作者：韩玉成,王少岩
出版社：电子工业出版社
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机械设计基础(第2版)试读：
内容简介本书第 1 版出版以来，受到了广大高职院校老师的认可和选用，在充分征求教师和相关专家意见的基础上，结合本课程改革和最新的国家标准进行修订编写。本书以职业岗位技能需求为目标，将原《机械设计基础》与《工程力学》课程的教学内容进行优化整合，突出机械设计与工程力学的紧密联系。
全书共有11章，先后结合13个从企业工程应用中提炼出的实训项目进行介绍。各章内容均按照工作原理、结构、强度计算的顺序编写，包括平面机构的运动简图及自由度、平面连杆机构、凸轮机构、带传动和链传动、齿轮传动、蜗杆传动、轮系、连接、轴、轴承等内容。本书配有“职业导航”、“教学导航”、“知识分布网络”、“知识梳理与总结”，便于教师教学和学生高效率地学习知识与技能。
本书为高职高专院校机械设计基础课程的教材，也可作为应用型本科、成人教育、自学考试、开放大学、中职学校、培训班的教材，以及企业工程技术人员的参考书。
本书配有实训指导书、免费的电子教学课件、自测题参考答案及精品课网站，详见前言。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据机械设计基础/韩玉成，王少岩主编. —2版. —北京：电子工业出版社，2014.1全国高职高专院校规划教材•精品与示范系列ISBN 978-7-121-22370-9Ⅰ.①机… Ⅱ.①韩… ②王… Ⅲ.①机械设计－高等职业教育－教材 Ⅳ.①TH122中国版本图书馆CIP数据核字（2014）第011041号策划编辑：陈健德责任编辑：王艳萍印 刷：三河市鑫金马印装有限公司装 订：三河市鑫金马印装有限公司出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路173信箱 邮编 100036开 本：787×1 092 1/16 印张：16.75 字数：428.8千字印 次：2014年1月第1次印刷定 价：36.00元
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本书第1版出版以来，受到了广大高职院校老师的认可和选用，在充分征求教师和相关专家意见的基础上，结合本课程改革和最新的国家标准进行修订编写。本书以职业岗位技能需求为目标，将原《机械设计基础》与《工程力学》课程的教学内容进行优化整合，突出机械设计与工程力学的紧密联系。本书修订编写具有以下特点。（1）遵循“应用为目的”、“必需、够用为度”和“少而精、浅而广”的原则，突出了教学内容的实用性，理论推导从简，直接切入应用主题，适应当前基础课教学时数减少的现实，降低学生的学习难度，逐步体现出高等职业教育“重在实践应用”这一基本特色。（2）以机械传动装置和机械零件设计为主体，将工程力学、机械工程基础课程相关内容有机地融入其中，使各部分内容相互渗透、交叉，打破了原课程的界限和体系，避免了各原课程内容的相互独立而由此造成的相关知识点重复和知识盲区，突出了机械设计与工程力学的紧密联系。（3）结合作者本人多年在行业企业中的机械设计工作经验和教学改革经验，从机械企业的工程应用中优选与提炼出13个实训项目作为本书的重点内容。（4）采用最新的国家标准，并尽量使用国家标准规定的名词术语和符号。（5）从学生的学习认知规律、特点出发，采用案例教学法代替传统的教学方法，利于把学习、模仿练习、借鉴创新有机地结合起来，利于学生工程实践能力的培养。（6）版面新颖实用，有助于高效率地开展教学。为了使学生更直观地认识到教材内容与职业岗位的关系，本书设置了“职业导航”；为了更好地引导教师与学生实现教学目标，在每章前面都设置了“教学导航”；为了使学生快速掌握岗位知识与技能要点，在每一节前面都提供了“知识分布网络”；为了帮助学生归纳与总结所学知识，在每一章的后面均安排了“知识梳理与总结”。
本书由辽宁机电职业技术学院韩玉成、王少岩担任主编，张秀芳、李文正担任副主编。王少岩编写第1～5章，李文正编写第6章，张秀芳编写第7章，韩玉成编写第8～11章。
