随着信息技术的快速发展和教育模式的不断创新，为提升学生的学习效率，拓宽学习的时间与空间，我们编写了这本《机械设计基础（微课版）》，将纸质教材与微课视频深度融合，旨在帮助读者更直观、高效地掌握机械设计的核心概念和技能。;机械设计基础是机械工程及相关专业的核心课程，涉及机构分析、传动设计、连接与紧固、轴系零部件等内容，具有较强的理论性和实践性。为了生动呈现机构的运动状态与工作原理，伴随课程内容的展开，本书在每节的主要知识点嵌入二维码，扫码即可观看配套微课，在微课视频中，直观展示机械的结构、运动，将理论知识层层讲解，逐渐深入，并注重理论知识在工程实践中的应用。本书使抽象理论形象化、可视化，帮助读者突破学习难点，提升学习兴趣，满足个性化学习需求，易于实现以学生为中心的混合式教学。本书共分十六章，参加本书文字编写工作的有张新民（第1章）、李艳琴（第2、3章）、郝晓茹（第4、6章）、张会端（第5章）、曹军（第7、8章）、徐小宁（第9、12章）、牛赢（第10、11、15章）、周洪亮（第13、14章）、贾智宏（第16章），参与微课视频录制的有李艳琴（第2、3章）、张会端（第4～9章、第13～15章）、牛赢（第10、11章）、周洪亮（第12章），本书由张会端、张新民统稿。在编写过程中，我们力求内容精炼、重点突出，同时兼顾知识的系统性和前沿性。本书广泛吸取了有关院校的教学经验，在文字编写及视频制作中，参考了很多资料，借鉴了很多专家与学者的授课方法，在此表示衷心的感谢！由于编者水平有限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者批评指正。

编者

为适应社会发展及教育教学改革的需要，《机械设计基础（微课版）》融合《机械原理》和《机械设计》，并精简了部分内容，是一本面向机械工程及相关专业的新形态教材，帮助读者系统掌握机械设计的基本原理、典型机构分析与设计方法，并培养工程实践能力。本书以理论知识融合数字化资源，加深对知识的理解，利于融合现代教学手段与方法，开展混合式教学。扫描下方二维码，可获取配套资源。本书共分十六章，内容包括：机械设计概论、平面机构的结构分析、平面连杆机构、凸轮机构、齿轮传动、蜗杆传动、齿轮系、带传动、链传动、螺纹连接、轴毂连接、轴、滚动轴承、滑动轴承、联轴器和离合器、机械系统方案设计。本书适用于高等院校机械类、近机类专业教学，也可作为工程技术人员的参考用书。

无

第1章 机械设计概论 001sect;1_1 机器的组成 001sect;1_2 课程的内容、性质与任务 002一、本课程的内容 002二、本课程的性质和任务 003sect;1_3 机械设计的基本要求与一般程序 003一、设计机器的基本要求 003二、设计机械零件的基本要求 004三、机械设计的一般程序 005四、编写技术文件 006sect;1_4 机械零件的失效形式与设计准则 006一、机械零件的主要失效形式 006二、机械零件的设计准则 007sect;1_5 机械零件的设计方法与步骤 008一、机械零件的传统设计方法 008二、机械零件的现代设计方法 009三、机械零件的设计步骤 010习题 010

第2章 平面机构的结构分析 011sect;2_1 机构的组成 011一、构件 011二、运动副 012sect;2_2 平面机构运动简图 013一、运动副及构件的表示方法 014二、平面机构运动简图的绘制 015sect;2_3 平面机构的自由度计算 016一、构件的自由度计算 016二、自由度计算中的几点注意事项 018sect;2_4 平面机构具有确定运动的条件 021习题 023

