机械设计知识全知道

本书以简单易懂、平实的语言，较小的篇幅，丰富的插图，讲述了涵盖机械设计人员需要了解的全方位知识，包括机械设计的目标、机械的构成、传动机构、连接件、机械零件、驱动元件、材料的性能、机械加工的要点、降低成本的设计要诀、传感器和顺序控制等内容。
本书从日本引进出版，一本小书容量大，包括了机械设计师必备的各方面知识，对于机械设计师入门学习帮助很大。

[日]西村仁

仁咨询事务所代表
生产技术咨询师
1962年生于日本神户市
1985年 立命馆大学理工学部机械工学科毕业
2006年 立命馆大学研究生院经营学研究科硕士毕业

在株式会社村田制作所的生产技术部门工作21年，负责电子产品的组装设备和检测设备的开发，为村田制作所引进多种设备。从事的工作横跨工程设计、工程改善以及内部培训的多个领域，其间取得多项专利。
2007年成立仁咨询事务所，为制造业和服务业的现场改善提供技术支持和培训服务。
任日本经济产业省项目成员、中小企业厅评价委员等。
http://www.jin-consult.com


著作
《图解看懂工业图面》（日本图书馆协会选定图书）
《图解工业制图入门》
《图解加工材料》
《机械加工知识全知道》
以上为日本能率协会管理中心出版
《品质管理与品质改善的基础原理》（日本实业出版社）
《夹具设计入门》（日刊工业新闻社）

适读人群 ：机械设计师，机械设计相关专业初学者、技术人员和工科学生。
初学者也能简单易懂，轻松应用本书的机械设计知识
适合年轻学者、助理设计师、技术人员以及工科学生，轻松掌握机械设计各方面知识和技能
为了以“便宜的价格”，在“短时间内”，生产出“质量优良的机械”，必须了解的知识：设计基础知识；外购件的选择方法；材料和加工的要点；降低成本的设计要点
收录有可极大提高设计效率的“标准化”实例

前 言
1.必要的设计知识和选购知识
机械设计所需要的知识和以前有很大的不同。以前，需要有机械元件的设计知识，如弹簧、齿轮、轴承、离合器、制动器等。因为当时只有少数商业化的产品，所以必须自己设计。即使是现在，在机械工程类的教材中也有很多公式对这部分内容进行解释，但是现在这些设计知识已经不再是必要的了。
可以在很多机器上通用的机械元件，现在作为标准产品可以从不同的制造商那里获得，比自己从一开始设计要便宜得多，而且交货期也短得多。也就是说，针对这些机械元件所需要的不是设计知识，而是选购知识。
2.本书特色
本书将在上述基础上，对机械设计所需的基础知识进行介绍。另外，关于作用在机械上的力的基础知识涉及高中物理的力学知识，所以省略了详细的解释。
1）以初次从事机械设计的人为对象，重点说明应该知道的基础知识。
2）介绍了市面上多功能化产品的选购方法。
3）通过掌握材料的性能和加工方法，阐述了降低成本的设计要诀。
4）介绍了提高机械设计效率的标准化示例。
3.本书面向的读者