由于编者水平有限和时间仓促，书中的缺点和错误在所难免，敬请各位读者批评指正。
为了方便教师教学，本书还配有实训指导书、免费的电子教学课件与自测题参考答案，请有此需要的教师登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）免费注册后再进行下载，有问题时请在网站留言或与电子工业出版社联系（E-mail:gaozhi@phei.com.cn）。读者也可通过该精品课网站（http://jpkc.Inmec.net.cn/2008hych/Channel.asp？ChannelID=10）浏览和参考更多的教学资源。编者职业导航职业教育 继往开来（序）
自我国经济在21世纪快速发展以来，各行各业都取得了前所未有的进步。随着我国工业生产规模的扩大和经济发展水平的提高，教育行业受到了各方面的重视。尤其对高等职业教育来说，近几年在教育部和财政部实施的国家示范性院校建设政策鼓舞下，高职院校以服务为宗旨、以就业为导向，开展工学结合与校企合作，进行了较大范围的专业建设和课程改革，涌现出一批示范专业和精品课程。高职教育在为区域经济建设服务的前提下，逐步加大校内生产性实训比例，引入企业参与教学过程和质量评价。在这种开放式人才培养模式下，教学以育人为目标，以掌握知识和技能为根本，克服了以学科体系进行教学的缺点和不足，为学生的顶岗实习和顺利就业创造了条件。
中国电子教育学会立足于电子行业企事业单位，为行业教育事业的改革和发展，为实施“科教兴国”战略做了许多工作。电子工业出版社作为职业教育教材出版大社，具有优秀的编辑人才队伍和丰富的职业教育教材出版经验，有义务和能力与广大的高职院校密切合作，参与创新职业教育的新方法，出版反映最新教学改革成果的新教材。中国电子教育学会经常与电子工业出版社开展交流与合作，在职业教育新的教学模式下，将共同为培养符合当今社会需要的、合格的职业技能人才而提供优质服务。
近期由电子工业出版社组织策划和编辑出版的“全国高职高专院校规划教材•精品与示范系列”，具有以下几个突出特点，特向全国的职业教育院校进行推荐。（1）本系列教材的课程研究专家和作者主要来自于教育部和各省市评审通过的多所示范院校。他们对教育部倡导的职业教育教学改革精神理解得透彻准确，并且具有多年的职业教育教学经验及工学结合、校企合作经验，能够准确地对职业教育相关专业的知识点和技能点进行横向与纵向设计，能够把握创新型教材的出版方向。（2）本系列教材的编写以多所示范院校的课程改革成果为基础，体现重点突出、实用为主、够用为度的原则，采用项目驱动的教学方式。学习任务主要以本行业工作岗位群中的典型实例提炼后进行设置，项目实例较多，应用范围较广，图片数量较大，还引入了一些经验性的公式、表格等，文字叙述浅显易懂。增强了教学过程的互动性与趣味性，对全国许多职业教育院校具有较大的适用性，同时对企业技术人员具有可参考性。（3）根据职业教育的特点，本系列教材在全国独创性地提出“职业导航、教学导航、知识分布网络、知识梳理与总结”及“封面重点知识”等内容，有利于老师选择合适的教材并有重点地开展教学过程，也有利于学生了解该教材相关的职业特点和对教材内容进行高效率的学习与总结。（4）根据每门课程的内容特点，为方便教学过程对教材配备相应的电子教学课件、习题答案与指导、教学素材资源、程序源代码、教学网站支持等立体化教学资源。
职业教育要不断进行改革，创新型教材建设是一项长期而艰巨的任务。为了使职业教育能够更好地为区域经济和企业服务，殷切希望高职高专院校的各位职教专家和老师提出建议和撰写精品教材（联系邮箱：chenjd@phei.com.cn，电话：010-88254585），共同为我国的职业教育发展尽自己的责任与义务！中国电子教育学会第1章 机械设计基础概论教学导航1.1 认识机械设计基础1.1.1 本课程的研究对象
机械设计基础是一门培养学生具有一定机械设计能力的技术基础课，是研究机械类产品的设计、开发、改造，以满足经济发展和社会需求的基础知识课程。其主要研究对象是机械。机械是机器和机构的统称。
机器可视为若干机构的组合体，是执行机械运动和信息转换的装置。人们在生产和生活中，广泛使用着各种各样的机器，以便减轻体力劳动和提高工作效率。
