本书是“十四五”高等教育智能制造专业群新工科系列教材之一，按照新工科建设指南要求，以创新实践为目的，突出应用型人才培养，结合工程认证要求编写，适应当前教学实际，特色鲜明。
本书按照常用机构及其各通用零部件在机械中所起的不同作用，分为机械设计基础知识、平面机构分析、平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系及其设计、其他常用机构、机械的调速与平衡、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、轴、轴承、联轴器与离合器、轴毂连接、螺纹连接共17章。重要章节后附有拓展知识以拓宽学生视野并引导学生树立正确的设计观念，且有一定数量的思考题以巩固学生的基本知识并训练其基本设计能力。
本书适合作为高等院校机械类、近机械类各专业“机械设计基础”“机械原理”“机械设计”课程的教材，也可供相关专业师生和工程技术人员参考。

本书按照新工科建设指南要求，全面落实立德树人根本任务，以培养应用型人才为目标，遵循“学生中心、成果导向、持续改进”的工程教育理念，吸收了其他高等院校机械设计基础教学改革和教材建设成果，结合编者多年教学实践经验，精心编写而成。本书力求重点突出、繁简得当、语言严谨、图形准确、严格精选、便于使用。
本书主要面向应用型人才培养，整合基本理论知识，淡化过程推导，同时结合工程认证。各章开始安排有学习目标，重要章节安排有拓展知识和思考题，以开阔学生的工程视野，巩固工程理论知识，训练学生分析工程设计条件、应用设计理论、运用各种设计资料的工程设计能力，其目的是培养学生的机械设计能力和创新实践能力。
本书第1章~第8章介绍机械设计基础知识、平面机构分析、平面连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、轮系及其设计、其他常用机构、机械的调速与平衡，主要是机械原理方面的内容；第9章~第17章介绍带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、轴、轴承、联轴器与离合器、轴毂连接、螺纹连接，主要是机械设计方面的内容。本书适合作为高等院校机械类、近机械类各专业“机械设计基础”“机械原理”“机械设计”课程的教材，使用时可根据不同专业、不同学时需要选学内容。与本书配套使用的《机械设计基础实践》（刘晓瑞主编，中国铁道出版社有限公司出版），可作为机械设计基础课程设计与机械设计基础实验指导教材。
本书由山西工程技术学院姚志平任主编，王栋、荆忠亮、刘晓瑞任副主编。具体编写分工如下：姚志平(第1、2、9、10章)，檀瑞龙(第3章)，荆忠亮(第4章)，郑晓霞(第5、11章)，李瑞斌（第6章），董芳凯（第7章），刘宏谦(第8章)，郝瑞玲(第12章)，王紫民（第13章），任鹏伟（第14章），赵磊（第15章），刘晓瑞（第16章），王栋（第17章）。
在本书的编写过程中，参阅了大量同类书籍，在此特向其作者表示衷心的感谢。同时本书也得到了相关学者、老师及责任编辑的热情关心和大力支持，在此一并表示衷心的感谢。
由于编者水平有限，书中疏漏欠妥之处在所难免，敬请同行专家和广大师生批评指正（编者邮箱：709603273@qqcom）。

第 1章 机械设计基础知识 ………………………………………………………………… 1 
1.1 机器的组成 …………………………………………………………………………… 1 
1.2 本课程的性质、内容和任务 …………………………………………………………… 3

1.3 机械设计的基本要求、一般程序、设计类型和方法 ……………………………… 4 

1.4 机械零件设计的基本要求、一般步骤和设计计算方法 ……………………………6 

1.5 机械中的摩擦、磨损与润滑 …………………………………………………………… 7

拓展知识 …………………………………………………………………………………… 12
思考题 ……………………………………………………………………………………… 13


第 2章 平面机构分析 ……………………………………………………………………… 14 
2.1 平面机构的组成 ……………………………………………………………………… 14 
2.2 平面机构的运动简图 ………………………………………………………………… 16 
2.3 平面机构的自由度 …………………………………………………………………… 19 
2.4 速度瞬心在机构运动分析中的应用 ………………………………………………… 23
拓展知识 …………………………………………………………………………………… 25
思考题 ……………………………………………………………………………………… 26


第 3章 平面连杆机构 ……………………………………………………………………… 30 
3.1 平面四杆机构的基本类型及演化 …………………………………………………… 30 

3.2 平面四杆机构的基本特性 …………………………………………………………… 36 

3.3 平面连杆机构的设计 ………………………………………………………………… 42
拓展知识 …………………………………………………………………………………… 50
思考题 ……………………………………………………………………………………… 50


