机械设计基础（第2版） 下载 pdf 电子版 epub 免费 txt 2025

《机械设计基础(第2版)》是根据*制定的《高职高专教育机械设计基础课程教学基本要求》和高等职业教育教学改革的要求编写而成的。

《机械设计基础(第2版)》突出了高等职业教育的特点，将机械原理与机械零件的内容有机地结合在一起，并增加了实训教学内容。每章都安排了较多的习题，并附答案，便于学生课后复习和教师根据授课需要安排教学，适应了目前教学改革的需要。各章内容是按照工作原理、结构特点和强度计算的顺序编写的。全书共分16章，包括机械设计基础概述、平面机构的运动简图及自由度、平面连杆机构、凸轮机构、间歇运动机构、联接、带传动、链传动、齿轮传动、蜗杆传动、轮系、滑动轴承、滚动轴承、轴，以及其他常用零部件和机械的平衡与调速。

《机械设计基础(第2版)》可作为高等职业技术学院、高等专科学校、成人高校及本科院校举办的二级职业技术学院机械、机电及近机类专业的教学用书，也可供有关工程技术人员参考。

目    录

第1章  机械设计基础概述.... 1

1.1  本课程研究的对象和内容... 1

1.2  本课程的学习方法... 3

1.3  机械设计的基本要求和一般过程... 4

1.3.1  机械设计的基本要求... 4

1.3.2  机械设计的一般过程... 4

1.3.3  机械零件的失效形式和设计

准则... 6

1.3.4  机械零件的工艺性及标准化... 6

习题与练习... 7

第2章  平面机构的运动简图及

自由度.... 8

2.1  运动副及其分类... 8

2.1.1  低副... 9

2.1.2  高副... 9

2.2  平面机构运动简图... 10

2.2.1  运动副的符号... 10

2.2.2  机构中构件的分类... 11

2.2.3  机构运动简图的绘制... 11

2.3  平面机构的自由度... 12

2.3.1  平面机构自由度计算公式及

机构具有确定运动的条件... 13

2.3.2  计算平面机构自由度

应注意的事项... 14

实训1  机构运动简图的测绘... 16

习题与练习... 17

第3章  平面连杆机构.... 20

3.1  平面四杆机构的类型... 20

3.2  平面连杆机构的基本特性... 23

3.2.1  铰链四杆机构存在曲柄的

条件... 23

3.2.2  急回特性和行程速比系数... 24

3.2.3  压力角和传动角... 25

3.2.4  死点位置... 26

3.3  铰链四杆机构的演化... 27

3.3.1  曲柄滑块机构... 27

3.3.2  导杆机构... 28

3.3.3  偏心轮机构... 29

3.4  平面四杆机构的设计... 30

3.4.1  按给定的行程速比系数

设计四杆机构... 30

3.4.2  按给定连杆位置设计四杆

机构... 31

3.4.3  按给定的两连架杆对应

位置设计四杆机构... 31

3.4.4  按照给定点的运动轨迹

设计四杆机构... 33

习题与练习... 33

第4章  凸轮机构.... 37

4.1  凸轮机构的应用和分类... 37

4.1.1  凸轮机构的应用... 37

4.1.2  凸轮机构的分类... 38

4.2  从动件的常用运动规律... 39

4.2.1  凸轮机构的工作过程与

运动线图... 39

4.2.2  从动件基本运动规律... 40

4.2.3  从动件运动规律的选择... 43

4.3  图解法设计凸轮轮廓... 43

4.3.1  直动从动件盘形凸轮轮廓

绘制... 43

4.3.2  摆动从动件盘形凸轮轮廓的

设计... 45

4.4  凸轮机构运动设计中应该注意的

问题... 46

4.4.1  压力角与作用力的关系... 46

4.4.2  压力角与凸轮机构尺寸的

关系... 47

4.4.3  滚子半径的选择... 48

习题与练习... 48

第5章  间歇运动机构.... 52

5.1  棘轮机构... 52

5.1.1  棘轮机构的工作原理... 52

5.1.2  棘轮转角的调节... 53

5.1.3  棘轮机构的特点与应用... 54

5.2  槽轮机构... 54

5.2.1  槽轮机构的工作原理和

类型... 54

5.2.2  槽轮机构的特点和应用... 55

5.2.3  槽轮槽数z和拨盘圆销数

K的选择... 55

5.3  不完全齿轮机构... 56

5.3.1  不完全齿轮机构的

工作原理和类型... 56

5.3.2  不完全齿轮机构的特点及

用途... 57

习题与练习... 57

第6章  联接.... 59

6.1  螺纹... 59

6.1.1  螺纹的形成、主要参数

以及分类... 59

6.1.2  螺纹联接的主要类型... 62

6.1.3  螺纹副的受力分析、

效率和自锁... 62

6.2  螺纹联接的预紧与防松... 64

6.2.1  螺纹联接的拧紧... 64

6.2.2  螺纹联接的防松... 64

6.3  螺栓联接的强度计算... 65

6.3.1  普通螺栓的强度计算... 65

6.3.2  铰制孔用螺栓联接的强度

计算... 67

6.4  螺栓组的联接设计和受力分析... 68

6.4.1  螺栓组联接的结构设计... 68

6.4.2  螺栓组的受力分析... 69

6.5  键联接... 73

6.5.1  键联接的类型与构造... 73

6.5.2  键联接的强度校核... 75

6.5.3  花键联接... 77

6.5.4  销联接... 78

6.5.5  过盈联接... 79

实训2  螺栓联接的设计... 79

实训3  键联接的设计... 81

习题与练习... 81

第7章  带传动.... 85

7.1  带传动的类型、特点和应用... 85

7.1.1  带传动的工作原理和类型... 85

7.1.2  带传动的特点和应用... 86

7.2  V带和带轮的结构... 87

7.2.1  V带的结构... 87

7.2.2  V带轮的结构... 88

7.3  带传动的工作情况分析... 90

7.3.1  带传动的受力分析... 90

7.3.2  带传动的应力分析... 91

7.3.3  带传动的弹性滑动和

传动比... 92

7.4  普通V带传动的计算... 93

7.4.1  带传动的主要失效形式和

设计准则... 93

7.4.2  单根V带的基本额定功率... 93

7.4.3  主要参数选择... 96

7.5  带传动的张紧装置、安装及维护... 100

7.5.1  带传动的张紧装置... 100

7.5.2  带传动的安装... 101

7.5.3  带传动的维护... 102

