本书是根据教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会最新制定的“机械设计课程教学基本要求”的精神，结合近年来教学改革实践的经验编写而成的，适用于高等学校机械类各专业本科的机械设计课程教学。
全书除绪论外，分上、下篇。上篇为机械系统零部件的工作能力设计，主要介绍机械系统零部件工作能力的设计理论和设计方法，包括机械零部件设计概述、机械系统传动零部件的设计、机械系统支承零部件设计、机械系统连接零部件的设计、弹簧；下篇为机械系统的结构设计，主要介绍机械系统结构设计的基本问题和一般规律，包括机械系统结构设计的基本知识、机械系统的装配结构设计、机械系统的功能结构设计、机械系统结构方案的创新设计、机械系统设计实例。
本书也可供机械工程领域的研究生和有关科研、工程设计人员参考。
本书是根据教育部高等学校机械基础课程教学指导分委员会最新制定的“机械设计课程教学基本要求”的精神，结合近年来教学改革实践的经验编写而成的，适用于高等学校机械类各专业本科的机械设计课程教学。
为了适应21世纪社会对科技人才的需求，教育部组织实施了“面向21世纪教学内容和课程体系改革计划”，其中，机械设计系列课程是改革计划的重要组成部分，其改革的总体目标是培养学生的综合设计能力。机械设计课程作为高等学校机械类专业的一门主干技术基础课，在培养学生综合设计能力的全局中，承担着学生机械系统结构设计能力的培养任务，在机械设计系列课程体系中占有十分重要的地位。随着机械产品的设计逐渐向高速化、高效化、精密化和智能化方向发展，从系列课程体系和内容改革的总体目标出发，许多现有的机械设计教材的结构体系和内容已越来越不能适应科技的发展和人才培养的需求。21世纪是一个以世界性的激烈的经济竞争为特色的世纪，有人说“21世纪将是设计的世纪”，正是指的这样的时代特点。为了使学生在未来的工作中能够设计出性能优良、在国际市场上具有竞争力的产品，必须从机械设计系列课程体系和内容改革的总体目标出发，改革现有教材的体系和内容。本书就是为了适应这一需要而编写的。
本书是在总结清华大学多年来机械设计课程教学改革、教学研究和教学实践成果的基础上编写而成的。其主要特点如下：
(1) 从机械设计课程在机械设计系列课程总体框架中所处的地位出发，以培养学生具有初步的机械系统结构设计能力为目标，舍弃了传统的以机械零部件工作能力设计为主线的课程体系，建立了“以设计为主线，分析为设计服务，落脚点是机械系统结构设计”的新体系。根据这一新体系，对现有教材内容进行了结构性调整、重组和更新。重组后的教材内容除绪论外，分上、下篇。上篇为机械系统零部件的工作能力设计，主要介绍机械系统零部件工作能力的设计理论和设计方法，按照机械系统传动零部件设计、机械系统支承零部件设计和机械系统连接零部件设计的体系进行编写；下篇为机械系统的结构设计，主要介绍机械系统结构设计的基本问题和一般规律，按照机械系统的装配结构设计和机械系统的功能结构设计的体系编写。通过这一新体系，力求达到使学生初步具有机械系统结构设计能力的教学目标。
(2) 为了加强学生理论联系实际的能力，教材中及时总结科研成果，引入了若干科研和工程设计案例，使课程内容跟上现代科技发展的步伐。
(3) 在下篇“机械系统的结构设计”中，增加了“机械系统结构方案的创新设计”和“机械系统设计实例”两章，内容上的更新，有利于培养学生的综合设计能力和创新设计能力，提高学生解决工程实际问题的能力。
参加本书编写的有： 刘向锋（绪论、第4章、第6章、第7章），刘莹（第1章部分、第2章），高志（第1章部分、第5章、第9章、第10章），肖丽英（第3章、第8章）。全书由刘向锋担任主编，负责全书的统稿、修改和定稿。
衷心感谢清华大学精密仪器与机械学系学术委员会和本书的责任编辑。他们以全力支持教学改革为己任，在机械设计课程的改革和本教材的编写过程中，给予了热情的关注和大力支持。
作为清华大学机械设计系列课程负责人，申永胜教授也在本书的编写过程中给予了热情的关注和指导，在此表示诚挚的谢意。
限于编者的水平和时间仓促，误漏欠妥之处在所难免，敬请广大学界同仁和读者批评指正。
0 绪论1
0.1 机械设计的任务、要求和一般程序1
0.2 机械设计课程的性质和任务2
0.3 机械设计课程的内容3
0.4 学习机械设计课程的方法4
上篇 机械系统零部件的工作能力设计
1 机械零部件设计概述7
1.1 机械零部件设计应满足的要求7
1.1.1 工作能力要求7
1.1.2 工艺性要求8
1.1.3 经济性要求8
1.2 工作能力设计的基本方法9
1.3 机械零件的强度设计10
1.3.1 机械零件的静强度设计10
1.3.2 机械零件的疲劳强度设计10
1.3.3 机械零件的接触疲劳强度18
1.4 机械零部件的材料选择19
1.4.1 机械零件的常用材料20
1.4.2 机械零件材料的选择原则20
1.5 机械零部件的标准化21
附录23
习题26
2 机械系统传动零部件的设计29
2.1 传动总论及机械传动方案的设计29
2.1.1 传动系统的功用及主要类型29
2.1.2 机械传动设计的一般原则29
2.1.3 机械传动系统的运动和动力学计算33
2.2 V带传动设计36
2.2.1 V带传动的主要几何尺寸及相关国家标准36
2.2.2 V带传动的工作原理38
2.2.3 单根V带传动的额定功率40
2.2.4 V带传动设计举例42
2.2.5 带传动的张紧装置46
2.3 链传动设计47
2.3.1 传动链与链轮47
2.3.2 链传动的运动特性及其影响48
