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第5版前言

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书名：机械设计手册（第5版）第1卷

书号：978-7-111-29225-8

作者：闻邦椿 主编

出版日期：2010年1月

开本：16

页数：1350页

字数：3005千字

定价：140.00元

内容简介

本书是在前4版的基础上，吸收并总结了国内外机械工程设计领域中的新标准、新材料、新工艺、新结构、新技术、新产品、新设计理论与方法撰写而成。本书全面系统地介绍了常规设计、机电一体化与控制技术和现代设计方法及其应用等内容。具有内容先进、信息量大、取材广、规格全，实用性强，数据可靠，使用方便等特点。

全书分6卷52篇，内容有：常用设计资料、机械零部件设计（连接、紧固与传动）、机械零部件设计（轴系、支承与其他）、流体传动与控制、机电一体化及控制技术、现代设计理论与方法等。

本卷为第1卷，主要内容有：常用资料、常用数学公式和常用力学公式、机械工程材料、零部件设计常用基础标准、零件结构设计工艺性等。本书供从事机械设计、制造、维修及有关工程技术人员作为工具书使用，也可供大专院校的有关专业师生使用和参考。

第5版前言

人类社会正迈入知识经济时代，以知识为依托的科学技术在当今社会发展过程中正在发挥着越来越重要的作用。科学技术成果的研究与开发及其广泛应用是当今，也是未来推动经济发展和社会进步的至关重要的因素。依靠科技进步振兴装备制造业是使我国由制造大国过渡到制造强国的核心因素和关键。

发展装备制造业离不开产品的研究与开发及设计。机械产品设计正由传统设计模式向现代设计模式转变，现代设计的特点是广泛采用计算机技术，着力应用智能化设计、数字化设计、网络化设计、绿色化设计及系统化设计的综合技术。机械设计手册的编辑与出版，充分地展现了现代设计的特点，是现代设计不可缺少的工具和手段。

本版手册在科学发展观和自主创新设计的理念引领下，进行了较大篇幅的修改和补充，为我国现代机械产品自主创新设计提供了保障。例如，在手册中重点介绍了产品绿色设计、和谐设计与系统化设计，也介绍了产品的创新设计等内容，这有利于产品设计师们采用手册中介绍的内容和方法开展产品开发。

本版手册汇总了大量的原始数据和设计资料，以及在产品设计时必须采用技术标准，同时还介绍了设计中许多不可缺少的相关设计知识。因此，可以说手册是设计师们在产品设计过程中所必需的数据库和知识库，目前它已成为产品研究与开发的“利器”及其他设计器具无法取代的重要的设计工具，这不仅在现在，而且在将来也会发挥其积极的作用。

本版手册系统地叙述了机械设计各专业的主要技术内容，归纳和总结了新中国成立以来我国机械领域取得的成就和经验，不少新内容是本手册编者们研究得到的，此外，还吸取了国外的若干先进科学技术，其内容丰富，实用性强，前4版出版后，受到了社会各界的重视和好评，作为国家级重点科技图书和机械工程方面的最具权威的大型工具书，曾获得全国优秀图书二等奖、机电部科技进步二等奖、全国优秀科技畅销书奖，1994年曾在台湾建宏出版社出版发行，它在机械产品设计中起着十分重要的作用，目前已成为各行业，尤其是机械行业各技术部门必备的工具书。

在本版手册的修订过程中，我们努力贯彻了“科学性、先进性、实用性、可靠性”的指导思想。广泛调研了厂矿企业、设计院、科研院所、高等院校等多方面的使用情况和意见。对机械设计的基础内容、经典内容和传统内容，从取材、产品及其零部件的设计方法与计算流程、设计实例等多方面进行了深入系统的整合，同时，还全面总结了当前国内外机械设计的新理论、新方法、新材料、新工艺、新结构、新产品、新技术，特别是在产品的综合设计理论与方法、机电一体化及机械系统自动控制技术等方面作了系统和全面的论述和凝炼。相信本手册会以崭新的面貌展现在广大读者面前，她对提高我国机械产品的设计水平，推进新产品的研究与开发、老产品的改造，以及产品的引进、消化、吸收和再创新，进而促进我国由制造大国向制造强国转变，发挥其积极的作用。

