機械設計手冊（第5版）第1卷

《機械設計手冊（第5版）第1卷》是2010年1月機械工業出版社出版的圖書，作者是聞邦椿。

本書是在前4版的基礎上，吸收並總結了國內外機械工程設計領域中的新標準、新材料、新工藝、新結構、新技術、新產品、新設計理論與方法撰寫而成。本書全面系統地介紹了常規設計、機電一體化與控制技術和現代設計方法及其套用等內容。具有內容先進、信息量大、取材廣、規格全，實用性強，數據可靠，使用方便等特點。

全書分6卷52篇，內容有：常用設計資料、機械零部件設計（連線、緊固與傳動）、機械零部件設計（軸系、支承與其他）、流體傳動與控制、機電一體化及控制技術、現代設計理論與方法等。

本卷為第1卷，主要內容有：常用資料、常用數學公式和常用力學公式、機械工程材料、零部件設計常用基礎標準、零件結構設計工藝性等。本書供從事機械設計、製造、維修及有關工程技術人員作為工具書使用，也可供大專院校的有關專業師生使用和參考。

基本介紹

• 書名：機械設計手冊（第5版）第1卷
• 作者：聞邦椿
• ISBN：9787111292272
• 頁數：1588
• 出版社：機械工業出版社
• 出版時間：2010年1月
• 裝幀：精裝
• 開本：16開

編輯推薦

引領機械設計創新理念 突出機械工程套用特點 設計高品質的機械產品 成就現代機械設計大師　權威
國內機械工業知名學者和機械設計專家研究並執筆撰寫，保證了本版手冊的高水平和權威性。
全面反映國內外機械設計的最新成果，所涉及的設計方法與國際接軌，反映國內外設計的先進水平。技術數據、產品數據準確可靠。
系統
涵蓋了常規設計、機電一體化設計、機械控制技術和現代設計方法的全部內容。從設計理念、設計方法、常用數據到產品，系統地凝鍊總結了機械設計各專業的技術內容，將新思維、新方法和設計實踐融會貫通到機械設計的全過程中
先進
提供了當今國際、國內公認的先進設計理念、設計方法和新材；料、新工藝、新結構、新技術、新產品及數據資料，技術前瞻與國際先進設計水平同步。經深入研究和歸類編入了成熟和前沿的21種現代設計方法，集現代設計方法之大全。
實用
為機械工程設計提供了基礎資料、常用材料、常規與現代設計方法、常用零部件的類型、規格、尺寸、設計要點、典型結構、主要技術參數、選型原則和設計計算實例。全部採用現行的最新技術標準。實現了信息充分、數據全面、結構多樣、產品新穎，並通過合理編排，力求便於查閱、使用方便。

機械設計手冊(第5版)第1卷

第5版前言

人類社會正邁入知識經濟時代，以知識為依託的科學技術在當今社會發展過程中正在發揮著越來越重要的作用。科學技術成果的研究與開發及其廣泛套用是當今，也是未來推動經濟發展和社會進步的至關重要的因素。依靠科技進步振興裝備製造業是使我國由製造大國過渡到製造強國的核心因素和關鍵。

發展裝備製造業離不開產品的研究與開發及設計。機械產品設計正由傳統設計模式向現代設計模式轉變，現代設計的特點是廣泛採用計算機技術，著力套用智慧型化設計、數位化設計、網路化設計、綠色化設計及系統化設計的綜合技術。機械設計手冊的編輯與出版，充分地展現了現代設計的特點，是現代設計不可缺少的工具和手段。

本版手冊在科學發展觀和自主創新設計的理念引領下，進行了較大篇幅的修改和補充，為我國現代機械產品自主創新設計提供了保障。例如，在手冊中重點介紹了產品綠色設計、和諧設計與系統化設計，也介紹了產品的創新設計等內容，這有利於產品設計師們採用手冊中介紹的內容和方法開展產品開發。

本版手冊匯總了大量的原始數據和設計資料，以及在產品設計時必須採用技術標準，同時還介紹了設計中許多不可缺少的相關設計知識。因此，可以說手冊是設計師們在產品設計過程中所必需的資料庫和知識庫，目前它已成為產品研究與開發的“利器”及其他設計器具無法取代的重要的設計工具，這不僅在現在，而且在將來也會發揮其積極的作用。