机构的主要特征是：（1）都是人为实体（构件）的组合。（2）各个运动实体之间具有确定的相对运动。
机器的主要特征是：（1）都是人为实体（构件）的组合。（2）各个运动实体构件之间具有确定的相对运动。（3）能够实现能量的转换，代替或减轻人类完成有用的机械功。现代机器的内涵还应包括信息处理、影像处理等功能。
提示：机器与机构的主要区别在于能否实现能量转换，做有用功！
机器一般由原动机、执行部分、传动部分和控制部分组成，如图1-1所示。其具体组成及作用见表1-1。图1-1 机器的组成
从结构和运动的观点来看，机器和机构二者之间没有区别，习惯上用机械一词作为它们的总称。表1-1 机器的组成及作用
组成机构的具有相对运动的实物称为构件，构件是机构运动的最小单元。机械制造中不可拆的最小单元称为零件，零件是组成构件的基本部分。一个构件可以只由一个零件组成，如单缸内燃机的曲轴，如图1-2所示；也可由多个零件组成，如单缸内燃机的连杆，是由连杆体1、螺栓2、连杆盖3、衬套4、螺母5组成的，如图1-3所示。为实现一定的运动转换或完成某一工作要求，把若干构件组装到一起的组合体称为部件，如图1-4所示的一级齿轮减速器。图1-2 单缸内燃机的曲轴图1-3 单缸内燃机的连杆
零件按作用分为两类：一类是通用零件，即各种机器中经常使用的零件，如螺栓、齿轮、轴承、传动带等，如图1-5所示；另一类是专用零件，即只在一些特定的机器中使用的零件，如吊钩、活塞、风扇叶片、汽车飞轮等，如图1-6所示。图1-4 一级齿轮减速器图1-5 通用零件图1-6 专用零件1.1.2 本课程研究的主要内容
本课程研究的主要内容大体上可分为以下几部分：（1）机构的运动简图和自由度计算；（2）平面连杆机构、凸轮机构的组成原理、运动分析及轮廓设计；（3）各种连接零件（如螺纹连接，键、销连接等）的设计计算方法和标准选择；（4）各种传动零件（如带传动、齿轮传动等）的设计计算和参数选择；（5）轴系零件（如轴、轴承等）的设计计算及参数类型选择。1.1.3 本课程的主要任务（1）了解常用机构的工作原理、运动特性、结构特点。（2）掌握零部件的受力分析和强度计算方法。（3）具备正确分析、使用及维护机械的能力，掌握通用零件的设计原理和方法，具有运用机械设计手册、标准、规范等设计资料设计简单机械的能力。1.2 机械零件设计的基本准则及设计步骤1.2.1 机械零件的失效及主要失效形式
机械零件由于某种原因而丧失正常工作能力称为失效。对于通用的机械零件，其强度、刚度、磨损失效是主要失效形式，对于高速传动的零件还应考虑振动问题。
所谓强度，是指构件在载荷作用下，抵抗破坏或塑性变形的能力。例如，齿轮的轮齿不能破损或折断，应使之有足够的强度以保证它们能正常工作。构件因强度不足而丧失正常功能的称为强度失效。
所谓刚度，是指构件在载荷作用下，抵抗变形或保持弹性变形不超过允许数值的能力。如图1-7所示，电动机的转子和定子之间的空隙很小，其转轴除应满足强度要求外，还要限制其最大变形不能超过转子和定子间的间隙，以防止运转时转子与定子相碰；另外，转轴变形过大，还会导致轴承的不均匀磨损，使其传动精度降低。构件因刚度不足而丧失正常的工作能力，称为刚度失效。图1-7 电动机轴
在实际工作中，机械零件可能会同时发生几种失效形式，如图1-8所示。设计时应根据具体情况，确定避免同时发生失效的设计方案。图1-8 零件的主要失效形式1.2.2 机械零件的设计准则
根据零件产生失效的形式及原因制定机械零件的设计准则，见表1-2，并以此作为防止失效和进行设计计算的依据。表1-2 机械零件的设计准则1.2.3 机械零件设计的一般步骤
机械零件的设计计算流程如图1-9所示。图1-9 机械零件的设计计算流程实训1 分析单缸内燃机的机器与机构特征
单缸内燃机如图1-10所示，它由机架（汽缸体）1、曲轴2、连杆3、活塞4、进气阀5、排气阀6、推杆7、凸轮8和齿轮9、10组成。图1-10 单缸内燃机
单缸内燃机主要包括四个工作过程:① 活塞4下行,进气阀5打开,燃气被吸入汽缸;② 活塞4上行,进气阀5关闭,压缩燃气;③ 点火后燃气燃烧膨胀,推动活塞4下行,经连杆3带动曲轴2输出转动;④ 活塞4上行,排气阀6打开,排出废气.