第3章 平面连杆机构 025sect;3_1 平面连杆机构的基本类型及应用 025一、曲柄摇杆机构及应用 026二、双曲柄机构及应用 026三、双摇杆机构及应用 027sect;3_2 平面连杆机构的演化 028一、转动副演化为移动副 029二、运动副尺寸的扩大 030三、机构的倒置 031sect;3_3 平面四杆机构的基本特性 034一、曲柄存在条件 034二、急回运动特性 035三、传动角和压力角 036四、死点位置 038五、运动连续性 039sect;3_4 平面四杆机构的设计 040一、图解法设计平面四杆机构 040二、解析法设计平面四杆机构 042习题 043

第4章 凸轮机构 045sect;4_1 凸轮机构的应用及分类 045一、凸轮机构的应用 045二、凸轮机构的分类 045sect;4_2 从动件运动规律 047一、基本术语 047二、从动件常用运动规律 048三、从动件运动规律的选择 052sect;4_3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 052一、反转法的基本原理 052二、图解法设计凸轮轮廓曲线 053三、解析法设计凸轮轮廓曲线 054sect;4_4 凸轮机构基本尺寸的确定 055一、凸轮机构的压力角和许用值 055二、基圆半径的确定 056三、滚子半径的确定 056sect;4_5 凸轮的材料与结构 057一、凸轮材料的选择 057二、凸轮的结构 057习题 058

第5章 齿轮传动 059sect;5_1 齿轮传动的特点及类型 059sect;5_2 齿廓啮合基本定律 061sect;5_3 渐开线及渐开线齿廓 062一、渐开线的形成 062二、渐开线的性质 063三、渐开线方程及渐开线函数 063四、渐开线齿廓啮合特性 064sect;5_4 标准直齿圆柱齿轮主要参数及几何尺寸计算 065一、直齿圆柱齿轮各部分名称及符号 065二、直齿圆柱齿轮的基本参数 066三、标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 067sect;5_5 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 067一、正确啮合条件 068二、标准中心距及啮合角 068三、连续传动条件及重合度 070sect;5_6 渐开线齿轮加工方法和变位原理 071一、齿轮加工方法 071二、齿轮的根切 074三、变位齿轮 075sect;5_7 齿轮传动的失效形式及计算准则 076一、齿轮传动的主要失效形式 077二、齿轮传动的计算准则 079sect;5_8 齿轮材料及热处理 079一、齿轮材料 079二、齿轮材料的选择及热处理 081sect;5_9 齿轮传动的计算载荷 082sect;5_10 直齿圆柱齿轮传动的强度计算 085一、齿轮传动的受力分析 085二、齿根弯曲疲劳强度计算 086三、齿面接触疲劳强度计算 088四、对强度计算的几点说明 091sect;5_11 齿轮传动的精度、设计参数与许用应力 092一、齿轮传动的精度等级及其选择 092二、齿轮传动设计参数的选择 092三、许用应力 093sect;5_12 斜齿圆柱齿轮传动的设计 101一、斜齿轮齿廓曲面的形成及啮合特点 101二、斜齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸计算 103三、斜齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 104四、斜齿圆柱齿轮的当量齿轮和当量齿数 105五、斜齿轮的啮合传动 106六、斜齿圆柱齿轮的受力分析 107七、斜齿圆柱齿轮的强度计算 108sect;5_13 直齿圆锥齿轮传动的设计 114一、圆锥齿轮基本参数和几何尺寸计算 114二、直齿圆锥齿轮的背锥和当量齿数 116三、直齿圆锥齿轮的受力分析 116四、齿根弯曲疲劳强度计算 117五、齿面接触疲劳强度计算 118sect;5_14 齿轮的结构与润滑 118一、齿轮的结构 118二、齿轮传动的润滑 120习题 122