实训4  带传动特性的测定及分析... 102

习题与练习... 104

第8章  链传动.... 107

8.1  链传动的特点和类型... 107

8.1.1  链传动的特点... 107

8.1.2  链传动的类型... 108

8.2  滚子链和链轮的结构... 108

8.2.1  滚子链的结构和规格... 108

8.2.2  滚子链链轮... 110

8.3  链传动的设计计算... 112

8.3.1  链传动的失效形式... 112

8.3.2  滚子链的额定功率曲线... 113

8.3.3  设计计算步骤... 114

8.4  链传动的布置、张紧和润滑... 116

8.4.1  链传动的布置... 116

8.4.2  链传动的张紧... 117

8.4.3  链传动的润滑... 117

实训5  链式运输机滚子链传动的设计... 118

习题与练习... 119

第9章  齿轮传动.... 121

9.1  齿轮传动的类型及基本要求... 121

9.1.1  齿轮传动的类型... 121

9.1.2  对齿轮传动的基本要求... 122

9.2  齿廓啮合基本定律... 122

9.3  渐开线齿轮... 124

9.3.1  渐开线的形成及其性质... 124

9.3.2  渐开线齿廓的啮合特性... 125

9.4  齿轮各部分名称及渐开线标准

齿轮的基本尺寸... 126

9.4.1  齿轮各部分的名称... 126

9.4.2  齿轮的基本参数和几何

尺寸... 127

9.5  渐开线标准齿轮的啮合... 128

9.5.1  渐开线齿轮正确啮合条件... 128

9.5.2  标准中心距... 129

9.5.3  渐开线齿轮连续传动的

条件... 130

9.6  渐开线齿轮的切齿原理... 131

9.6.1  齿轮轮齿的加工方法... 131

9.6.2  轮齿的根切现象、齿轮的

小齿数... 133

9.6.3  变位齿轮简介... 133

9.6.4  齿轮精度等级的选择... 134

9.7  齿轮传动的失效形式及设计准则... 135

9.7.1  轮齿的失效形式... 135

9.7.2  设计准则... 137

9.8  齿轮的常用材料及热处理... 137

9.8.1  齿轮材料的要求... 137

9.8.2  常用齿轮材料及热处理... 137

9.9  渐开线标准直齿圆柱齿轮的

强度计算... 139

9.9.1  轮齿的受力分析... 139

9.9.2  轮齿的计算载荷... 140

9.9.3  齿面接触强度的计算... 140

9.9.4  轮齿的弯曲疲劳强度计算... 143

9.10  平行轴斜齿轮机构... 147

9.10.1  斜齿轮齿廓曲面的形成

及其啮合特点... 147

9.10.2  斜齿轮各部分名称和几何

尺寸计算... 148

9.10.3  斜齿轮传动的重合度... 149

9.10.4  斜齿轮的当量齿数... 150

9.10.5  斜齿轮的优、缺点... 151

9.10.6  斜齿圆柱齿轮强度计算... 151

9.11  直齿圆锥齿轮机构... 155

9.11.1  圆锥齿轮传动的应用、

特点和分类... 155

9.11.2  直齿圆锥齿轮的背锥及

当量齿轮... 155

9.11.3  直齿圆锥齿轮的几何尺寸

计算... 157

9.11.4  直齿圆锥齿轮强度计算... 158

9.12  齿轮的结构设计及齿轮传动的

润滑... 159

9.12.1  齿轮的结构设计... 159

9.12.2  齿轮传动的润滑和效率... 161

实训6  渐开线直齿圆柱齿轮范成实训... 162

习题与练习... 164

第10章  蜗杆传动.... 168

10.1  蜗杆传动的特点和类型... 168

10.1.1  蜗杆传动的特点... 168

10.1.2  蜗杆传动的类型... 168

10.2  蜗杆传动的基本参数和几何尺寸

计算... 169

10.2.1  蜗杆传动的基本参数... 170

10.2.2  蜗杆传动的几何尺寸

计算... 172

10.3  蜗杆传动的失效形式、设计准则、

材料和结构... 173

10.3.1  蜗杆传动的失效形式和

设计准则... 173

10.3.2  蜗杆、蜗轮的材料和

结构... 174

10.4  蜗杆传动的强度计算... 176

10.4.1  蜗杆传动的受力分析... 176

10.4.2  蜗轮齿面接触疲劳强度

计算... 176

10.4.3  蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳

强度计算... 177

10.5  蜗杆传动的效率、润滑和热平衡

计算... 178

10.5.1  蜗杆传动的效率... 178

10.5.2  蜗杆传动的润滑... 179

10.5.3  蜗杆传动的热平衡计算... 180

实训7  闭式蜗杆传动的设计... 181

习题与练习... 182

第11章  轮系.... 185

11.1  轮系的分类... 185

11.2  定轴轮系及其传动比... 186

11.2.1  齿轮系的传动比... 186

11.2.2  定轴轮系传动比的计算

公式... 186

11.3  行星轮系及其传动比... 188

11.3.1  行星轮系的组成... 188

11.3.2  行星轮系传动比的计算... 188

11.4  混合轮系及其传动比... 190

11.5  轮系的应用... 191

习题与练习... 193

第12章  滑动轴承.... 196

12.1  滑动轴承的类型和特点... 196

12.1.1  摩擦状态... 196

12.1.2  滑动轴承的主要类型和

特点... 199

12.1.3  滑动轴承的应用... 201

12.2  滑动轴承的结构及材料... 201

12.2.1  轴瓦的结构... 201

12.2.2  滑动轴承的材料... 202

12.3  滑动轴承的润滑... 204

12.3.1  润滑油及其选择... 204

12.3.2  润滑脂及其选择... 205

12.3.3  固体润滑剂... 206

12.3.4  油润滑方式和润滑装置... 206

12.3.5  动压液体摩擦滑动轴承

简介... 207

习题与练习... 208

第13章  滚动轴承.... 210

13.1  滚动轴承的构造及基本类型... 210

13.1.1  滚动轴承的构造... 210

13.1.2  滚动轴承的分类与特性... 211

13.2  滚动轴承的代号... 213

13.2.1  基本代号... 214