本书主要面向从事机械设计的新员工、年轻的技术人员和设计助理，也可供有经验的设计人员将其作为年轻员工的培训教材来使用。
本书含有丰富的图表和示例，还可作为工科院校学生教辅。
4.各章阅读指南
第1章介绍了制造机械的目的和从计划到量产的整体流程。第2章介绍了改变运动形式的连杆机构、凸轮机构和其他传动机构，包括齿轮、带、链和滚珠丝杠。第3章介绍了螺钉等连接件。
第4章介绍了轴承、弹簧、O形密封圈等市售标准件的选购方法。第5章介绍了作为驱动源的电动机和气缸的使用方法。第6章和第7章分别对材料和机械加工的基础知识进行了说明。
第8章通过具体例子介绍了降低成本的设计要诀。第9章介绍了传感器的特征和用于自动运转的顺序控制的基础知识。在最后的第10章中，对机械产品质量的数值化方法和标准化设计进行了说明。标准化是高效设计的有效手段，我会介绍具体的示例，请一定以此为基础来推进自身的标准化。
本书可以从任何一章开始阅读，但如果你是初次接触机械设计的人，请从第1章顺序阅读，即使感觉有困难也不要停下来，继续快速浏览到最后。首先把握整体情况的阅读方法是有效的。
5.机械设计的乐趣
机械设计没有正确答案。例如，将A地点的零件移动到B地点这样简单的设计，如果由10位不同的熟练设计人员设计，那么10个人的设计都将是不同的。设计过程涉及许多决定，例如驱动源选择气缸还是电动机，选择哪个厂家的哪个规格，是用机械卡盘还是真空吸盘抓取，以及每种零件选择什么材料、尺寸、公差、表面粗糙度、表面处理等，所以这10个人的设计不可能完全一样。
所以，完成后的成品是否为满分100分只有神知道。正因为如此，机械设计才如此有趣。这不是只有一个答案的世界，而是一个让你可以充分发挥个性的世界。
6.机械设计需要创造性吗？
机械设计除了工学知识之外，还需要创造性。创造性是指创造出新的，似乎不拘泥于现有想法自由发挥，就可以产生谁都想不到的奇思妙想，但是实际上，创造性是已有知识和信息的组合。
所谓组合，就是把已经存在的东西加一加、减一减，所以没有必要认为自己不擅长创新。要想获得创意，首先要了解作为创意源头的知识和信息。没有知识是不会有创意的。
通过书籍学习、参观展览会、对前辈开发的机器进行深入观察来积累知识，这是提高创造性的最好方法。请大家充分发挥自己的好奇心。
7.本书的单位制
本书使用国际单位制（SI），力的单位用牛顿（N）来表示。当然，为了接近实际感觉、方便理解，也同时使用了非法定计量单位kgf。
N和kgf之间的关系如下：
?1kgf=9.80665N（四舍五入后近似为1kgf≈9.8N）。
?1N=0.10197kgf。
有时，取1kgf≈10N、1N≈0.1kgf，因误差小于2%，所以不会造成大问题。
此外，压强的国际单位制（SI）用帕斯卡（Pa）表示，1N/m2=1Pa。
Pa和kgf/m2的关系如下：
?1kgf/m2=9.8Pa，即1kgf/mm2=9.8MPa。
?同样可以简化为1kgf/mm2≈10MPa、1MPa≈0.1kgf/mm2。