本版手册分6卷52篇。第1卷：常用设计资料；第2卷：机械零部件设计（连接、紧固与传动）；第3卷：机械零部件设计（轴系、支承与其他）；第4卷：流体传动与控制；第5卷：机电一体化及控制技术；第6卷：现代设计理论与方法。在撰写过程中，贯彻和采用最新技术标准和国际新标准，最大限度地充实和更新技术内容，凝炼和总结机械设计的最新成就和经验，尽力地吸取国外的先进科学技术，努力反映当代机械设计的最新水平，更好地为现代机械设计服务；在取材和选材过程中，尽量压缩对基本原理的介绍，避免在手册中出现教科书的叙述方式，特别强调要采用手册化、表格化的设计流程。删除一些可要可不要的内容，以及应用面相对较窄和尚未用于实际的研究性内容。力求使各篇章内容构成有机的整体，既要考虑到各篇的系统性，又要照顾全书的统一性，尽量避免不必要的重复；在各类零部件设计计算中，要增加结构图和应用实例口在部件设计选用中，应适当提供可选用的产品的结构及其安装尺寸、主要技术参数等，给设计和选用创造方便的条件；所有计算方法和数据都要准确、可靠、无误，重要的要注明来源；对相近标准的数据和表格尽量予以合并、采用双栏排版、摘其所要等形式予以编写，以使该手册采用较少的篇幅而编入较多的内容。

手册的第5版是在前4版的基础上，着力在以下几个方面作了修订：

一、在贯彻落实推广标准化技术方面

手册全部内容贯彻和采用了2010年1月以前颁发的最新国家标准、行业标准和相关的国际新标准，最大限度地充实和更新标准化技术的内容。本次修订为历次修订中标准更新规模最大的一次，例如：机械工程材料部分更新的标准达162个，流体传动与控制部分更新的标准有150多个。更换的标准中有许多是机械行业的重要标准，如GB/T 786.1—2009流体传动系统及元件图形符号和回路，GB/T 10095.1～2—2008圆柱齿轮精度制，GB/Z 18620.1～4—2008圆柱齿轮检验实施规范等。

二、在新的设计计算方法方面

按照GB/T 3480.1～5—1997渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法、GB/T 10300.1～3—2003锥齿轮承载能力计算方法重新构建了实用、合理的齿轮设计体系。对圆柱齿轮和锥齿轮均按照初步确定尺寸的简化计算、简化疲劳强度校核计算和一般疲劳强度校核计算编排设计计算方法，以满足不同场合不同要求的齿轮设计需求。增加了齿轮齿廓修形和齿顶修缘的内容，给出了修形计算公式和确定修形量的方法。

在滚动螺旋传动中按最新的国家标准GB/T 17587.4～5—2008滚珠丝杠副轴向静刚度、轴向静载荷与动载荷，整理更新了滚珠丝杠传动选用和评估计算方法。

根据机构学的最新发展，考虑到近年来并联机器人和并联机床的快速发展和应用，特地另辟一章，编入并联机器人和并联机床的运动学和动力学分析、典型并联机器人和并联机床的类型和应用选型，这是在大型工具书中首次载入。增加了机构系统方案的构思与拟定并例举了典型实例，对机构设计与选用起到综合和运用的作用。

三、在新材料、新元器件、新产品等方面

在新材料方面，编入了新型工程材料——钛及钛合金，该种材料具有低密度、高熔点、高比强度、耐腐蚀性好、高低温特性好、生物相容性好、具有形状记忆特性等优点，在航空航天、海洋开发、化工、冶金、生物技术、汽车工程、食品、轻工等工业技术领域的装备制造中有重要用途。编入了有“21世纪绿色材料”之称的镁及镁合金，该种材料在轻量性、比强度、导热性、减振性、储能性、切削性、尺寸稳定性以及可回收性等方面具有独特的优点。编入了GB/T 20878—2007不锈钢和耐热钢牌号及化学成分，该标准是一个全新标准，它规定了143个牌号的化学成分及部分牌号的物理性能参数与国内外标准牌号的对照，在各种手册中未见编入。

在新元件、新产品方面，在减速器和变速器篇中，增加了平面二次包络蜗杆减速器（GB/T 16444—2008）、新型的锥盘环盘式无级变速器、XZW型行星锥轮无级变速器，在大型工具书中首次编入了用于高档轿车的新型金属带式无级变速器，以及其他相关的设计资料。

流体传动与控制卷在内容和产品方面作了大幅度的更新，编入了液压气动领域中的最新开发的各类元器件，为流体传动与控制系统的设计、运行和维护提供全面的技术支撑。为满足不同层次用户的需要，分别引入了国内主流品牌（含台湾知名品牌HP）以及国际知名品牌的产品，如液压传动中的德国（Rexroth）、美国（Vickers）、日本（Yuken）、意大利（Atos）等品牌产品；液压控制系统中的德国（Fosto）、美国（Moog、Vickers、Dowry）等品牌产品；气压传动中的德国（Fosto）、日本（SMC）等品牌产品。