本版手冊系統地敘述了機械設計各專業的主要技術內容，歸納和總結了新中國成立以來我國機械領域取得的成就和經驗，不少新內容是本手冊編者們研究得到的，此外，還吸取了國外的若干先進科學技術，其內容豐富，實用性強，前4版出版後，受到了社會各界的重視和好評，作為國家級重點科技圖書和機械工程方面的最具權威的大型工具書，曾獲得全國優秀圖書二等獎、機電部科技進步二等獎、全國優秀科技暢銷書獎，1994年曾在台灣建宏出版社出版發行，它在機械產品設計中起著十分重要的作用，目前已成為各行業，尤其是機械行業各技術部門必備的工具書。

在本版手冊的修訂過程中，我們努力貫徹了“科學性、先進性、實用性、可靠性”的指導思想。廣泛調研了廠礦企業、設計院、科研院所、高等院校等多方面的使用情況和意見。對機械設計的基礎內容、經典內容和傳統內容，從取材、產品及其零部件的設計方法與計算流程、設計實例等多方面進行了深入系統的整合，同時，還全面總結了當前國內外機械設計的新理論、新方法、新材料、新工藝、新結構、新產品、新技術，特別是在產品的綜合設計理論與方法、機電一體化及機械系統自動控制技術等方面作了系統和全面的論述和凝鍊。相信本手冊會以嶄新的面貌展現在廣大讀者面前，她對提高我國機械產品的設計水平，推進新產品的研究與開發、老產品的改造，以及產品的引進、消化、吸收和再創新，進而促進我國由製造大國向製造強國轉變，發揮其積極的作用。

本版手冊分6卷52篇。第1卷：常用設計資料；第2卷：機械零部件設計（連線、緊固與傳動）；第3卷：機械零部件設計（軸系、支承與其他）；第4卷：流體傳動與控制；第5卷：機電一體化及控制技術；第6卷：現代設計理論與方法。在撰寫過程中，貫徹和採用最新技術標準和國際新標準，最大限度地充實和更新技術內容，凝鍊和總結機械設計的最新成就和經驗，盡力地吸取國外的先進科學技術，努力反映當代機械設計的最新水平，更好地為現代機械設計服務；在取材和選材過程中，儘量壓縮對基本原理的介紹，避免在手冊中出現教科書的敘述方式，特彆強調要採用手冊化、表格化的設計流程。刪除一些可要可不要的內容，以及套用面相對較窄和尚未用於實際的研究性內容。力求使各篇章內容構成有機的整體，既要考慮到各篇的系統性，又要照顧全書的統一性，儘量避免不必要的重複；在各類零部件設計計算中，要增加結構圖和套用實例口在部件設計選用中，應適當提供可選用的產品的結構及其安裝尺寸、主要技術參數等，給設計和選用創造方便的條件；所有計算方法和數據都要準確、可靠、無誤，重要的要註明來源；對相近標準的數據和表格儘量予以合併、採用雙欄排版、摘其所要等形式予以編寫，以使該手冊採用較少的篇幅而編入較多的內容。

手冊的第5版是在前4版的基礎上，著力在以下幾個方面作了修訂：

一、在貫徹落實推廣標準化技術方面

手冊全部內容貫徹和採用了2010年1月以前頒發的最新國家標準、行業標準和相關的國際新標準，最大限度地充實和更新標準化技術的內容。本次修訂為歷次修訂中標準更新規模最大的一次，例如：機械工程材料部分更新的標準達162個，流體傳動與控制部分更新的標準有150多個。更換的標準中有許多是機械行業的重要標準，如GB/T 786.1—2009流體傳動系統及元件圖形符號和迴路，GB/T 10095.1～2—2008圓柱齒輪精度制，GB/Z 18620.1～4—2008圓柱齒輪檢驗實施規範等。