第6章 蜗杆传动 124sect;6_1 蜗杆传动的结构、特点及类型 124一、蜗杆传动的结构及特点 124二、蜗杆传动的类型 124sect;6_2 普通圆柱蜗杆传动的主要参数及几何尺寸计算 126一、普通圆柱蜗杆传动的主要参数 126二、普通圆柱蜗杆传动的几何尺寸计算 129sect;6_3 蜗杆传动的失效形式和设计准则、材料选择及许用应力 130一、蜗杆传动的失效形式和设计准则 130二、蜗杆传动的材料选择及许用应力 130sect;6_4 蜗杆传动的强度计算 131一、蜗杆传动的受力分析 131二、蜗轮齿面接触疲劳强度计算 131三、蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 133四、蜗杆的刚度计算 134五、普通圆柱蜗杆传动的精度等级及其选择 134sect;6_5 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 135一、蜗杆传动的效率 135二、蜗杆传动的润滑 136三、蜗杆传动的热平衡计算 136习题 140

第7章 齿轮系 141sect;7_1 轮系的分类 141一、定轴轮系 141二、周转轮系 141三、复合轮系 142sect;7_2 定轴轮系传动比计算 143一、传动比大小的计算 143二、主动齿轮、从动齿轮转向关系的确定 143sect;7_3 周转轮系传动比计算 145sect;7_4 复合轮系传动比计算 147sect;7_5 轮系的功能 148一、实现较远距离的传动 148二、实现较大传动比的传动 148三、实现变速传动 149四、实现变向传动 149五、实现分路传动 149六、用于运动的合成与分解 150七、实现结构紧凑的大功率传动 151习题 151

第8章 带传动 154sect;8_1 带传动概述 154一、带传动的组成与工作原理 154二、带传动的类型 154三、带传动的结构和特点 155四、V带及V带轮 156五、V带轮的材料和结构设计 157sect;8_2 带传动的工作情况分析 159一、带传动的受力分析 159二、带传动最大有效拉力及其影响因素 160三、带的应力分析 161四、弹性滑动和打滑 162sect;8_3 普通V带的设计计算 163一、带传动的主要失效形式及设计准则 163二、单根V带的额定功率 163三、设计内容、步骤与参数选择 167sect;8_4 带传动的张紧与使用 170一、V带的张紧装置 170二、V带传动的安装和维护 171习题 173

第9章 链传动 174sect;9_1 链传动概述 174一、链传动的工作原理及特点 174二、链与链轮 174sect;9_2 链传动的工作情况分析 178一、链传动的运动不均匀性 178二、链传动的动载荷 179三、链传动的受力分析 179sect;9_3 滚子链传动的设计计算 180一、链传动的失效形式 180二、滚子链的额定功率 181三、设计计算与参数选择 182sect;9_4 链传动的使用与维护 184一、链传动的合理布置 184二、链传动的张紧 184三、链传动的润滑 185习题 187

第10章 螺纹连接 188sect;10_1 螺纹简介 188一、螺纹的形成原理及主要参数 188二、螺纹的类型及应用 189sect;10_2 螺旋副的受力分析、效率和自锁 190一、矩形螺纹 190二、其他螺纹 191sect;10_3 螺纹连接的基本类型及标准螺纹连接件 192一、螺纹连接的基本类型 192二、标准螺纹连接件 194sect;10_4 螺纹连接的预紧和防松 195一、螺纹连接的预紧 195二、螺纹连接的防松 196sect;10_5 螺栓组连接的结构设计和受力分析 198一、螺栓组连接的结构设计 198二、螺栓组连接的受力分析 200sect;10_6 单个螺栓连接的强度计算 204一、失效形式和设计准则 204二、受拉螺栓连接的强度计算 204三、受剪螺栓连接的强度计算 209sect;10_7 提高螺纹连接强度的措施 209一、降低影响螺栓疲劳强度的应力幅 209二、改善螺纹牙间的偏载现象 211三、减小应力集中 212四、避免附加弯曲应力 212五、采用合理的制造工艺 212习题 217

第11章 轴毂连接 219sect;11_1 键连接 219一、键连接的类型及其结构形式 219二、键的选择和键连接的强度计算 221sect;11_2 花键连接 223一、花键连接的特点及类型 223二、花键连接的强度计算 224习题 225