编入了最新出现的具有广泛应用前景的液压元件——螺纹插装阀系列产品，增加了液压伺服油缸等相关新产品，大幅度增加了最新出现的适应性强的各类液压辅件。增加了以气流引射原理制造的真空发生器等气动系统常用的真空元器件。

四、在机电一体化设计与控制技术方面

机械技术与电子技术相结合已经成为当前装备制造业的主流和发展趋向，机电一体化是现代机械和技术的重要典型特征之一，为适应机电一体化技术的应用，本版手册对该方面的内容作了重新编排和大量充实，专辟一卷为机电一体化及控制技术等内容进行较系统和全面的叙述。

在机电一体化技术及设计篇中，以典型机电一体化产品的五大组成部分的技术要点作主线进行编写，并以产品设计为背景组织内容，并编入了多个综合性设计实例。

机器人是机电一体化特征最为显著的现代机械系统，从实用性的角度介绍了工业机器人技术中的本体、驱动、控制、传感等共性技术，结合喷涂、搬运、电焊、冲压、压铸等工艺，介绍了机器人的典型应用。另外对视觉机器人、智能机器人等作了实用性的介绍。

微机电系统（MEMS）是20世纪80年代中后期出现的微电子技术与机械技术及生物、物理、化学等学科相交叉的一种新技术，它不仅是机械学科发展的前沿方向之一，也逐渐形成了产业。顺应高新技术发展潮流，设专篇撰写微机电系统，这在大型工具书中尚属首次。本篇重点编入了MEMS制造技术和设计技术。

激光加工目前已经成为一种有效的重要先进制造技术。手册以激光加工技术的最新成果为素材，编写了各种激光加工的原理、工艺及其应用，其中包括在打孔、切割、焊接、淬火、熔覆与合金化中的应用和激光加工中的安全防护等。

同时，对机电系统控制、数控技术、机械状态监测与故障诊断技术和电动机、电器与常用传感器等内容，简化原理、突出应用、扩充实例、引用最新成果作了编写。

五、在凝炼和推广现代设计理论与方法方面

针对现代机械产品设计的新方法和新技术存在的多样性和复杂性问题，本版手册以现代机械产品设计的总目标和建立其设计方法新体系为主旨，从先进性、系统性和实用性的角度，对产品的设计理论与方法作了系统总结和介绍。本版手册按新的分类共编入了21种现代设计方法，可以说是集现代设计方法之大全。

在现代设计理论与方法综述篇中，介绍了机械及机械制造技术发展总趋势，国际上有影响的主要设计理论与方法，产品研究和开发的一般过程和关键问题，现代设计理论的发展和根据不同的设计目标对设计理论与方法的选用。首次采用系统工程的方法对产品设计理论与方法做了分类，克服了目前对产品设计理论与方法的叙述缺乏系统性的不足。

创新设计是现代机电产品提高竞争力的重要技术和方法。该篇在概要介绍创新设计的基本理论、创新思维、创新技法的基础上，基于国际上著名的发明问题解决理论（TRIZ）就情景分析、理想设计、创新设计中的技术进化和技术预测、冲突以及冲突解决原理、物质一场模型方法等介绍了创新设计的系统化方法。介绍了29种创新思维方法，30种创新技术，40条发明创造原理，并通过大量应用实例开拓创新设计思路。

绿色设计是实现低资源消耗、低环境影响、低碳经济的重要技术手段。该篇系统地论述绿色设计的概念、理论、方法及其关键技术。结合编者多年的研究实践，并参考了大量的国内外文献及其最新研究成果，通过介绍绿色设计的概念、材料选择、拆卸回收产品设计、包装设计、节能设计和绿色设计体系及评价方法，对绿色设计进行系统、简明的论述，并给出了绿色设计在上述几个方面的典型案例。这是在工具书中首次全面和系统地论述绿色设计，为推动工程绿色设计的普遍实施具有指引作用。

本版手册对机械系统的振动设计及噪声控制、机械结构有限元设计、疲劳强度设计、可靠性设计、优化设计、计算机辅助设计等比较成熟的现代设计方法和技术，本着简明化、实用化的原则，做了全面修订和充实，吸收了最新研究成果，增加了系列应用实例。例如，机械系统的振动设计及噪声控制中，增加了非线性系统中的等效线性化和多尺度法；机械可靠性设计篇编入了机构运动可靠性设计理论和方法、可靠性灵敏度分析方法等最新成果；在机械优化设计篇中，增加了模糊优化设计等新内容。

