工程力学与机械设计基础

第1章 构件的静力分析基础 1

1.1 力及其基本性质 1

1.1.1 力 1

1.1.2 力系 2

1.1.3 力的基本性质 3

1.1.4 约束与约束力 4

1.1.5 常见的约束类型 4

1.1.6 受力图 7

1.2 力对点之矩 8

1.2.1 力矩的概念 8

1.2.2 力矩的性质 8

1.2.3 合力矩定理 8

1.3 力偶 9

1.3.1 力偶与力偶矩 9

1.3.2 力偶的性质 10

1.3.3 平面力偶系及其合成 11

1.4 平面力系的平衡方程及其应用 11

1.4.1 力在平面直角坐标轴上的投影、合力投影定理 11

1.4.2 平面力系的平衡方程 13

1.5 物体系统的平衡 17

1.5.1 静定与静不定问题的概念 17

1.5.2 物体系统的平衡问题 18

1.6 空间力系与重心简介 19

1.6.1 力在空间直角坐标轴上的投影 19

1.6.2 空间力系平衡问题的平面解法 20

1.6.3 重心 21

小结 24

练习题 24

第2章 构件的基本变形 29

2.1 轴向拉伸与压缩 29

2.1.1 拉伸、压缩的概念与实例 29

2.1.2 截面法、轴力与轴力图 30

2.1.3 拉（压）杆横截面上的正应力 32

2.1.4 轴向拉压杆变形和胡克定律 33

2.1.5 材料在轴向拉伸与压缩时的力学性能 35

2.1.6 构件拉伸与压缩时的强度计算 38

2.1.7 压杆稳定的概念 41

2.2 剪切与挤压 41

2.2.1 剪切与挤压的概念与实例 41

2.2.2 剪切实用计算 43

2.2.3 挤压的实用计算 43

2.3 圆轴扭转 46

2.3.1 圆轴扭转的概念与实例 46

2.3.2 扭矩与扭矩图 47

2.3.3 圆轴扭转的应力与强度计算 49

2.3.4 圆轴扭转时的变形与刚度计算 53

2.4 平面弯曲梁 55

2.4.1 平面弯曲的概念与实例 55

2.4.2 平面弯曲的内力——剪力与弯矩 57

2.4.3 平面弯曲梁横截面上的应力及其强度计算 62

2.4.4 梁的弯曲刚度简介 65

2.5 组合变形简介 66

2.5.1 弯曲与拉伸（压缩）组合变形 67

2.5.2 弯曲与扭转组合变形 68

小结 68

练习题 68

第3章 常用机构 73

3.1 概述 73

3.2 平面机构运动简图及自由度 75

3.2.1 运动副及其分类 75

3.2.2 平面机构运动简图 76

3.2.3 平面机构的自由度 77

3.3 平面连杆机构 82

3.3.1 概述 82

3.3.2 平面四杆机构的基本形式及其应用 83

3.3.3 平面四杆机构的基本特性 88

3.4 凸轮机构 91

3.4.1 凸轮机构的应用和类型 91

3.4.2 平面凸轮的基本尺寸和运动参数 93

3.5 间歇运动机构 95

3.5.1 棘轮机构 95

3.5.2 槽轮机构 98

3.5.3 不完全齿轮机构 99

3.5.4 凸轮式间歇机构 100

3.6 常用机构综合应用实例 101

小结 103

练习题 103

第4章 带传动与链传动 107

4.1 带传动的工作原理、类型及特点 107

4.1.1 带传动的工作原理 107

4.1.2 带传动的类型 108

4.1.3 带传动的特点 109

4.2 带传动的基本理论 109

4.2.1 带传动的受力分析 109

4.2.2 带的应力 110

4.2.3 弹性滑动与传动比 111

4.3 普通v带和v带轮 112

4.3.1 v带的构造和标准 112

4.3.2 普通v带轮 113

4.4 普通v带传动的设计 115

4.4.1 带传动的失效形式和设计准则 115

4.4.2 单根v带的基本额定功率 115

4.4.3 v带型号的确定 118

4.4.4 带传动主要参数确定 119

4.5 带传动的张紧、安装和维护 122

4.5.1 带传动的张紧 122

4.5.2 带传动的安装和维护 123

4.6 链传动 124

4.6.1 链传动的结构和类型 124

4.6.2 链传动的特点及应用 124

4.6.3 滚子链与链轮 124

4.6.4 链传动的运动特性 127

小结 128

练习题 128

第5章 齿轮传动 130

5.1 齿轮传动的类型、特点及其基本要求 130

5.1.1 齿轮传动的类型 130

5.1.2 齿轮传动的特点 131

5.1.3 对齿轮传动的基本要求 131

5.2 渐开线齿廓 132

5.2.1 渐开线的形成及其性质 132

5.2.2 渐开线齿廓满足定传动比要求 132

5.2.3 渐开线齿廓啮合特点 133

5.3 标准渐开线直齿圆柱齿轮各部分的名称和几何尺寸 134

5.3.1 渐开线齿轮的各部位名称及代号 134

5.3.2 标准渐开线直齿圆柱齿轮基本参数 135