2.3.3 链传动的设计50
2.3.4 滚子链传动设计举例54
2.3.5 链传动的张紧56
2.4 齿轮传动设计56
2.4.1 齿轮传动的受力分析57
2.4.2 齿轮传动的失效方式及设计准则、常用材料及热处理61
2.4.3 齿轮常用材料及热处理64
2.4.4 齿轮传动的精度66
2.4.5 齿轮传动的疲劳强度设计66
2.4.6 齿轮传动的主要参数选择与设计举例76
2.5 蜗杆传动设计80
2.5.1 蜗杆传动与齿轮传动工作能力设计的主要区别80
2.5.2 蜗杆传动的受力分析82
2.5.3 蜗杆传动的失效形式及常用材料84
2.5.4 蜗杆传动的工作能力设计85
2.5.5 蜗杆传动主要参数的选择与设计举例91
2.6 螺旋传动设计96
2.6.1 螺纹的主要参数96
2.6.2 滑动螺旋副的受力、失效分析及常用材料98
2.6.3 滑动螺旋传动的工作能力设计98
2.6.4 滑动螺旋传动设计计算的一般步骤102
习题102
3 机械系统支承零部件设计109
3.1 轴109
3.1.1 轴的分类与材料109
3.1.2 轴的工作能力设计111
3.1.3 提高轴的强度的措施117
3.2 滚动轴承121
3.2.1 滚动轴承的结构和国家标准122
3.2.2 滚动轴承的类型选择126
3.2.3 滚动轴承的受力和失效分析127
3.2.4 滚动轴承的寿命计算128
3.2.5 滚动轴承的静态承载能力计算134
3.3 滑动轴承137
3.3.1 滑动轴承的典型结构137
3.3.2 滑动轴承的轴瓦结构和材料139
3.3.3 非流体润滑滑动轴承的承载能力设计143
3.3.4 流体动压滑动轴承的承载能力设计145
3.3.5 滑动轴承与滚动轴承的性能比较155
习题157
4 机械系统连接零部件的设计162
4.1 螺纹连接162
4.1.1 螺纹连接的类型162
4.1.2 单个螺栓连接的强度计算166
4.1.3 螺纹连接件的材料与许用应力171
4.1.4 螺栓组连接的受力分析与计算173
4.1.5 提高螺纹连接强度的措施177
4.2 轴毂连接181
4.2.1 轴毂连接的主要类型182
4.2.2 键连接的设计186
4.2.3 花键连接的设计189
4.3 联轴器和离合器190
4.3.1 联轴器190
4.3.2 离合器197
习题200
5 弹簧203
5.1 概述203
5.1.1 弹簧的用途203
5.1.2 弹簧的类型203
5.2 弹簧的材料和制造方法204
5.2.1 弹簧的常用材料204
5.2.2 弹簧的制造方法208
5.3 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计208
5.3.1 圆柱螺旋弹簧的基本尺寸208
5.3.2 弹簧的强度209
5.3.3 弹簧的刚度210
5.3.4 弹簧的特性曲线210
5.3.5 弹簧的结构211
5.3.6 圆柱螺旋压缩(拉伸)弹簧的设计计算212
5.4 圆柱螺旋扭转弹簧的设计218
5.4.1 圆柱螺旋扭转弹簧的强度和刚度218
5.4.2 圆柱螺旋扭转弹簧的结构218
5.4.3 圆柱螺旋扭转弹簧的设计计算219
5.5 其他弹簧简介220
5.5.1 碟形弹簧220
5.5.2 平面涡卷弹簧220
5.5.3 橡胶弹簧221
5.5.4 空气弹簧222
习题223
下篇 机械系统的结构设计
6 机械系统结构设计的基本知识227
6.1 概述227
6.2 制造工艺性229
6.2.1 毛坯的成形方法229
6.2.2 零件的成形方法229
6.2.3 工艺流程229
6.3 装配工艺性233
习题236
7 机械系统的装配结构设计237
7.1 轴系结构设计237
7.1.1 轴的结构设计237
7.1.2 轮体的结构设计243
7.1.3 轴系的结构设计247
7.2 螺纹连接的组合设计257
7.2.1 螺纹连接件的布局257
7.2.2 结构空间的合理性258
7.2.3 螺纹连接的防松和装配要求260
7.3 机械系统的精度设计262
习题264
8 机械系统的功能结构设计268
8.1 润滑系统设计268
8.1.1 常用润滑剂268
8.1.2 常用润滑方式和润滑装置介绍271
8.1.3 典型零件的润滑方式选择273
8.2 密封结构设计277
8.2.1 静密封结构277
8.2.2 动密封结构278
习题280
9 机械系统结构方案的创新设计281
9.1 机械系统结构方案的变异设计281
9.1.1 工作表面的变异281
9.1.2 连接的变异283
9.1.3 支承的变异286
9.1.4 材料的变异288
9.2 提高机械系统性能的结构设计289
9.2.1 有利于提高强度的结构设计290
9.2.2 有利于提高刚度的结构设计292
9.2.3 有利于提高精度的结构设计294
9.2.4 有利于提高工艺性的结构设计297
9.3 机械系统的宜人化设计300
9.3.1 适合人的生理特征的结构设计300
9.3.2 适合人的心理特征的结构设计302
9.4 新型机械结构设计305
9.4.1 柔性(弹性)结构设计305
9.4.2 快速连接结构设计307
9.4.3 组合结构设计308
习题310
10 机械系统设计实例313
10.1 高杆灯提升装置设计313
10.2 硬币自动计数、包卷机设计317
参考文献320
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