齿轮、凸轮和推杆的作用是按一定的运动规律按时开、闭阀门以吸入燃气和排出废气.单缸内燃机是将燃气燃烧时的热能转化为机械能的机器.
单缸内燃机中的机构如表1-3所示.表1-3 单缸内燃机中的机构知识梳理与总结
通过对本章的学习,我们学会了分析单缸内燃机的组成和工作原理,也学会了机械零件的设计准则和设计步骤.
1.机械设计基础是一门重要的技术基础课,是研究机械类产品的设计、开发、改造,以满足经济发展和社会需求的基础知识课程.
2.机器的三个特征:① 人为的实物组合体;② 各运动单元间具有确定的相对运动; ③ 能代替人类做有用的机械功或进行能量转换,现代机器的内涵还应包括机器能进行信息处理、影像处理等功能.
3.机构则仅仅是起着运动的传递和运动形式的转换作用.机构的主要特征是:
① 人为实体(构件)的组合;② 各个运动实体之间具有确定的相对运动.
4.零件是制造的最小单元,构件是机构运动的最小单元.为实现一定的运动转换或完成某一工作要求,把若干构件组装到一起的组合体称为部件.
5.机械零件由于某种原因而丧失正常工作能力称为失效.强度、刚度、磨损失效是通用机构零件的主要失效形式.根据零件产生失效的形式及原因制定设计准则,并以此作为防止失效和设计计算的依据.自 测 题 1
1.选择题
(1)机器中各运动单元称为________.
A.零件
B.构件
C.机件
(2)在机械中属于制造单元的是________.
A.部件
B.构件
C.零件
(3)机构与机器相比,不具备下面________特征.
A.人为的各个实体组合
B.各实体之间有确定的相对运动
C.做有用功或转换机械能（4）“构件”的定义的正确表述是________。
A.构件是机器的装配单元
B.构件是机器的制造单元
C.构件是机器的运动单元（5）在自行车车轮轴、电风扇叶片、起重机上的起重吊钩、台虎钳上的螺杆、柴油发动机上的曲轴和减速器的齿轮中，有________种是通用零件。
A.3
B.4
C.5（6）只在一些特定的机器中使用的零件称为________零件。
A.专用
B.通用
C.以上都不正确（7）________是通用零件。
A.轴承
B.活塞
C.曲轴（8）机器与机构的主要区别是________。
A.机器的结构较复杂
B.机器的运动较复杂
C.机器能完成有用的机械功或实现能量转换（9）构件因强度不足而丧失正常功能，称为________失效。
A.刚度
B.强度
C.磨损（10）________设计准则要求零件在工作时不产生强度失效。
A.刚度
B.强度
C.耐磨性
2.判断题（1）机器是构件之间具有确定的相对运动、并能完成有用的机械功或实现能量转换的构件的组合。（ ）（2）机构能完成有用的机械功或实现能量转换。 （ ）（3）构件是机械中装配的单元体。 （ ）（4）减速器是机器。 （ ）（5）组成机械的各个相对运动的实物称为零件。 （ ）（6）机器都是由机构组成的。 （ ）（7）洗衣机中带传动所用的V带是专用零件。 （ ）（8）机器的传动部分都是机构。 （ ）（9）机构中的主动件和被动件都是构件。 （ ）（10）螺栓、齿轮和轴承都是通用零件。 （ ）
3.简答题
机器与机构的区别和联系分别是什么？第2章 平面机构及自由度计算教学导航
所有构件都在同一平面或平行平面中运动，称为平面机构。工程中常见的机构大多属于平面机构。2.1 机构的组成2.1.1 运动副
1.运动副的概念
两构件之间直接接触并能产生一定相对运动的连接称为运动副，如活塞与缸筒、车轮与钢轨，以及一对轮齿啮合形成的连接。两构件只能在同一平面相对运动的运动副称为平面运动副。
2.平面运动副的分类
按两构件间接触性质的不同，平面运动副通常可分为低副和高副。
1）低副
两构件形成面与面接触的运动副称为低副，如图2-1所示。根据构成低副的两构件间的相对运动的特点，低副又可分为转动副和移动副。
转动副是两构件只能作相对转动的运动副，如图2-1（a）所示，铰链连接组成转动副。
移动副是两构件只能沿某一轴线相对移动的运动副，如图2-1（b）所示。图2-1 低副
由于低副是以面接触的，所以其接触部分的压强较低，便于润滑，磨损较轻。