5.3.3 标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸计算 136

5.3.4 公法线长度和分度圆弦齿厚 137

5.3.5 齿轮的测绘 138

5.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 139

5.4.1 一对渐开线齿轮的正确啮合条件 139

5.4.2 连续传动条件 139

5.4.3 正确安装及标准中心距 140

5.5 渐开线齿轮的加工原理、根切现象及变位齿轮的概念 142

5.5.1 渐开线齿轮的加工方法 142

5.5.2 根切现象及避免根切现象的措施 144

5.5.3 变位齿轮简介 145

5.6 斜齿圆柱齿轮传动 147

5.6.1 斜齿圆柱齿轮齿廊曲面的形成及啮合特点 147

5.6.2 斜齿圆柱齿轮的基本参数及几何尺寸计算 148

5.6.3 斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件 149

5.6.4 当量齿轮和当量齿数 149

5.7 圆柱齿轮强度计算 150

5.7.1 齿轮的失效形式和设计准则 150

5.7.2 齿轮的材料及热处理 152

5.7.3 轮齿受力分析及计算载荷的确定 152

5.7.4 齿面接触疲劳强度计算 153

5.7.5 齿根弯曲疲劳强度计算 155

5.8 直齿圆锥齿轮传动 158

5.8.1 圆锥齿轮传动的应用 158

5.8.2 直齿圆锥齿轮的基本参数及几何尺寸计算 159

5.9 齿轮的结构设计 161

5.10 蜗杆传动 163

5.10.1 蜗杆传动概述 163

5.10.2 蜗杆传动的类型和特点 163

5.10.3 圆柱蜗杆传动的主要参数和几何尺寸 164

5.11 齿轮机构的实用装置实例 167

小结 169

练习题 170

第6章 轮系与减速器 172

6.1 概述 172

6.1.1 轮系的类型 172

6.1.2 轮系的功用 174

6.2 定轴轮系传动比的计算 174

6.2.1 转向关系的确定 174

6.2.2 传动比的计算 175

6.3 行星轮系传动比的计算 177

6.3.1 行星轮系的组成 177

6.3.2 行星轮系传动比的计算 177

6.4 混合轮系传动比的计算 180

6.4.1 混合轮系传动比的计算 180

6.4.2 划分基本轮系的方法 180

6.5 减速器简介 181

6.5.1 齿轮减速器的基本构造 182

6.5.2 齿轮减速器箱体 182

6.5.3 齿轮减速器附件 183

6.5.4 减速器的润滑 183

小结 184

练习题 184

第7章 连接 187

7.1 键连接与销连接 187

7.1.1 键连接 187

7.1.2 花键连接 192

7.1.3 销连接 194

7.2 螺纹连接 195

7.2.1 螺纹的形成、类型及主要参数 195

7.2.2 螺纹连接的主要类型 197

7.2.3 螺纹连接的预紧和防松 198

小结 200

练习题 200

第8章 轴系零部件 201

8.1 概述 201

8.1.1 轴的分类 201

8.1.2 轴的材料及其设计要求 203

8.2 轴的结构设计 204

8.2.1 轴结构设计的基本要求 204

8.2.2 轴上零件的固定 204

8.2.3 拟定轴上零件的布置和装配方案确定轴的结构 206

8.2.4 轴的结构应具有良好的制造和装配工艺性 207

8.2.5 轴的直径和长度 208

8.3 提高轴强度和刚度措施 208

8.3.1 改善轴的受力状况 208

8.3.2 改善轴的结构减小应力集中 209

8.4 滚动轴承 210

8.4.1 滚动轴承的特点 210

8.4.2 滚动轴承的构造、类型和代号 210

8.4.3 滚动轴承的组合设计 215

8.4.4 滚动轴承的润滑与密封 218

8.5 滑动轴承 220

8.5.1 滑动轴承的分类和结构 220

8.5.2 轴瓦和轴承衬 222

8.5.3 轴瓦和轴衬的常用材料 223

8.6 联轴器与离合器 223

8.6.1 联轴器 223

8.6.2 离合器 225

小结 228

练习题 228

参考文献 230

《工程力学与机械设计基础》对工程力学、机械原理与机械零件这几门课程按机械设计这条主线进行了整合，内容突出职业教育特色，强化了工程应用，注重实践能力、动手能力和创新思维能力的培养。《工程力学与机械设计基础》共 8 章，主要内容包括构件的静力分析基础、构件基本变形分析、常用机构、带传动与链传动、齿轮传动、轮系和减速器、连接和轴系零部件等，并在相关章节引入一些实例，符合当今高职机械基础课程的教学内容。
《工程力学与机械设计基础》主要作为高职院校工程技术类各专业教材，同时也可供有关工程技术人员参考。