13.2.2  前置代号... 215

13.2.3  后置代号... 215

13.3  滚动轴承的选择计算... 216

13.3.1  失效形式... 216

13.3.2  轴承寿命... 217

13.3.3  当量动载荷的计算... 218

13.3.4  角接触向心轴承轴向

载荷的计算... 219

13.4  滚动轴承的静强度计算... 221

13.4.1  基本额定静载荷... 221

13.4.2  当量静载荷P0. 222

13.4.3  静强度计算... 222

13.5  滚动轴承的润滑和密封... 223

13.5.1  滚动轴承的润滑... 223

13.5.2  滚动轴承的密封... 223

13.6  滚动轴承的组合设计... 224

13.6.1  滚动轴承的轴向固定... 224

13.6.2  轴承组合的调整... 225

13.6.3  滚动轴承的配合... 226

13.6.4  轴承的装拆... 226

习题与练习... 227

第14章  轴.... 230

14.1  轴的分类... 230

14.2  轴的材料... 232

14.3  轴的结构设计... 233

14.3.1  轴上零件的装配方案... 233

14.3.2  轴上零件轴向和周向

定位... 233

14.3.3  轴的结构工艺性... 235

14.3.4  提高轴的强度和刚度的

措施... 235

14.4  轴的强度计算... 236

14.5  轴的刚度计算... 240

实训8  轴系结构的测绘与分析... 241

习题与练习... 243

第15章  其他常用零部件.... 246

15.1  联轴器... 246

15.1.1  常用联轴器的结构和

特点... 247

15.1.2  联轴器的选用... 249

15.2  离合器... 250

15.3  弹簧... 252

15.3.1  弹簧的类型和主要功用... 252

15.3.2  弹簧的材料及制造... 253

15.3.3  圆柱螺旋弹簧的几何尺寸及

特性曲线... 254

习题与练习... 256

第16章  机械的平衡与调速.... 259

16.1  回转件的平衡... 259

16.1.1  机械平衡的目的和分类... 259

16.1.2  回转件的静平衡... 260

16.1.3  回转件的动平衡... 262

16.2  机械运转速度波动的调节... 264

16.2.1  机械运转速度波动调节的

目的和方法... 264

16.2.2  周期性速度波动的调节... 264

16.2.3  非周期性速度波动... 267

实训9  刚性转子的静、动平衡实训... 268

习题与练习... 273

附录A  各章习题与练习参考答案.... 275

参考文献.... 290

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第2章  平面机构的运动简图及自由度

　　本章首先介绍组成机构基本的环节——运动副及其类型；然后介绍工程中常用的机构运动简图的画法；后重点讨论机构自由度的计算方法、机构具有确定运动的条件及其计算机构自由度时应注意的复合铰链、局部自由度和虚约束事项。通过对本章内容的学习，要求学习者了解运动副及其分类，熟识各种平面运动副的一般表达方法；能熟练看懂教材中各种平面机构的运动简图；能够正确判断和处理平面机构运动简图中的复合铰链、局部自由度和常见的虚约束，综合运用公式F=3n-2PL-PH进行平面机构自由度的计算，并能判断机构是否具有确定的运动。

　　绘制和阅读平面机构运动简图是机械类工程技术人员的基本能力之一，是进行机械产品设计和分析的基础。

　　冲床是机械产品中常见的一种机械装置。学习者可以通过冲床机构运动简图的测绘，学习机构自由度的计算方法、在计算机构自由度时应注意的复合铰链、局部自由度和虚约束事项，以及机构运动简图测绘的基本步骤。

　　在进行机构运动简图的测绘时，必须解决以下几个问题。

　　(1)    机构运动简图测绘的步骤是什么？一个正确的平面机构运动简图应能说明哪些内容？原动件的位置对机构运动简图有何影响？为什么？

　　(2)    平面机构自由度的计算，对测绘机构的运动简图有何帮助？自由度大于或小于原动件的数目时，会产生什么结果？

　　(3)    计算机构自由度应注意哪些问题？

　　若组成机构的所有构件都在同一平面或相互平行的平面内运动，则称该机构为平面机构；否则称为空间机构。大多数机构为平面机构，故本章只讨论平面机构。

2.1  运动副及其分类

　　一个做平面运动的自由构件具有3个独立运动，如图2.1所示，在xOy坐标系中构件可随其上任一点A沿x、y轴移动和绕A点转动。这种相对于参考系构件所具有的独立运动称为构件的自由度，所以一个做平面运动的自由构件有3个自由度。

　　当构件组成机构时，每个构件都以一定的形式与其他构件相互联接，且相互联接的两构件间保留着一定的相对运动。这种使两构件直接接触而又彼此有一定的相对运动的联接称为运动副，如齿轮间的啮合、轴与轴承的联接和活塞与气缸的联接等都构成运动副。构件组成运动副后，其独立运动受到约束，自由度便随之减少。

　　根据组成运动副两构件之间的接触特性，运动副可分为低副和高副。

图2.1  做平面运动的自由构件具有3个独立运动

2.1.1  低副

　　两构件通过面接触形成的运动副称为低副。根据它们之间的相对运动是转动还是移动，又可分为转动副和移动副。

1. 转动副

　　若组成运动副的两构件之间只能绕某一轴线做相对转动，这种运动副称为转动副或铰链。如图2.2所示，它又可分为固定铰链和活动铰链。

2. 移动副

　　若组成运动副的两构件只能沿某一轴线做相对直线移动，这种运动副称为移动副，如   图2.3所示。

                图2.2  转动副                                 图2.3  移动副

                   1, 2—构件                                         1, 2—构件

2.1.2  高副

　　两构件间通过点或线接触组成的运动副，称为高副。如图2.4所示，它们的相对运动是沿切线t—t和绕A点的转动。

图2.4  高副

1, 2—构件

　　此外，常见的运动副还有螺旋副、球面副。它们皆属于空间运动副。

　　　2.2  平面机构运动简图

　　实际机构一般由外形和结构都较复杂的构件组成，为便于分析和研究机构，有必要撇开那些与运动无关的构件外形和运动副具体构造，仅用简单的线条和符号来表示构件和运动副，并按此比例定出各运动副的位置，这种说明机构各构件间相对运动关系的简化图形，称为机构运动简图。机构运动简图保持其实际机构的运动特征，它不仅简明地表达了实际机构的运动情况，而且还可通过该图进行运动分析及动力分析。