另外，对机械系统概念设计、虚拟设计、智能设计、并行设计与协同设计、反求设计、快速反应设计、公理设计和质量功能展开（QFD）设计、和谐设计等设计领域的前沿方法分别作了实用化介绍，以进一步拓展设计思路。

在本版手册最后一篇，系统介绍了现代机电产品的综合设计方法。该方法是一种基于系统工程的产品深层次的综合设计理论和方法。它以产品功能设计、性能设计和产品质量检验和评估为基本目标，将产品设计过程分为准备阶段、规划阶段、实施阶段和设计质量检验阶段等四个阶段，以准备阶段的3I调研、规划阶段的7D规划、实施阶段的深层次1+3+X综合设计和设计质量检验阶段的3A检验为基本要点构成综合设计法的完整技术体系。本版手册首次对该设计法作了系统论述，并给出了大型综合应用实例。

在本版手册编写中，为便于协调，提高质量，加快编写进度，编审人员以东北大学的教师为主，并组织邀请清华大学、上海交通大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、天津大学、华中科技大学、西安交通大学、大连理工大学、东南大学、同济大学、重庆大学、上海大学、合肥工业大学、大连交通大学、苏州大学、西安建筑科技大学、沈阳工业大学、沈阳理工大学、重庆理工大学、机械科学研究总院、中国科学院沈阳自动化研究所、中国科学院长春精密机械及物理研究所、合肥通用机械研究院、沈阳液压件制造有限公司、大连液力传动机械厂、天津工程机械研究所等单位的专家、学者参加。

在本手册第5版出版之际，向著名机械学家、本手册创始人、历次版本的主编徐灏教授致以崇高的敬意，向历次版本副主编邱宣怀教授、蔡春源教授、严隽琪教授、林忠钦教授、余俊教授、汪恺总工程师、周士昌教授表示崇高的敬意，向参加本手册历次版本的编写单位和人员表示衷心感谢，向在手册编写、出版过程中给予大力支持的单位和社会各界朋友们表示衷心感谢，特别感谢机械科学研究总院、郑州机械研究所、沈阳铝镁设计研究院、北方重工集团沈阳重型机械集团有限责任公司和沈阳矿山机械集团有限责任公司、沈阳机床集团有限责任公司、沈阳鼓风机集团有限责任公司及国家标准馆沈阳分馆等单位的大力支持。