2）高副
两构件以点或线的形式相接触而组成的运动副称为高副。如图2-2所示，齿轮副和凸轮副构成的运动副都是高副。图2-2 高副
由于高副是以点或线的形式相接触的，所以其接触部分的压强较高，易磨损。2.1.2 构件
机构中的构件有三类，相对于地面固定不动的构件称为机架；按给定的运动规律独立运动的构件称为原动件；机构中的其他活动构件称为从动件。从动件的运动规律取决于原动件的运动规律及运动副的结构和构件尺寸。
一个机构只能有一个机架，它可以是一个整体，也可以是多个零件的刚性组合。机构中的原动件一般与机架相连，可有一个或多个。2.2 平面机构的运动简图与绘制步骤
1.机构运动简图的概念
表明机构的组成和各构件间运动关系的简单图形，称为机构运动简图。在机构运动简图中，通常不考虑构件的外形、截面尺寸及运动副的实际结构，而用规定的线条和符号表示构件和运动副，并按一定的比例确定运动副的相对位置及与运动有关的尺寸。
2.平面机构运动简图的绘制
绘制平面机构运动简图的步骤如下。（1）分析机构的组成，确定机架、原动件和从动件。（2）由原动件开始，依次分析构件间的相对运动形式，确定运动副的类型和数目。（3）选择适当的视图平面和原动件位置，以便清楚地表达各构件间的运动关系。通常选择与构件运动平面平行的平面作为投影面。（4）选择适当的比例尺：
按照各运动副间的距离和相对位置，以规定的线条和符号绘图。
提示：比例尺的表示方法与机械制图的不一样噢！
常用构件和运动副的简图符号见表2-1。表2-1 常用构件和运动副的简图符号（摘自GB4460—1984）
提示1：一个构件具有多个转动副时，应在两条线交叉处涂黑，或在其内画斜线。
提示2：画高副时，凸轮、滚子在接触处画全部轮廓，齿轮只画节圆。
提示3：不要忘了原动件画箭头表示运动方向，机架上画剖面线！实训2 绘制颚式破碎机主体机构的运动简图
颚式破碎机主体机构由机架1、偏心轴2、动颚3、肘板4组成，如图2-3所示。
机构运动由带轮5输入，而带轮5与偏心轴2固连成一体（属同一构件），绕A转动，动颚3通过肘板4与机架相连，并在偏心轴2的带动下作平面运动，将矿石打碎。图2-3 颚式破碎机
1.设计要求与数据
颚式破碎机主体机构如图2-3所示。
2.设计内容
设计内容包括：绘制颚式破碎机主体机构的运动简图。
3.设计步骤、结果及说明（1）由图2-3可知，颚式破碎机主体机构由机架1、偏心轴2、动颚3、肘板4组成。机构运动由带轮5输入，偏心轴2为原动件，动颚和肘板为从动件。（2）偏心轴2与机架1、偏心轴2与动颚3、动颚3与肘板4、肘板4与机架1均构成转动副，其转动中心分别为A、B、C、D。（3）选择构件的运动平面为视图平面，图2-3所示机构运动瞬时位置为原动件位置。（4）根据实际机构尺寸及图样大小选定比例尺μ。根据已知运动l尺寸LAB、LDA、LBC、LCD依次确定各转动副A、B、D、C的位置，画上代表转动副的符号，并用线段连接A、B、C、D。用数字标注构件号，并在构件1上标注表示原动件运动方向的箭头。
颚式破碎机主体机构的运动简图如图2-4所示。图2-4 颚式破碎机主体机构的运动简图
提示：你知道吗？不能这样画转动副。2.3 平面机构的自由度2.3.1 自由度和约束的概念
1.力
力是物体之间相互的机械作用。这种作用使物体的机械运动状态发生变化，物体的形状发生改变。前者称为力对物体的外效应，后者称为力对物体的内效应。静力学的研究对象是刚体，只研究力对物体的外效应。
力的三要素包括力的大小、方向和作用点。三要素中任何一个改变时，力的作用效应就不同。
在国际单位制中，力的单位用牛（N）或千牛（kN）表示。力是矢量，常用黑体字母F表示，也可用一条有向线段来表示，如图2-5所示。
2.自由度
作平面运动的构件相对于定参考系所具有的独立运动的数目，称为构件的自由度。任一作平面运动的自由构件有三个独立的运动，如图2-6所示，xOy坐标系中的构件可沿x轴和y轴移动，可绕垂直于xOy平面的轴线A转动，因此作平面运动的自由构件有三个自由度。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]