二、在新的設計計算方法方面

按照GB/T 3480.1～5—1997漸開線圓柱齒輪承載能力計算方法、GB/T 10300.1～3—2003錐齒輪承載能力計算方法重新構建了實用、合理的齒輪設計體系。對圓柱齒輪和錐齒輪均按照初步確定尺寸的簡化計算、簡化疲勞強度校核計算和一般疲勞強度校核計算編排設計計算方法，以滿足不同場合不同要求的齒輪設計需求。增加了齒輪齒廓修形和齒頂修緣的內容，給出了修形計算公式和確定修形量的方法。

在滾動螺旋傳動中按最新的國家標準GB/T 17587.4～5—2008滾珠絲槓副軸向靜剛度、軸向靜載荷與動載荷，整理更新了滾珠絲槓傳動選用和評估計算方法。

根據機構學的最新發展，考慮到近年來並在線上器人和並在線上床的快速發展和套用，特地另闢一章，編入並在線上器人和並在線上床的運動學和動力學分析、典型並在線上器人和並在線上床的類型和套用選型，這是在大型工具書中首次載入。增加了機構系統方案的構思與擬定並例舉了典型實例，對機構設計與選用起到綜合和運用的作用。

三、在新材料、新元器件、新產品等方面

在新材料方面，編入了新型工程材料——鈦及鈦合金，該種材料具有低密度、高熔點、高比強度、耐腐蝕性好、高低溫特性好、生物相容性好、具有形狀記憶特性等優點，在航空航天、海洋開發、化工、冶金、生物技術、汽車工程、食品、輕工等工業技術領域的裝備製造中有重要用途。編入了有“21世紀綠色材料”之稱的鎂及鎂合金，該種材料在輕量性、比強度、導熱性、減振性、儲能性、切削性、尺寸穩定性以及可回收性等方面具有獨特的優點。編入了GB/T 20878—2007不鏽鋼和耐熱鋼牌號及化學成分，該標準是一個全新標準，它規定了143個牌號的化學成分及部分牌號的物理性能參數與國內外標準牌號的對照，在各種手冊中未見編入。

在新元件、新產品方面，在減速器和變速器篇中，增加了平面二次包絡蝸桿減速器（GB/T 16444—2008）、新型的錐盤環盤式無級變速器、XZW型行星錐輪無級變速器，在大型工具書中首次編入了用於高檔轎車的新型金屬帶式無級變速器，以及其他相關的設計資料。

流體傳動與控制卷在內容和產品方面作了大幅度的更新，編入了液壓氣動領域中的最新開發的各類元器件，為流體傳動與控制系統的設計、運行和維護提供全面的技術支撐。為滿足不同層次用戶的需要，分別引入了國內主流品牌（含台灣知名品牌HP）以及國際知名品牌的產品，如液壓傳動中的德國（Rexroth）、美國（Vickers）、日本（Yuken）、義大利（Atos）等品牌產品；液壓控制系統中的德國（Fosto）、美國（Moog、Vickers、Dowry）等品牌產品；氣壓傳動中的德國（Fosto）、日本（SMC）等品牌產品。

編入了最新出現的具有廣泛套用前景的液壓元件——螺紋插裝閥系列產品，增加了液壓伺服油缸等相關新產品，大幅度增加了最新出現的適應性強的各類液壓輔件。增加了以氣流引射原理製造的真空發生器等氣動系統常用的真空元器件。

四、在機電一體化設計與控制技術方面

機械技術與電子技術相結合已經成為當前裝備製造業的主流和發展趨向，機電一體化是現代機械和技術的重要典型特徵之一，為適應機電一體化技術的套用，本版手冊對該方面的內容作了重新編排和大量充實，專辟一卷為機電一體化及控制技術等內容進行較系統和全面的敘述。

在機電一體化技術及設計篇中，以典型機電一體化產品的五大組成部分的技術要點作主線進行編寫，並以產品設計為背景組織內容，並編入了多個綜合性設計實例。

機器人是機電一體化特徵最為顯著的現代機械系統，從實用性的角度介紹了工業機器人技術中的本體、驅動、控制、感測等共性技術，結合噴塗、搬運、電焊、衝壓、壓鑄等工藝，介紹了機器人的典型套用。另外對視覺機器人、智慧型機器人等作了實用性的介紹。