第 4章 凸轮机构 …………………………………………………………………………… 53 
4.1 凸轮机构的特点、应用及类型 ……………………………………………………… 53 

4.2 从动件的名词术语和运动规律 ……………………………………………………… 55 

4.3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 …………………………………………………………… 60 

4.4 凸轮机构压力角与基圆半径 ………………………………………………………… 66
拓展知识 …………………………………………………………………………………… 68
思考题 ……………………………………………………………………………………… 69


第 5章 齿轮机构 …………………………………………………………………………… 71 
5.1 齿轮机构的特点及分类 ……………………………………………………………… 71 
Ⅱ｜机械设计基础
5.2 齿廓啮合基本定律 …………………………………………………………………… 73 
5.3 渐开线齿廓 …………………………………………………………………………… 74 
5.4 渐开线齿轮的基本参数及标准直齿圆柱齿轮的尺寸计算 ………………………76 
5.5 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 ……………………………………………… 79 

5.6 渐开线齿轮的切齿原理及根切现象 ………………………………………………… 82 

5.7 变位齿轮传动 ………………………………………………………………………… 86 

5.8 斜齿圆柱齿轮机构 …………………………………………………………………… 88 
5.9 圆锥齿轮机构 ………………………………………………………………………… 93 
5.10 蜗杆蜗轮机构 ……………………………………………………………………… 96
拓展知识 …………………………………………………………………………………… 101
思考题 ……………………………………………………………………………………… 102


第 6章 轮系及其设计 …………………………………………………………………… 103 
6.1 轮系的分类 ………………………………………………………………………… 103 
6.2 定轴轮系的传动比 ………………………………………………………………… 105 
6.3 周转轮系的传动比计算 …………………………………………………………… 107 
6.4 复合轮系的传动比计算 …………………………………………………………… 110 
6.5 齿轮系的应用 ……………………………………………………………………… 111 
6.6 几种特殊的行星传动 ……………………………………………………………… 114
拓展知识 …………………………………………………………………………………… 117
思考题 ……………………………………………………………………………………… 118


第 7章 其他常用机构 …………………………………………………………………… 121 
7.1 棘轮机构 …………………………………………………………………………… 121 
7.2 槽轮机构 …………………………………………………………………………… 125 
7.3 不完全齿轮机构 …………………………………………………………………… 127 
7.4 凸轮式间歇运动机构 ……………………………………………………………… 129 
7.5 组合机构 …………………………………………………………………………… 130
拓展知识 …………………………………………………………………………………… 132
思考题 ……………………………………………………………………………………… 132


第 8章 机械的调速与平衡 ……………………………………………………………… 133 
8.1 机械的运转过程及速度波动的调节 ……………………………………………… 133 

8.2 飞轮的设计 ………………………………………………………………………… 135 

8.3 非周期性速度波动及其调节 ……………………………………………………… 138 
8.4 机械的平衡 ………………………………………………………………………… 139
拓展知识 …………………………………………………………………………………… 146
思考题 ……………………………………………………………………………………… 147


第 9章 带传动 ……………………………………………………………………………… 148 
9.1 带传动的类型及其特点 …………………………………………………………… 148 
目  录｜  Ⅲ 
9.2
  V带与带轮 ………………………………………………………………………… 150 
9.3 带传动工作情况分析 ……………………………………………………………… 153 
9.4   V带传动的设计 …………………………………………………………………… 157 
9.5 带传动的张紧、使用与维护 ………………………………………………………… 165
拓展知识 …………………………………………………………………………………… 167
思考题 ……………………………………………………………………………………… 167

第 10章 链传动 …………………………………………………………………………… 169 
10.1 链传动的类型及特点 ……………………………………………………………… 169 

10.2 滚子链结构 ………………………………………………………………………… 170 

10.3 滚子链链轮的结构和材料 ………………………………………………………… 171 

10.4 链传动的工作情况分析 …………………………………………………………… 173 

10.5 链传动的受力分析 ………………………………………………………………… 174 

10.6 滚子链传动的设计计算 …………………………………………………………… 175 

10.7 链传动的布置、张紧和润滑 ……………………………………………………… 178

思考题 ……………………………………………………………………………………… 181


第 11章 齿轮传动 ………………………………………………………………………… 182 
11.1 齿轮传动的失效形式与设计准则 ………………………………………………… 182 