2.2.1  运动副的符号

　　图2.5(a)、(b)、(c)所示为两个构件组成转动副的表示方法，用圆圈表示转动副，其圆心代表相对转动轴线。图2.5(a)表示两个构件均为活动构件，图2.5(b)、(c)表示一个构件为机架，应把代表机架的构件1画上斜线。图2.6(a)、(b)、(c)所示为两个构件组成移动副的方法，移动副的导路必须与相对移动方向一致，与上述相同，应把代表机架的构件画上斜线。

     图2.5  两个构件组成的转动副的符号      图2.6  两个构件组成的移动副的符号

                 1, 2—构件                              1, 2—构件

　　图2.7表示高副。画高副时，应将接触部分的外形画出。对于凸轮、滚子，习惯上画出其全部轮廓；对于齿轮，常用点划线画出其节圆。

　　图2.8所示为构件的表示方法。图2.8(a)表示参与构成两个转动副的构件。图2.8(b)、       (c)表示参与构成3个转动副的构件，为了说明3个转动副是在同一构件上，可在三角形内画上剖面线，如图2.8(b)所示，或在3个角涂上焊缝标记，如图2.8(c)所示，一个构件上有3个转动副，且转动副中心在一条直线上，则可用图2.8(d)表示。图2.8(e)、(f)所示为参与构成一个转动副和一个移动副的构件。

图2.7  高副的表示方法                    图2.8  构件的表示方法

　　其他表示方法可参看有关标准。

2.2.2  机构中构件的分类

　　组成机构的构件，根据运动副性质可分为3类。

　　(1)    固定构件(机架)。这是用来支承活动构件的构件，如图1.1中的气缸体。

　　(2)    原动件(主动件、输入构件)。机构中作用有驱动力或力矩的构件(或运动规律已知的构件)；如图1.1所示内燃机中的活塞。

　　(3)    从动件。机构中除了主动件以外，随着主动件的运动而运动的其余可动件皆称为从动件。其中输出预期运动的从动件称为输出构件，其他从动件则起传递运动的作用。图1.1所示内燃机中的曲轴是输出构件，连杆是用于传递运动的从动件。

　　任何一个机构中，必然有一个构件被相对地看作固定构件。由此可知，机构是由机架、原动件及从动件系统所组成。

2.2.3  机构运动简图的绘制

　　机构运动简图一般可按以下步骤进行试绘。

　　(1)    分析机构运动的传递情况，找出固定件(机架)、原动件和从动件。

　　(2)    从原动件开始，按照运动的传递顺序，分析各构件间的运动副性质，从而确定有多少构件及运动副的类型和数目。

　　(3)    选择视图平面。

　　(4)    选取合适的比例尺，确定各运动副之间的相对位置，用简单的线条和规定的运动副符号画出机构运动简图。

　　下面分别以例2.1、例2.2为例，说明其机构运动简图的绘制方法。

　　例2.1  试绘制如图1.1所示内燃机的机构运动简图。

　　解  由图1.1可知，此内燃机的主体机构是由气缸1、活塞2、连杆5和曲轴6所组成的曲柄滑块机构。此外，还有齿轮机构、凸轮机构等。在燃气的压力作用下，活塞2首先运动，是主动件，然后通过连杆5使曲轴6输出回转运动，而为了控制进气和排气，由固装于曲轴6上的小齿轮10带动大齿轮9使凸轮轴回转，再由凸轮轴上的两个凸轮7，分别推动顶杆8以控制进气阀3和排气阀4。构件2与构件1组成移动副，构件2与构件5组成转动副，构件5与构件6组成转动副，构件10与构件9组成高副，构件7与构件8组成高副，构件8、4与构件1组成移动副。把该内燃机的构造情况及运动副的组成搞清楚以后，再选定投影面和比例尺，用规定的线条和符号来表示构件和运动副，便不难绘出其机构运动简图，如图2.9所示。                   

　　例2.2  试绘制如图1.2所示颚式破碎机的机构运动简图。

　　解  颚式破碎机的主体机构由机架、偏心轴(又称曲轴)5、动颚板6和肘板7共4个构件组成。带轮4与偏心轴5固连成一整体，它是运动和动力输入构件，即原动件，其余构件都是从动件。当带轮4和偏心轴5绕轴线A转动时，驱使输出构件动颚板6做平面运动，从而将物料轧碎。在确定构件数目之后，再根据各构件间的相对运动确定运动副的种类和数目。偏心轴5与机架绕轴线A做相对转动，故构件5与机架组成以A为中心的转动副；动颚板6与偏心轴5绕轴线B做相对转动，故构件5、6组成以B为中心的转动副；动颚板6与肘板7绕轴线C做相对转动，故构件6、7组成以C为中心的转动副；肘板7与机架绕轴线D做相对转动，故构件7与机架组成以D为中心的转动副。选定适当比例尺，根据图1.2的尺寸定出A、B、C、D的相对位置，用构件和运动副的规定符号绘出机构运动简图，如图2.10所示。

           图2.9  内燃机的机构运动简图                   图2.10  颚式破碎机的机构运动简图

2.3  平面机构的自由度

　　机构是一个构件系统，为了传递运动和动力，机构中各构件之间应具有确定的相对运动。然而，机构中的构件仅仅拼凑起来是不一定能运动的；即使能运动，也不一定能有确定的相对运动。为此，构件应如何组合才能运动？在什么条件下才具有确定的相对运动？这对分析现有机构或创新机构是很重要的。

　　若要判定几个构件通过运动副相连起来的构件系统能否产生相对运动和是否有确切的运动，就必须研究平面机构的自由度计算。

2.3.1  平面机构自由度计算公式及机构具有确定运动的条件

　　平面机构的自由度就是该机构中各构件相对于机架的所能有的独立运动的数目。

　　众所周知，对于一个做平面运动的构件，具有3个自由度。当它们通过运动副相互联接之后，它们的相对运动就受到约束，必然失去一些自由度。但又保留一些自由度。构件失去的自由度与它受到的约束条件数相等。例如，如图2.2所示的转动副，约束了两个移动自由度，只保留一个转动自由度；而移动副(见图2.3)也约束了两个自由度，保留一个自由度；高副(见图2.4)则只约束了沿接触公法线nn方向移动的自由度，保留两个自由度。故在平面机构中，每个低副引入两个约束，使构件失去两个自由度；每个高副引入一个约束，使构件失去一个自由度。