微機電系統（MEMS）是20世紀80年代中後期出現的微電子技術與機械技術及生物、物理、化學等學科相交叉的一種新技術，它不僅是機械學科發展的前沿方向之一，也逐漸形成了產業。順應高新技術發展潮流，設專篇撰寫微機電系統，這在大型工具書中尚屬首次。本篇重點編入了MEMS製造技術和設計技術。

雷射加工目前已經成為一種有效的重要先進制造技術。手冊以雷射加工技術的最新成果為素材，編寫了各種雷射加工的原理、工藝及其套用，其中包括在打孔、切割、焊接、淬火、熔覆與合金化中的套用和雷射加工中的安全防護等。

同時，對機電系統控制、數控技術、機械狀態監測與故障診斷技術和電動機、電器與常用感測器等內容，簡化原理、突出套用、擴充實例、引用最新成果作了編寫。

五、在凝鍊和推廣現代設計理論與方法方面

針對現代機械產品設計的新方法和新技術存在的多樣性和複雜性問題，本版手冊以現代機械產品設計的總目標和建立其設計方法新體系為主旨，從先進性、系統性和實用性的角度，對產品的設計理論與方法作了系統總結和介紹。本版手冊按新的分類共編入了21種現代設計方法，可以說是集現代設計方法之大全。

在現代設計理論與方法綜述篇中，介紹了機械及機械製造技術發展總趨勢，國際上有影響的主要設計理論與方法，產品研究和開發的一般過程和關鍵問題，現代設計理論的發展和根據不同的設計目標對設計理論與方法的選用。首次採用系統工程的方法對產品設計理論與方法做了分類，克服了目前對產品設計理論與方法的敘述缺乏系統性的不足。

創新設計是現代機電產品提高競爭力的重要技術和方法。該篇在概要介紹創新設計的基本理論、創新思維、創新技法的基礎上，基於國際上著名的發明問題解決理論（TRIZ）就情景分析、理想設計、創新設計中的技術進化和技術預測、衝突以及衝突解決原理、物質一場模型方法等介紹了創新設計的系統化方法。介紹了29種創新思維方法，30種創新技術，40條發明創造原理，並通過大量套用實例開拓創新設計思路。

綠色設計是實現低資源消耗、低環境影響、低碳經濟的重要技術手段。該篇系統地論述綠色設計的概念、理論、方法及其關鍵技術。結合編者多年的研究實踐，並參考了大量的國內外文獻及其最新研究成果，通過介紹綠色設計的概念、材料選擇、拆卸回收產品設計、包裝設計、節能設計和綠色設計體系及評價方法，對綠色設計進行系統、簡明的論述，並給出了綠色設計在上述幾個方面的典型案例。這是在工具書中首次全面和系統地論述綠色設計，為推動工程綠色設計的普遍實施具有指引作用。

本版手冊對機械系統的振動設計及噪聲控制、機械結構有限元設計、疲勞強度設計、可靠性設計、最佳化設計、計算機輔助設計等比較成熟的現代設計方法和技術，本著簡明化、實用化的原則，做了全面修訂和充實，吸收了最新研究成果，增加了系列套用實例。例如，機械系統的振動設計及噪聲控制中，增加了非線性系統中的等效線性化和多尺度法；機械可靠性設計篇編入了機構運動可靠性設計理論和方法、可靠性靈敏度分析方法等最新成果；在機械最佳化設計篇中，增加了模糊最佳化設計等新內容。

另外，對機械系統概念設計、虛擬設計、智慧型設計、並行設計與協同設計、反求設計、快速反應設計、公理設計和質量功能展開（QFD）設計、和諧設計等設計領域的前沿方法分別作了實用化介紹，以進一步拓展設計思路。

在本版手冊最後一篇，系統介紹了現代機電產品的綜合設計方法。該方法是一種基於系統工程的產品深層次的綜合設計理論和方法。它以產品功能設計、性能設計和產品質量檢驗和評估為基本目標，將產品設計過程分為準備階段、規劃階段、實施階段和設計質量檢驗階段等四個階段，以準備階段的3I調研、規劃階段的7D規劃、實施階段的深層次1+3+X綜合設計和設計質量檢驗階段的3A檢驗為基本要點構成綜合設計法的完整技術體系。本版手冊首次對該設計法作了系統論述，並給出了大型綜合套用實例。