11.2 齿轮常用材料及热处理 …………………………………………………………… 185 

11.3 标准直齿圆柱齿轮传动的设计 …………………………………………………… 187 

11.4 平行轴斜齿圆柱齿轮传动 ………………………………………………………… 194 

11.5 直齿锥齿轮传动 …………………………………………………………………… 198 

11.6 齿轮的结构设计 …………………………………………………………………… 200 
11.7 齿轮传动的维护 …………………………………………………………………… 202
拓展知识 …………………………………………………………………………………… 204
思考题 ……………………………………………………………………………………… 205


第 12章 蜗杆传动 ………………………………………………………………………… 207 
12.1 蜗杆传动的失效形式、材料和精度 ……………………………………………… 207 

12.2 蜗杆传动的强度计算 ……………………………………………………………… 208 

12.3 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 …………………………………………… 212 

12.4 蜗杆和蜗轮的结构 ………………………………………………………………… 214

思考题 ……………………………………………………………………………………… 216


第 13章 轴 ………………………………………………………………………………… 217 
13.1 轴的分类和材料 …………………………………………………………………… 217 
13.2 轴的结构设计 ……………………………………………………………………… 221 
13.3 轴的设计计算 ……………………………………………………………………… 227
13.4 轴的使用与维护 …………………………………………………………………… 235
拓展知识 …………………………………………………………………………………… 235 
思考题 ……………………………………………………………………………………… 236


第 14章 轴承 ……………………………………………………………………………… 237 
14.1 轴承的类型及特点 ………………………………………………………………… 237 

14.2 滚动轴承 …………………………………………………………………………… 238 

14.3 滚动轴承的工作情况分析与计算 ………………………………………………… 244 

14.4 滚动轴承的组合结构设计 ………………………………………………………… 252 

14.5 滑动轴承的类型与结构 …………………………………………………………… 264 

14.6 滑动轴承的失效形式及常用材料 ………………………………………………… 269

拓展知识 …………………………………………………………………………………… 274
思考题 ……………………………………………………………………………………… 275


第 15章 联轴器与离合器 ……………………………………………………………… 277 
15.1 联轴器 ……………………………………………………………………………… 277 
15.2 离合器 ……………………………………………………………………………… 284
拓展知识 …………………………………………………………………………………… 288
思考题 ……………………………………………………………………………………… 289


第 16章 轴毂连接 ………………………………………………………………………… 290 
16.1 键连接 ……………………………………………………………………………… 290 
16.2 花键连接 …………………………………………………………………………… 294 
16.3 销连接 ……………………………………………………………………………… 295 
16.4 无键连接 …………………………………………………………………………… 296 
16.5 过盈连接 …………………………………………………………………………… 297
拓展知识 …………………………………………………………………………………… 298
思考题 ……………………………………………………………………………………… 298


第 17章 螺纹连接 ………………………………………………………………………… 299 
17.1 螺纹连接的基本知识 ……………………………………………………………… 299 

17.2 螺纹连接的预紧与防松 …………………………………………………………… 304 

17.3 螺栓组连接的设计 ………………………………………………………………… 306 

17.4 螺纹连接的强度计算 ……………………………………………………………… 308 

17.5 螺纹连接件的材料与许用应力 …………………………………………………… 314 

17.6 螺旋传动 …………………………………………………………………………… 315 

17.7 螺纹零件的使用与维护 …………………………………………………………… 318
拓展知识 …………………………………………………………………………………… 320
思考题 ……………………………………………………………………………………… 321
参考文献 ……………………………………………………………………………………… 323 

姚志平，山西工程技术学院副教授。从事机械设计基础、机械原理、机械设计等课程教学34年，指导实验、课程设计和毕业设计，具有丰富的理论教学和实践教学经验，并参与编写汽车底盘构造（2001年7月机械工业出版社）、机械设计基础（2005年9月机械工业出版社，副主编）、机械技术基础（2012年9月机械工业出版社，副主编）等教材，有较丰富的教材编写经验，其他参编人员也都是从事多年教学的教师，因此，能保证教材编写水平和质量。2019年第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛（山西赛区）荣获优秀指导教师，发表论文多篇。

本书主要面向应用型人才培养，整合基本理论知识，淡化过程推导，同时结合工程认证。各章开始安排有学习目标，重要章节安排有拓展知识和思考题，以开阔学生的工程视野，巩固工程理论知识，训练学生分析工程设计条件、应用设计理论、运用各种设计资料的工程设计能力，其目的是培养学生的机械设计能力和创新实践能力。