各章的例题的计算格式，采用课程设计计算说明书的格式书写，方便学生做课程设计和毕业设计。习题类型更加多样化，包括选择题、简答题、判断题、设计计算题、思考题等，并加入了近年来一些高校考研题，以方便准备考研的学生学习。
　　参加本书编写的老师有张永清（第1、5、6、9、10章）、郭宏亮（第2章）、任玉灿（第4、7章）、戴俊（第3、8章）、魏云平（第11、12、13章）。本书由张永清担任主编，任玉灿担任副主编。
　　尽管我们为本书的编写付出十分的努力和心血，但疏漏和不当之处在所难免，敬请读者批评指正。