在本版手冊編寫中，為便於協調，提高質量，加快編寫進度，編審人員以東北大學的教師為主，並組織邀請清華大學、上海交通大學、浙江大學、哈爾濱工業大學、天津大學、華中科技大學、西安交通大學、大連理工大學、東南大學、同濟大學、重慶大學、上海大學、合肥工業大學、大連交通大學、蘇州大學、西安建築科技大學、瀋陽工業大學、瀋陽理工大學、重慶理工大學、機械科學研究總院、中國科學院瀋陽自動化研究所、中國科學院長春精密機械及物理研究所、合肥通用機械研究院、瀋陽液壓件製造有限公司、大連液力傳動機械廠、天津工程機械研究所等單位的專家、學者參加。

在本手冊第5版出版之際，向著名機械學家、本手冊創始人、歷次版本的主編徐灝教授致以崇高的敬意，向歷次版本副主編邱宣懷教授、蔡春源教授、嚴雋琪教授、林忠欽教授、余俊教授、汪愷總工程師、周士昌教授表示崇高的敬意，向參加本手冊歷次版本的編寫單位和人員表示衷心感謝，向在手冊編寫、出版過程中給予大力支持的單位和社會各界朋友們表示衷心感謝，特別感謝機械科學研究總院、鄭州機械研究所、瀋陽鋁鎂設計研究院、北方重工集團瀋陽重型機械集團有限責任公司和瀋陽礦山機械集團有限責任公司、瀋陽工具機集團有限責任公司、瀋陽鼓風機集團有限責任公司及國家標準館瀋陽分館等單位的大力支持。