　　设平面机构共有k个构件，除去固定构件，则机构中的活动构件数为n=k-1；若机构中共有PL个低副和PH个高副，则这些活动构件在未用运动副联接之前，其自由度总数为3n。当用PL个低副与PH个高副联接成机构之后，全部运动副所引入的约束总数为2PL PH。因此，可动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数，就是该机构中各个构件相对机架独立运动的数目，亦即为该机构的自由度，以F表示，则有

　　                        F=3n-2PL-PH                                                               (2-1)

　　式(2-1)就是计算平面机构自由度的公式。

　　由前述可知，机构的自由度是机构中各构件相对机架所具有的独立运动的数目。而从动件是不能独立运动的，原动件才能独立运动，故原动件数必定等于机构的自由度。

　　例2.3  计算图2.10所示机构的自由度。

　　解  该机构有3个活动构件，即n=3；有4个转动副，即PL=4；没有高副，即PH=0。由式(2-1)得机构的自由度为

　　F=3n-2PL-PH=3×3-2×4-0=1

　　原动件的独立运动是由外界给定的。如果给出的原动件数不等于机构的自由度，则将产生以下影响。

　　如图2.11(a)所示，由3个构件通过转动副联接而成的系统就没有运动的可能性。计算其自由度可得F=3×2-2×3-0=0，如图2.11(b)所示系统，n=3，PL=5，PH=0。计算其自由度可得，F=3×3-2×5-0=-1，由于F＜0，已成为超静定的桁架。又如图2.11(c)所示的五构件系统，若取构件1作主动件，当给定作1时，构件2、3、4的位置是不确定的。但如果给定构件1、4的位置参数的1和和4，则构件2、3的位置也就确定。计算该系统的自由度可得   F=3×4-2×5-0=2。

图2.11  几种构件系统示例

综上所述，机构具有确定运动的条件是：F＞0且F等于原动件数。

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编辑推荐

《机械设计基础(第2版)》是在第1版的基础上，根据三年制高职高专机械类专业人才知识结构对本课程的教学基本要求和新近颁布的有关国家标准，结合几年来多所院校使用第1版的教学实践经验进行修订的。

修订工作本着保持原教材基本特色不变、精选内容、逐步更新、有利教学的精神，对原教材作了适当精简、更新，对一些章节的内容作了适当调整。

书摘插图

前言

第2版前言

　　本书是在第1版的基础上，根据三年制高职高专机械类专业人才知识结构对本课程的教学基本要求和新近颁布的有关国家标准，结合几年来多所院校使用本书第1版的教学实践经验进行修订的。

　　修订工作本着保持原教材基本特色不变、精选内容、逐步更新、有利教学的精神，对原教材作了适当精简、更新，对一些章节的内容作了适当调整。

　　参加本书修订的有李国斌、邓岐杏、邝卫华、桂艳、易根苗、欧增球。全书由李国斌、邓岐杏、邝卫华担任主编，桂艳、易根苗、欧增球担任副主编，并由李国斌负责全书的统稿和定稿。

　　由广西水利电力职业技术学院陈伟珍教授主审并提出了很多宝贵的修改意见和建议，编者在此表示衷心感谢。

　　由于编者水平所限，书中错误和不妥之处在所难免，敬请使用本书的广大教师和读者批评指正。

　　后，衷心感谢读者对我们的信任与支持！如果您需要下载课件、订购教材或提出意见和建议，可以通过以下方式与我们联系。

* 联系人：陈冬梅。

* 通信地址：清华大学校内出版社白楼3层；邮编：100084。

* E-mail：623081123@qq.com。

* 联系电话：010-62783457转600。

* 课件下载地址：http://www.tup.tsinghua.edu.cn。

　　编  者

第1版前言

　　本书是根据*制定的《高职高专教育机械设计基础课程教学基本要求》和新近颁布的国家有关标准编写而成的。

　　本书从培养实用型技能人才应具有的基本技能出发，坚持“以应用为目的，以必需、够用为度”的编写原则，并适当考虑知识的连续性和学生今后继续学习的需要。在教材内容上对传统模式做了一定改革，增加了实训教学内容。在每一章安排有较多的习题，并附有答案，便于学生课后复习使用，也便于教师根据教学需要安排。

　　本书对基本理论的理解，力求深入浅出，而着重讲解典型机构、主要零部件的性能特点及设计方法，介绍了常用机构及零部件的使用方法。本书文字简明，通俗易懂，便于学生自学和教师组织教学。另外，在编写过程中，采用了国家标准和法定计量单位。

　　本书由番禺职业技术学院李国斌副教授和广西水利电力职业技术学院机电工程系主任梁建和副教授主编，广西水利电力职业技术学院陈伟珍、姜俊和烟台职业技术学院王爱君任副主编。全书由李国斌副教授统稿，由清华大学精密仪器系潘尚峰副教授和江西机电职业技术学院副院长殷立君副教授主审并提出了很多宝贵的修改意见和建议，编者在此表示衷心感谢。

　　在本书的编写过程中，番禺职业技术学院、广西水利电力职业技术学院和江西机电职业技术学院等单位的领导和同事给予了大力支持，清华大学出版社也给予了热情的帮助和指导，在此一并表示衷心的感谢。

　　由于编者水平所限，书中错误和不妥之处在所难免，敬请使用本书的广大教师和读者批评指正。

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　　编  者  

• 作者：老烟 发布时间：2023-07-02 20:57:01

  买成了一个青少儿读物版本。。。不过莫里哀是真牛啊，三一律下能写出这么精美的喜剧hhh

• 作者：蓝 发布时间：2023-08-12 15:56:10

  故事本身很不错，除了强行碰瓷匈奴以外。近代的那一部分，写的又红又专，好像很轻巧没有什么苦难的样子。

• 作者：PJ 发布时间：2016-10-31 14:11:32

  个人认为除《恶意》外加贺系列最精彩的一部（后三本还没看），虽然隆正的部分不太能说服人有点累赘。

  有时会觉得东野的内心着实阴暗，难以想象这跟《杂货店》出自同一个作者…

• 作者：Buzzzzzzzz 发布时间：2013-12-18 22:30:06

  书很好 翻译的好……纠结

• 作者： 发布时间：2018-07-24 20:47:24

  要活得像伊良部那样心理健康，还是先得有钱任性才行啊……

• 作者：蒹葭弱水 发布时间：2017-07-08 00:06:10

  这是我见过最有诚意的中篇扩写，让原本不太成熟的故事变得厚重，加上去的人物都发挥了推动故事的作用。故事的走向未变，但扩写后更加具合理性。尤其是丰富了男女主角内心的层次变化，给了读者更大的思考空间。