由于水平有限，手册难免有一些不尽人意之处，殷切希望广大读者批评指正。

目录

第1篇 常用资料、常用数学公式和常用力学公式

第1章 常用符号和数据

1 常用符号

2 常用数据表

3 优先数和优先数系

第2章 计量单位和单位换算

1 国际单位制（SI）单位

2 可与国际单位制单位并用的我国法定计量单位

3 常用物理量符号及其法定单位

4 计量单位换算

第3章 常用数学公式

1 代数

2 三角函数与双曲函数

3 微分

4 积分

5 常微分方程

6 拉普拉斯变换

7 Z变换

8 立体图形计算公式

第4章 常用力学公式

1 静力学基本公式

2 运动学基本公式

3 动力学基本公式

4 点的应力、应变状态分析和强度理论

5 平面图形几何性质的计算公式

6 杆件的强度和刚度计算公式

7 杆系结构的内力、应力和位移计算公式

8 薄板的应力与位移计算公式

9 薄壳的内力与位移计算公式

10 厚壳的应力、位移计算公式和强度设计公式

11 旋转圆筒和旋转圆盘的应力和位移计算公式

12 接触问题的应力、位移计算公式和强度计算

13 构件的稳定性计算公式

参考文献

第2篇 机械工程材料

第1章 钢铁材料

1 钢铁材料牌号表示方法

2 铸铁

3 钢

4 钢铁材料国内外牌号对照

5 钢材

6 粉末冶金材料

第2章 有色金属材料

1 有色金属及合金牌号表示方法

2 铜及铜合金

3 铝及铝合金

4 钛及钛合金

5 镁及镁合金

6 其他有色金属材料

7 有色金属及其合金国内外牌号对照

第3章 非金属材料

1 橡胶及橡胶制品

2 塑料及塑料制品

3 涂料

4 陶瓷

5 玻璃

6 水泥品种

7 石棉制品

8 木材

9 纸制品

10 石墨材料

11 隔热材料

12 工业用毛毡

第4章 复合材料

1 复合材料分类

2 塑料基复合材料

3 金属基复合材料

4 塑料-金属基复合材料

参考文献

第3篇 零部件设计常用基础标准

第1章 技术制图及图形符号

概述

1 通用性规定

2 图样画法

3 技术产品样图常用图形符号——用于投影图

4 技术产品图样常用图形符号——用于非投影图

第2章 公差与配合

1 极限与配合

2 过盈配合的计算和选用

3 未注公差的线性尺寸的公差

4 棱体的角度与斜体系列

5 圆锥的锥度与锥角公差

6 圆锥公差

7 圆锥配合

8 未注公差的角度尺寸的公差

9 光滑工件尺寸的检验

第3章 几何公差——形状、方向、位置和跳动公差

1 概述

2 几何公差的术语、定义或解释

3 几何公差的公差带及误差评定原则

4 几何公差的符号与标注

5 几何公差的公差带定义、标注解释

6 延伸公差带的含义及标注

7 非刚性零件的定义及标注

8 位置度公差

9 几何公差的公差值

10 公差原则——独立原则与相关要求

11 圆锥尺寸和公差注法

12 综合示例

第4章 表面结构

1 概述

2 术语及定义

3 表面粗糙度

4 表面波纹度

5 表面缺陷

6 表面结构的表示法

7 轮廓法评定表面结构的规划和方法

8 表面粗糙度比较样快

第5章 螺纹

1 概述

2 螺纹术语

3 普通螺纹

4 过渡配合螺纹

5 过盈配合螺纹

6 以普通螺纹为基础的其他螺纹

7 小螺纹

8 梯形螺纹及梯形螺纹丝杆

9 短牙梯形螺纹

10 锯齿形螺纹

11 管螺纹

12 普通螺纹的工艺尺寸

13 热浸镀锌螺纹

14 统一螺纹

第4篇 零件结构设计工艺性

第1章 概述

1 零件结构设计工艺性概念

2 影响零件结构设计工艺性的因素

3 零件结构设计工艺性的基本要求

第2章 铸件结构设计工艺性

1 常用铸造金属材料和铸造方法

2 铸造工艺对铸件结构设计工艺性的要求

3 合金铸造性能对铸件结构设计工艺性的要求

4 铸造方法对铸件结构设计工艺性的要求

5 铸造公差

6 铸件缺陷与改进措施

第3章 锻件结构设计工艺性

1 锻造方法与金属材料的可锻性

2 锻造方法对锻件结构设计工艺性的要求

3 模锻件结构设计的注意事项

第4章 冲压件结构设计工艺性

1 冲压方法和冲压材料的选用

2 冲压件结构设计的基本参数

3 冲压件结构设计的注意事项

4 冲压件的尺寸和角度公差、形状和位置未注公差、未注公差尺寸的极限偏差

第5章 粉末冶金件结构设计工艺性

1 粉末冶金材料的分类和选用

2 粉末冶金零件结构设计的基本参数

3 粉末冶金零件结构设计的注意事项

第6章 工程塑料件结构设计工艺性

1 工程塑料的选用

2 工程塑料零件的制造方法

3 工程塑料零件设计的基本参数

4 工程塑料零件结构设计的注意事项

第7章 热处理零件结构设计工艺性

1 零件热处理方法的选择

2 影响热处理零件结构设计工艺性的因素

3 对零件的热处理要求

4 热处理零件结构设计的注意事项

第8章 橡胶件结构设计工艺性

1 橡胶制品质量指标的含义

2 橡胶的选用

3 橡胶件结构设计的工艺性

4 橡胶件的精度

第9章 焊接件结构设计工艺性

1 焊接方法及其应用

2 焊接结构的设计原则

3 焊接接头的形式

4 焊缝坡口的基本形式与尺寸

5 焊接件结构设计应注意的问题

6 焊接件的几何尺寸公差和形位公差

7 焊接质量检验

第10章 金属切削加工件结构设计工艺性

1 金属材料的可加工性

2 金属切削加工件的一般标准

3 切削加工件的结构设计工艺性

4 自动化生产对零件结构设计工艺性的要求

第11章 零部件的装配和维修工艺性

1 一般装配对零部件结构设计工艺性的要求

2 自动装配对零件结构设计工艺性的要求

3 吊运对零件结构设计工艺性的要求

4 零部件的维修工艺性

参考文献