第12章 轴 226sect;12_1 轴概述 226一、轴的分类 226二、轴的材料及其选择 227三、轴的失效形式和设计的主要内容 229sect;12_2 轴的结构设计 229一、轴上零件的装配方案 229二、轴上零件的定位 230三、各轴段直径和长度的确定 232四、轴的结构工艺性 233五、提高轴强度的措施 233sect;12_3 轴的强度计算 235一、按抗扭强度条件计算 235二、按弯扭组合强度条件计算 237三、按安全系数校核计算 239习题 241

第13章 滚动轴承 242sect;13_1 滚动轴承概述 242sect;13_2 滚动轴承的主要类型、代号和选择 243一、滚动轴承的主要类型 243二、滚动轴承的代号 246三、滚动轴承类型的选择 248sect;13_3 滚动轴承的工作情况 249一、轴承工作时轴承元件上的载荷分布 249二、轴承工作时轴承元件上的载荷及应力的变化 250三、轴向载荷对载荷分布的影响 251四、滚动轴承的失效形式 252五、滚动轴承的计算准则 253sect;13_4 滚动轴承的校核计算 253一、滚动轴承寿命计算中的基本概念 253二、滚动轴承寿命计算中的基本公式 254三、滚动轴承的当量动载荷 255四、角接触轴承的径向载荷Fr与轴向载荷Fa的计算 257五、载荷和转速不稳定时滚动轴承的寿命计算 258六、不同可靠度时滚动轴承的寿命计算 258七、滚动轴承的静强度计算 259sect;13_5 滚动轴承的组合结构设计 260一、滚动轴承的配置 260二、滚动轴承游隙与部件组合的调整 262三、滚动轴承支承结构的刚度 263四、滚动轴承的轴向定位与紧固 265五、滚动轴承的配合 266六、滚动轴承装置的装拆 268七、滚动轴承的润滑 269八、滚动轴承的密封装置 270习题 275

第14章 滑动轴承 276sect;14_1 滑动轴承概述 276sect;14_2 滑动轴承的主要结构 276一、径向滑动轴承 276二、止推滑动轴承 278sect;14_3 轴瓦结构 279一、轴瓦的形式和构造 279二、轴瓦的定位 279三、油孔及油槽 280sect;14_4 滑动轴承的失效形式和常用材料 281一、滑动轴承的失效形式 281二、轴承材料 282sect;14_5 滑动轴承的润滑 285一、润滑剂及其选择 285二、润滑方法及其选择 286sect;14_6 不完全流体润滑滑动轴承设计计算 287一、径向滑动轴承的计算 287二、止推滑动轴承的计算 288sect;14_7 流体动力润滑径向滑动轴承设计计算 289一、流体动力润滑的承载机理 289二、流体动力润滑的基本方程 290三、径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程 292四、流体动力润滑径向滑动轴承的承载能力计算 293五、最小油膜厚度hmin的确定 296六、轴承的热平衡计算 297七、参数选择 299习题 303

第15章 联轴器和离合器 305sect;15_1 联轴器 305一、联轴器的功用和类型 305二、联轴器的选用 311sect;15_2 离合器 313一、操纵离合器 314二、自控离合器 317习题 318

第16章 机械系统方案设计 319sect;16_1 机械系统方案设计概述 319sect;16_2 机械工作原理及运动方案的拟定 320sect;16_3 原动机的选择 321sect;16_4 电动机类型及选择 322一、电动机的类型 322二、选择电动机时综合考虑的问题 323三、电动机的类型选择参考 323sect;16_5 机械传动机构 324sect;16_6 执行机构的运动设计 326一、执行构件的运动设计项目 326二、执行构件的运动协调配合及机械的运动循环图 327sect;16_7 机构的选型 329一、机构类型的选择 329二、机构选型中应注意的问题 330sect;16_8 机械系统方案拟定举例 332一、设计要求 332二、运动循环图绘制 332三、动力源的选择及执行机构方案的确定 333四、牛头刨床的传动系统 335五、机构分析与综合 336习题 336

参考文献 337