• 爱你有几分，一病见真心

  作者：张躲躲 发布时间：2017-11-13 09:19:51

  两个人多年前就认识，留下深刻印象，但时机不对并没有成为一对。几经周折，再次相遇，仍是一见倾心，成就一段浪漫佳话，搁哪儿都是爱情小说青睐的素材。偏偏这个故事的女主太特殊，她结婚了，又离了，还带个儿子；她不但病了，还很特殊，是世人多有偏见的艾滋病；更糟糕的是，儿子也病了。

  考验男主的时刻到了。

  看这本书的过程是我不断反问自己的过程:换做是你你会怎么样？坚持，还是放弃。

  明哲保身太容易。且不说社会舆论压力和家庭道德约束，最实际的，你不怕感染吗？你要放弃后半生的性生活吗？你要因为一个不起眼的流血小伤口而跑去测试血液吗？你要为了一段虚无的“爱情”提心吊胆过生活吗？

  可是那一拍即合一见倾心的心动又太诱人。世上只有两件事是忍不住的，恋爱和咳嗽。作者的漫画寥寥几笔画出了坠入爱河那种痴迷和情不自禁，滔滔不绝的聊天，畅所欲言谈天说地，不知不觉聊走咖啡馆里所有客人得到服务生的白眼。恋爱过的人都明白那种痴迷和浑然不觉。

  作者用特别的幽默感表达自己的彷徨，骑在一头猛犸象的身上，自言自语走到世界尽头。还有那时不时出来晃一下的白犀牛，凶悍却又憨态可掬，把“感染”这个幽灵一样无处不在的恐惧淡化了很多。

  一本漫画书，看下来半小时一小时，却是男女主角用十几年换来的爱的结晶。他们没有被舆论压垮，虽然这无处不在；他们跟父母决裂，却努力营造了自己的小家，并且靠科学进步有了健康的孩子。疾病虽然没有彻底被打败，他们却成了真正的赢家。在这样的爱情面前，寻常小儿女的苦情戏码简直不值一提。

  恋人们经常问对方，你爱我吗，有多爱。这很难回答。年纪轻轻，没有天塌地陷，没有惊天动地，爱字挂在嘴边丝毫感觉不到分量，所以想各种办法试探，换着花样“作”。其实这个问题也简单，把这本书里的角色换成自己试一试，敢不敢那样爱对方？

• 《韩非子》，选摘与感悟

  作者：杨梅小雨 发布时间：2019-09-01 11:45:02

  悲廉直不容于邪枉之臣，观往者得失之变。《史记》

  韩非

  是河南新郑人，为人口吃，不能道说，而善著书，著有

  《说难》《五蠹》《孤愤》

  等名篇。后来他的著作传到秦国，嬴政读后感慨道：“我能见到这个人并且与他交往，就算死了也不遗憾了。”《韩非子》共计十余万言，文章多用寓言典故，夹叙夹议，笔锋犀利，锐不可当。

  秦王见孤愤、五蠹之书，曰：“嗟乎，寡人得见此人与之游，死不恨矣！”李斯曰：“此韩非之所著书也。”《史记》

  韩非游学于各国而集法家之大成，结合

  商鞅之“法”、申不害之“术”、慎到之“势”，形成了“法”、“术”、“势”为一体的政治思想。

  这三者可以说是集权君主治国的法宝，对后世影响很大。若简单理解，可为：“法”是准绳，“术”是手段，“势”是凭借，此所以君治臣也。

  本文不展开叙述“法”、“术”、“势”的内涵与外延，仅摘录书中几句今天依然适用的格言警句，以期达到

  知“法”不以制人，知“术”不以害人，知“势”不以危人

  的目的。

  一

  事以密成，语以泄败。《说难》

  郑国君主郑武公想要讨伐胡国，先把自己闺女嫁给了胡国君主。有一次，郑武公在朝堂之上问策群臣：“我想要打仗的话，打哪个国家好呢？”郑国大夫关其思进言：“胡国可以攻打”。关其思自认为说得很对但没想到却招来了杀身之祸。

  武公怒而戮之，曰：“胡，兄弟之国也。子言伐之，何也？”《说难》

  关其思一定认为自己很冤枉，明明是你想攻打胡国，我说错了吗？他确实没说错，但提前泄露计划就是大错。郑武公用他的牺牲换来了胡国的更加信任，于是：

  胡君闻之，以郑为亲己，遂不备郑。郑人袭胡，取之。《说难》

  泄密不一定是进言者本身泄密，而是进言者的话触及了君主心中所隐藏着的事，像这样的情况进言者就会身遭危险。

  我们再来看看另一个故事，关于君主自身泄密的危害。

  堂谿公

  问韩国君主韩昭侯：“有千金白玉杯却没有底，有瓦器做的酒杯而有底。若渴了，将用哪一个来喝酒？”韩昭侯回答：“自然用瓦杯。”堂谿公以此劝告韩昭侯：玉杯价值千金，漏而不能装水，将不会有人使用。现在作为君主如果泄露群臣的言论，这就好比没有底的玉杯一样。臣下虽有极高的智慧，也不肯充分献出自己的谋略，因为担心它会被泄露出去。韩昭侯听后，深以为然，于是：