著者

目 录
前言
1.1为何要制造机械2
1机械产品和制造机械的机械2
2制造机械所追求的目标2
3何谓理想的机械3
1.2机械的构成4
1从功能的视角看机械4
2从装配的视角看机械5
3使用通用零部件的好处5
4从传动机构和控制系统的视角看机械5
1.3自动化的等级7
1自动化的4个等级7
2削铅笔所包含的自动化等级7
3自动化未必总是最好的8
1.4机械大批量生产前的准备流程9
1准备流程的3个阶段9
2阶段１：明确要制造什么样的机械(思考)9
3阶段2：按计划制造(制造)11
4阶段3：将制成的机械导入生产现场(导入)11
1.5机械设计的流程13
1机械设计的步骤13
2提高创意或设计质量的设计审查14
3提高制图质量的审核14
4关于专利申请15
5投资预算应该是多少15
2.1连杆机构18
1直线运动和回转运动是基本的运动18
2什么是连杆机构18
3摆动和回转的曲柄摇杆机构19
4双摇杆机构和双曲柄机构20
5曲柄滑块机构和菱形伸缩机构21
2.2凸轮机构22
1什么是凸轮机构22
2早期的机械多数采用凸轮机构22
3凸轮的种类23
4从动件位移线图23
5间歇运动的槽轮机构23
2.3齿轮传动25
1传递回转运动25
2齿轮的种类25
3齿轮的大小和中心距26
4表示齿轮大小的模数27
5齿轮传动的转速比28
6侧隙28
7齿轮选型的步骤举例28
2.4带传动30
1带传动的特点30
2带的种类30
3带张紧力的调节31
2.5链传动32
1链传动的特点32
2滚子链的构造32
3滚子链张紧力调节32
4自行车的变速机构33
2.6滚珠丝杠传动34
1滚珠丝杠的构造和特点34
2作为选型要点的导程34
2.7专栏：设计审查的诀窍36
3.1螺纹38
1螺纹的用途38
2螺纹的原理38
3按牙型对螺纹进行分类39
3.2米制螺纹40
1米制螺纹的定义40
2螺距不同的粗牙螺纹和细牙螺纹41
3米制螺纹的表示方法41
4不完整螺纹部分42
3.3螺钉和螺栓的种类43
1螺钉和螺栓的分类43
2螺钉的特征44
3螺栓的特征44
4内六角螺栓广泛使用的理由45
5免工具螺钉45
6特殊螺钉的特征46
3.4螺钉尺寸的选择方法47
1螺钉直径的选择方法47
2螺钉拧入深度的确定48
3内螺纹的螺纹深度和钻孔深度48
4确定螺钉尺寸需要考虑的因素48
3.5螺纹连接的相关零部件50
1螺母50
2增强内螺纹强度的螺纹套50
3平垫圈的功能51
4弹簧垫圈的防松效果51
5螺钉的防松对策52
3.6连接的基础件54
1定位用的圆柱销和圆锥销54
2简便的弹性圆柱销55
3防止脱落的开口销55
3.7连接轴的部件56
1连接轴与轴的联轴器56
2防止回转偏移的键57
3过载保护的力矩限制器57
4防止脱落的弹性挡圈584.1往复直线运动的导向机构60
1导向机构的全貌60
2板式导轨61
3滚动直线导套和滚动花键套61
4滚动直线导轨61
4.2回转运动导向机构63
1轴承63
2轴承的种类63
3轴承内圈和外圈的配合65
4轴承安装方法65
5滑动轴承轴套66
4.3弹簧67
1弹簧的特征和用途67
2弹簧选型的要点67
3圆柱螺旋压缩弹簧68
4圆柱螺旋拉伸弹簧68
5弹簧选购的窍门69
4.4其他机械零件70
1凸轮随动器和滚子轴承随动器70
2轻松搬运的钢珠滚轮70
3装有弹簧的球头柱塞71
4缓冲器71
5O形密封圈72
6调节脚支撑、脚轮和吊环螺栓72
4.5送料用零部件74
1零件排列形态74
2自动整列送料器74
3振动盘送料器和直线送料器75
4利用凹凸形状的整列模具75
5在整列状态下供货76
5.1通用电动机78
1什么是驱动元件78
2电动机的分类78
3直流电动机79
4无刷直流电动机80
5交流电动机80
5.2定位控制电动机82
1两种定位控制82
2步进电动机概述82
3步进电动机的特点83
4高精度的伺服电动机84
5直线电动机84
6各种电动机的特点85
5.3驱动缸86
1流体驱动缸的特点86
2气动系统的构成86
3气压的读取方法87
4气缸的分类87
5双作用气缸的动作循环88
6气缸推力89
7气缸直径对应的推力和行程89
8摆动气缸89
9功能型气缸90
5.4电磁阀92
1简介92
2按主阀口数分类92
3按螺线管数分类92
4按阀芯的工作位置数分类93
5.5气动设备的相关附件95
1消声器和阀岛95
2调速阀的构造95
3调速阀的连接方法96
4去除异物的空气过滤器97
5调节压力的减压阀97
6传感器和浮动接头97
7配管接头97
8管道98
9配管示例98
5.6真空元件100
1真空的用途100
2真空系统的构成100
3真空气压的读法100
4真空吸盘101
5利用三通电磁阀来破坏真空101
6真空过滤器101
7真空压力开关102
8产生真空的真空发生器102
5.7小栏目：反复思考与试做104
6.1材料的力学性能106
1材料的三个性能106
2弹性、塑性和断裂106
3通过刚度和强度来观察材料的强弱107
4伸长的变形量107
5挠度的变化量107
6由截面形状决定的截面惯性矩108
7实际要在截面形状上下功夫109
8在弹性范围内使用109
9不需要验证屈服强度110
10硬度和韧性110
6.2材料的物理性能和化学性能112
1表示重量的密度112
2表示受热伸长的热膨胀系数112
3表示传递热量速度的热导率113
4表示电流流动难易的电导率113
5保护性的黑锈和腐蚀性的红锈113
6.3主要材料的特性115
1对材料有一个全面的认识115
2碳钢、合金钢和铸铁115
3碳的含量115
4 JIS规格的品种设定116