由於水平有限，手冊難免有一些不盡人意之處，殷切希望廣大讀者批評指正。

目錄

第1篇 常用資料、常用數學公式和常用力學公式

第1章 常用符號和數據

1 常用符號

2 常用數據表

3 優先數和優先數系

第2章 計量單位和單位換算

1 國際單位制（SI）單位

2 可與國際單位制單位並用的我國法定計量單位

3 常用物理量符號及其法定單位

4 計量單位換算

第3章 常用數學公式

1 代數

2 三角函式與雙曲函式

3 微分

4 積分

5 常微分方程

6 拉普拉斯變換

7 Z變換

8 立體圖形計算公式

第4章 常用力學公式

1 靜力學基本公式

2 運動學基本公式

3 動力學基本公式

4 點的應力、應變狀態分析和強度理論

5 平面圖形幾何性質的計算公式

6 桿件的強度和剛度計算公式

7 桿繫結構的內力、應力和位移計算公式

8 薄板的應力與位移計算公式

9 薄殼的內力與位移計算公式

10 厚殼的應力、位移計算公式和強度設計公式

11 旋轉圓筒和旋轉圓盤的應力和位移計算公式

12 接觸問題的應力、位移計算公式和強度計算

13 構件的穩定性計算公式

參考文獻

第2篇 機械工程材料

第1章 鋼鐵材料

1 鋼鐵材料牌號表示方法

2 鑄鐵

3 鋼

4 鋼鐵材料國內外牌號對照

5 鋼材

6 粉末冶金材料

第2章 有色金屬材料

1 有色金屬及合金牌號表示方法

2 銅及銅合金

3 鋁及鋁合金

4 鈦及鈦合金

5 鎂及鎂合金

6 其他有色金屬材料

7 有色金屬及其合金國內外牌號對照

第3章 非金屬材料

1 橡膠及橡膠製品

2 塑膠及塑膠製品

3 塗料

4 陶瓷

5 玻璃

6 水泥品種

7 石棉製品

8 木材

9 紙製品

10 石墨材料

11 隔熱材料

12 工業用毛氈

第4章 複合材料

1 複合材料分類

2 塑膠基複合材料

3 金屬基複合材料

4 塑膠-金屬基複合材料

參考文獻

第3篇 零部件設計常用基礎標準

第1章 技術製圖及圖形符號

概述

1 通用性規定

2 圖樣畫法

3 技術產品樣圖常用圖形符號——用於投影圖

4 技術產品圖樣常用圖形符號——用於非投影圖

第2章 公差與配合

1 極限與配合

2 過盈配合的計算和選用

3 未注公差的線性尺寸的公差

4 稜體的角度與斜體系列

5 圓錐的錐度與錐角公差

6 圓錐公差

7 圓錐配合

8 未注公差的角度尺寸的公差

9 光滑工件尺寸的檢驗

第3章 幾何公差——形狀、方向、位置和跳動公差

1 概述

2 幾何公差的術語、定義或解釋

3 幾何公差的公差帶及誤差評定原則

4 幾何公差的符號與標註

5 幾何公差的公差帶定義、標註解釋

6 延伸公差帶的含義及標註

7 非剛性零件的定義及標註

8 位置度公差

9 幾何公差的公差值

10 公差原則——獨立原則與相關要求

11 圓錐尺寸和公差注法

12 綜合示例

第4章 表面結構

1 概述

2 術語及定義

3 表面粗糙度

4 表面波紋度

5 表面缺陷

6 表面結構的表示法

7 輪廓法評定表面結構的規劃和方法

8 表面粗糙度比較樣快

第5章 螺紋

1 概述

2 螺紋術語

3 普通螺紋

4 過渡配合螺紋

5 過盈配合螺紋

6 以普通螺紋為基礎的其他螺紋

7 小螺紋

8 梯形螺紋及梯形螺紋絲桿

9 短牙梯形螺紋

10 鋸齒形螺紋

11 管螺紋

12 普通螺紋的工藝尺寸

13 熱浸鍍鋅螺紋

14 統一螺紋

第4篇 零件結構設計工藝性

第1章 概述

1 零件結構設計工藝性概念

2 影響零件結構設計工藝性的因素

3 零件結構設計工藝性的基本要求

第2章 鑄件結構設計工藝性

1 常用鑄造金屬材料和鑄造方法

2 鑄造工藝對鑄件結構設計工藝性的要求

3 合金鑄造性能對鑄件結構設計工藝性的要求

4 鑄造方法對鑄件結構設計工藝性的要求

5 鑄造公差

6 鑄件缺陷與改進措施

第3章 鍛件結構設計工藝性

1 鍛造方法與金屬材料的可鍛性

2 鍛造方法對鍛件結構設計工藝性的要求

3 模鍛件結構設計的注意事項

第4章 衝壓件結構設計工藝性

1 衝壓方法和衝壓材料的選用

2 衝壓件結構設計的基本參數

3 衝壓件結構設計的注意事項

4 衝壓件的尺寸和角度公差、形狀和位置未注公差、未注公差尺寸的極限偏差

第5章 粉末冶金件結構設計工藝性

1 粉末冶金材料的分類和選用

2 粉末冶金零件結構設計的基本參數

3 粉末冶金零件結構設計的注意事項

第6章 工程塑膠件結構設計工藝性

1 工程塑膠的選用

2 工程塑膠零件的製造方法

3 工程塑膠零件設計的基本參數

4 工程塑膠零件結構設計的注意事項

第7章 熱處理零件結構設計工藝性

1 零件熱處理方法的選擇

2 影響熱處理零件結構設計工藝性的因素

3 對零件的熱處理要求

4 熱處理零件結構設計的注意事項

第8章 橡膠件結構設計工藝性

1 橡膠製品質量指標的含義

2 橡膠的選用

3 橡膠件結構設計的工藝性

4 橡膠件的精度

第9章 焊接件結構設計工藝性

1 焊接方法及其套用

2 焊接結構的設計原則

3 焊接接頭的形式

4 焊縫坡口的基本形式與尺寸

5 焊接件結構設計應注意的問題

6 焊接件的幾何尺寸公差和形位公差

7 焊接質量檢驗

第10章 金屬切削加工件結構設計工藝性

1 金屬材料的可加工性

2 金屬切削加工件的一般標準

3 切削加工件的結構設計工藝性

4 自動化生產對零件結構設計工藝性的要求

第11章 零部件的裝配和維修工藝性

1 一般裝配對零部件結構設計工藝性的要求

2 自動裝配對零件結構設計工藝性的要求

3 吊運對零件結構設計工藝性的要求

4 零部件的維修工藝性

參考文獻