  昭侯闻堂谿公之言，自此之后，欲发天下之大事，未尝不独寝，恐梦言而使人知其谋也。《外储说右上》

  这个保密措施做得好，连梦话都考虑到了。

  二

  备其所憎，祸在所爱。

  按法以治众，众端以参观。《备内》

  什么意思呢？ 我们常常防备自己所憎恨的人，但对亲近之人的话不加以考量或判断，反倒被蒙蔽，需要多方面验证一件事，不能轻信。

  叔孙豹是鲁国的宰相，宠信一个叫竖牛的年轻侍从。竖牛嫉妒叔孙豹的儿子仲壬，便找机会和仲壬到鲁国国君那里游玩，国君赐给仲壬玉环，仲壬接受了但不敢佩带，让竖牛向父亲请示。竖牛假意传达，竖牛又对叔孙豹说：“您为什么不叫仲壬去见国君？”叔孙豹说：“小孩子哪里够得上见君主。”竖牛又说：“仲壬本来已多次见过君主了。国君赐给他玉环，仲壬已经佩带在身上了。”叔孙豹于是召见仲壬，见他已佩带上玉环，便一怒之下把儿子杀了。

  对大儿子孟丙，竖牛采用了同样的套路，叔孙豹给孟丙铸造了一口钟，孟丙不敢敲击而让竖牛去请示，竖牛依然假意传达使叔孙豹把大儿子赶走了，后来竖牛再次挑拨，叔孙豹杀死了自己的大儿子。

  叔孙豹病重，竖牛便把他身边的人支走，说：“叔孙豹不愿听到人声。” 把他活活饿死后带走了叔孙家的贵重财物。

  这则故事突出人与人之间的利害关系

  ，所谓“舆人成舆，则欲人之富贵；匠人成棺，则欲人之夭死也。”制作马车和棺材的都希望生意兴隆，他们的利益追求是不一样的，一个希望人富贵，一个希望人遇灾，并非爱或恨，利益而已。

  在生活中不能因为过分的爱憎而失去了理性的判断。

  那么如何避免这种情况呢？惠施从一个更宏观的层面给予了解答：

  张仪主张用秦、韩和魏征讨齐和楚，惠施主张休兵不战。在朝堂上两个人争论不休，魏王左右的大臣都赞同张仪的主张，没有人给惠施帮腔，于是魏王决定攻打。这件事已经决定，惠施入入宫拜见，魏王说：“先生不要讲了，全国都以为这件事是有利的。”惠施不慌不忙，说了下面一段话：

  “不可不察也。夫齐、荆之事也诚利，一国尽以为利，是何智者之众也？攻齐、荆之事诚不可利，一国尽以为利，何愚者之众也？凡谋者，疑也。疑也者，诚疑：以为可者半，以为不可者半。今一国尽以为可，是王亡半也。”

  意思是说，攻打如果真的有利，一国之人都认为有利，聪明的人怎么会这么多？如果攻打确实不利，一国之人都认为有利，愚蠢的人怎么这么多？

  凡是商议的事，是因为还有怀疑，持赞同意见的人有一半，持反对意见的应该有一半，果然众口一词，那大王就丧失了一半的臣民。惠施揭示了不能“专听”的根本原因，因为人和人的智慧本不相同，众口一词是有悖常理的，必定有人从中作梗。

  三

  狡兔尽则良犬烹，敌国灭则谋臣亡。《内储说下六微》

  越王勾践攻打吴王夫差，吴国表示谢罪臣服，勾践准备接受他们的投降，这时候范蠡和文种劝告勾践不可以答应，为什么呢？以前上天把越国送给吴国时候，吴国没有接受，三十年河东三十年河西，现在机会在越国手里，不能掉以轻心。吴国的太宰伯嚭写信给文种，说文种大夫啊，敌国消灭了谋臣还会存在吗？您为什么不放开吴国而让它成为越国的祸患呢？

  最终勾践平吴，号称霸王，范蠡也离开朝堂，退隐于山林，走前给好的朋友文种留下一封信：“

  越王是长颈鸟嘴，只可以与之共患难，不可以与之共享乐，你为何不离去

  ”，文种自以为立下了很大的功劳，没有听范蠡的劝告，最终被勾践逼死。

  范蠡遂去，自齐遗大夫种书曰：“蜚鸟尽，良弓藏；狡兔死，走狗烹。越王为人长颈鸟喙，可与共患难，不可与共乐。子何不去？”《史记-越王勾践世家》

  范蠡是如何做的呢？

  范蠡既雪会稽之耻……乃乘扁舟浮于江湖，变名易姓，适齐为

  鸱夷子皮

  ，之

  陶为

  朱公

  。……十九年之中

  三致千金

  ……故言富者皆称

  陶朱公

  。《史记-货殖列传》

  道理容易明白，但实践起来却很困难，范蠡的做法值得深思。为什么古人会有“鸟尽弓藏，兔死狗烹，敌灭臣亡”的感慨呢？不知大家是否留意，这里的“弓”和“狗”都是达到目的的工具，臣对于君也一样，当目的达到了，工具自然没有用处。

  使自己不成为工具，就要不拖身于外物，知进退，懂取舍，方能斡旋于宇宙。

  （何其之难，多少智士的结局让人叹息……）

  四

  治无小而乱无大。《内储说上七术》

  有个在卫国犯了罪正在服劳役的囚犯跑到了魏国，趁机给魏襄王的王后治病，卫嗣君派人用五十金把这个罪犯买回来，去了五次魏襄王都不同意，于是卫嗣君就打算用左氏城邑去交换。左右的大臣都劝谏，用一座城换一个罪犯，这样值吗？卫嗣君说出了自己的道理：

  王曰：“非子之所知也。夫治无小而乱无大。法不立而诛不必，虽有十左氏无益也；法立而诛必，虽失十左氏无害也。”

  意思是，

  治理国家没有小事，祸乱也不是从大的事情开始的

  。法令不确立而惩罚不坚决，有十座左氏城邑又有什么好处呢；建立了法令而惩罚坚决，即使失掉了十座左氏城邑也没有什么伤害。这话传到了魏襄王的耳朵里，魏襄王一听，国君决心治理自己的国家而我不听从，这不吉利，

  派人把罪犯送了回去

  。

  五

  抱法处势则治，背法去势则乱。《难势》

  儒家推崇“仁治”、“礼治”的思想，尊崇贤者，比如尧舜；

  韩非则认为寄托于贤者是不靠谱的，尧舜和桀纣都是极端的例子，大部分人都没有那么贤能或暴虐，要治理好天下还是需要完备的法律和制度

  ，把框架设定好了，人的“资质”也就不那么重要了。

  我们来模拟几个对话：

  历山脚下有农民互相侵占田地，舜去了一年之后，不再有争端；在黄河边上的渔夫又因为争夺高地有矛盾，舜去了一年后，人们都礼让长者；东方部族制作陶器粗糙，舜去了一年之后，陶器十分坚固。孔子于是给予了很高的评价，说：

  耕、渔与陶，非舜官也，而舜往为之者，所以救败也。舜其信仁乎！乃躬藉处苦而民从之。故曰：圣人之德化乎！《辩难》

  孔子认为这就是圣人的伟大啊，

  韩非从一个很有意思的角度对儒家的道说提出了反驳。

  韩非：敢问，舜在做这样好事的时候，尧在哪里呢？

  儒者：尧在做天子。

  韩非：哦，既然这样，那孔子又如何说尧是圣人呢？

  儒者：？？？（黑人问号脸）

  韩非：尧是天子，在君位就要明察一切，如果打渔和耕田都有问题，那就是尧有过失。

  赞扬舜的贤德，就会否定尧的明察；赞扬尧的圣明，就会否定舜的德化。

  这不是以子之矛攻子之盾吗？

  儒者：这……

  韩非：且不说矛盾的问题，舜用三年才去感化三个地方，他的

  生命是有限的但世上的问题是无尽

  的，如何德化过来呢？

  儒者：那你说怎么办？

  韩非：当然是采用赏罚了，符合法令规定的赏赐，不符合法令规定的杀头，这样早上命令晚上就能执行，十天之内，天下肃清。

  舜有尽，寿有尽，天下过无已者；以有尽逐无已，所止者寡矣。赏罚使天下必行之，令曰：‘中程者赏，弗中程者诛。’令朝至暮变，暮至朝变，十日而海内毕矣，奚待期年？《辩难》

  韩非把治国比喻为驾车，所谓“势”为马，“术”为马缰绳，“法”为皮鞭，如果没有了“势”就如同抛弃马而徒步行走，怎么能走得快呢？

  韩非：你们说尧很贤能，假如他是布衣，能治理好几家人？桀纣暴虐，但有势则可以乱天下。

  儒者：你说得不对，同样都是“势”，他们都是天子，为什么尧舜和桀纣不一样？充分说明了贤者的重要。

  韩非：不然，就像越地有个人会游泳但中原有个人落水了，能来得及救人吗？贤者千年一遇，大部分都是中人之资，和驾马车一样，如果马良车固，就算驾驶的人一般，也能跑得挺远。

  韩非较为激烈地反对了同时代的尊古尚礼之人和游说之士。

  他认为孔子是圣人，但门徒只有七十个，说明“仁”太难懂，“义”太难行

  ；鲁哀公才能不高，但统治国内百姓，大家都服从他，权势和法令是可以治国的，空谈“仁义”没什么用。难不成要求国君都做孔子，百姓都成门徒？ 所以要在没战争的时候鼓励耕作，有战争时候奖励英勇，才能国强民富。

  这样务实的思想在战国时候是可以的，但在和平时期，人们真的不需要思想上的给养吗？有待商榷。

  六

  摘选书中令人开怀一笑的幽默小故事三则，笑中有思考，思考不枯燥。

  “夔一足”

  （夔：古代神话中的一种怪兽）

  鲁哀公问孔子：“为什么大家都说夔有一条腿呢？”

  孔子：“夔不是一条腿，而是它狠心残暴，不招人喜欢。虽然这样，它所以能够避免人的伤害，因为它还守信用。

  故君子曰：‘夔有一，足。’非一足也。《外储说左下》

  此“足”非彼“足”。

  

  “绅之束之”和“举烛”

  书曰：“绅之束之。（可译为：反复约束自己）”宋国有个研究这部书的人，用带子把自己重重叠叠地绑起来，路人问“为什么这样？” 宋人说书上言：绅之束之。

  郢都有个人给燕国的相国写书信，太晚了，灯火不明亮，便对拿蜡烛的人说：“举烛”说过后在信上错写上“举烛”二字。燕国的相国收到了信后解释说：“‘举烛’的意思，是崇尚光明；崇尚光明，就是要选拔有德才的人加以任用。”还把这意思告诉了燕王，燕王很高兴，便开始任用贤才治理国家。国家治理好了，但“举烛”却并不是信中的本意。

  读书过程中，如何把握“咬文嚼字”和“不求甚解”的关系，如何不过度引申又不浮于表面，并不容易。

  但前提还是要多读书，小孩子学走路一样，

  熟能生巧，把握规律。

  结语

  嬴政十分欣赏韩非，不惜派兵攻打韩国索要韩非。韩非得仕于秦国，还没取得秦王信任就招来了李斯的嫉妒，李斯和姚贾一起陷害韩非不忠于秦国，是“终为韩不为秦”。秦王起了疑心，把韩非囚禁，最终李斯在监狱中逼他自尽。

  太史公认为《说难》和《孤愤》是韩非在秦国遭囚禁时所作，并用以激励自己发愤著书，完成其历史巨著—《史记》的创作。《老子韩非列传》里收录《说难》全文，也足以见司马迁对韩非的痛惜之情，文章后这样感慨道：

  申子、韩子皆著书，传于后世，学者多有。余独悲韩子为说难而不能自脱耳。《史记》

  司马迁悲叹韩非，虽写成《说难》，深谙游说之道，善揣人主之意，但终究身陷囹圄被李斯所害，难以逃脱历史所限定的命运。

  有人说学习这些有什么用呢，帝国已经灭亡，谋臣也会被害死。笔者认为，历史是人和时代一起造就的。不能仅以结果而论，

  时代有时代的发展，每个历史阶段都有其局限性，处身时局里的人物，他们的一些判断和做法可能会对我们今天的行事有一定的借鉴意义。

  尽信书不如无书，读书需要独立思考和自我权衡。

  《韩非子》中的权谋之道有一些是积极正面的，比如“诚有功，虽疏贱必赏；诚有过，则虽近爱必诛”“治无小而乱无大”等。有一些涉及诡诈之术，阴险狠毒，应该辩证地认识和吸收。

  读书，也需要结合时代背景去分析，

  比如战乱时期与和平年代衡量人才的标准不完全相同，社会发展理念和规划也不完全相同，不能陷入以现代眼光度量古人的误区。