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第一篇 机械设计导论 1

第1章 绪论 1

1 机械设计的概念和地位 1

2 机械设计的准则 1

3 机械设计的一般进程模式 2

4 机械设计的任务 2

5 机械设计的分类 3

6 机械设计的现状与展望 4

7 本课程的内容、性质、地位和任务 4

8 学习本课程的方法 5

第2章 机器的组成与分类 7

1 机器的定义 7

2 机器的组成 8

3 机器的分类 9

第3章 机械产品的功能原理设计 10

1 功能原理设计的特点和任务 10

2 功能分析 10

2.1 功能的概念 10

2.2 功能定义 11

3 功能关系图的建立 12

3.1 功能系统的概念 12

3.2 功能系统的内在联系 13

3.3 建立树状功能关系图的方法 15

4 功能载体的确定 17

5 功能原理设计的解法 18

5.1 物理效应引入法 18

5.2 功能组合法 19

5.3 基本机构组合法 21

第二篇 机构分析和运动尺度设计 22

第1章 机构的识别与构型 22

1 机构的组成 22

1.1 机构的组成要素 22

1.2 运动链 24

1.3 机构的形成 24

2 平面机构运动简图 25

3 平面机构具有确定运动的条件 27

3.1 机构的自由度 27

3.2 平面机构自由度的计算 28

3.3 平面机构具有确定运动的条件 28

3.4 计算机构自由度时应注意的事项 29

4 平面机构的组成原理 32

4.1 平面机构中的高副低代 32

4.2 平面机构的组成原理 33

复习思考题 35

习题 35

第2章 平面连杆机构 38

1 连杆机构的特点 38

2 连杆机构运动简图符号 38

3 铰链四杆机构中曲柄存在的条件 39

4 平面四杆机构的基本型式及其应用 40

5 铰链四杆机构的演化 44

5.1 含有一个移动副的四杆机构 44

5.2 含有两个移动副的四杆机构 48

6 平面连杆机构的运动分析 49

6.1 运动分析的目的和方法 49

6.2 平面机构位置及动点位移和轨迹求法 49

6.3 用瞬心法分析机构的速度 50

6.4 用相对运动图解法分析四杆机构的运动 56

6.5 用解析法分析四杆机构的运动 64

7 平面连杆机构的力分析 73

7.1 力分析的目的和方法 73

7.2 平面连杆机构的静力分析 73

7.3 用解析法作机构的动态静力分析 75

8 平面连杆机构运动尺度设计 84

8.1 平面连杆机构的工作特性 84

8.2 用解析法设计平面连杆机构的运动尺度 90

8.3 用图解法设计平面连杆机构的运动尺度 95

8.4 用实验法设计实现给定运动轨迹的四杆机构的运动尺度 100

8.5 用图谱法设计四杆机构的运动尺度 101

9 连杆机构的结构设计 102

9.1 连杆机构的构件 102

9.2 转动副结构 105

9.3 移动副结构 106

10 连杆机构的应用与发展现状 108

复习思考题 108

习题 109

第3章 运动副中的摩擦和机械效率 119

1 移动副中的摩擦 119

1.1 平面移动副 119

1.2 槽面（楔面）移动副 120

1.3 斜面移动副 121

2 螺旋副中的摩擦 122

2.1 矩形螺纹螺旋副 122

2.2 三角形螺纹螺旋副 122

3 转动副中的摩擦 123

3.1 向心轴颈转动副中的摩擦 123

3.2 推力轴颈转动副中的摩擦 125

4 机械效率 126

4.1 机械效率计算公式 126

4.2 机组与机械系统总效率计算 128

5 机械的自锁 129

5.1 机械自锁的条件 129

5.2 典型运动副（或机构）的自锁分析 129

复习思考题 136

习题 136

第4章 凸轮机构 139

1 凸轮机构的组成、特点、应用和分类 139

1.1 凸轮机构的组成、特点和应用 139

1.2 凸轮机构与连杆机构的比较 139

1.3 凸轮机构的分类 140

2 凸轮机构的术语与符号 141

3 从动件常用运动规律和运动参数 142

3.1 从动件常用运动规律 142

3.2 运动规律的选择和四种常用规律的特性比较 145

4 凸轮轮廓曲线设计 146

4.1 图解法设计凸轮廓线 148

4.2 解析法设计凸轮廓线 148

5 平面凸轮机构的几何参数 155

5.1 凸轮机构的压力角 155

5.2 凸轮的基圆半径 158

5.3 轮廓线的曲率半径、滚子半径和平底长度 161

6 圆柱凸轮机构简介 164

6.1 直动从动件圆柱凸轮机构 164

6.2 摆动从动件圆柱凸轮机构 164

7 凸轮副的材料和热处理 165

7.1 凸轮副的材料 165

7.2 凸轮副材料的热处理 165

8 凸轮的技术要求 166

9 凸轮和从动件的结构 166

9.1 凸轮的结构及其在轴上的固定方法 166

9.2 滚子结构 168

10 凸轮设计示例 168

11 凸轮CAD/CAM系统及其发展前景 171

11.1 计算机辅助设计 171

11.2 计算机辅助制造 172

11.3 CAD与CAM一体化 172

复习思考题 173

习题 173

第5章 齿轮机构 175

1 齿轮机构的特点、应用和类型 175

1.1 齿轮机构的特点 175

1.2 齿轮机构的应用 175

1.3 齿轮机构的类型 175

1.4 选择齿轮机构类型应考虑的因素 175

2 齿廓啮合的基本定律 176

3 渐开线齿廓 177

3.1 渐开线的形成原理 177

3.2 渐开线的性质 177

3.3 渐开线齿廓的压力角 178

3.4 渐开线的极坐标方程 179

3.5 渐开线齿廓满足齿廓啮合基本定律 180

3.6 渐开线齿廓啮合的特点 180

4 渐开线齿轮各部分名称、参数和几何尺寸 181

4.1 齿轮各部分名称 181

4.2 齿轮主要参数 182

4.3 标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸 183

5 渐开线标准直齿圆柱齿轮的测量尺寸 186

5.1 固定弦齿厚和固定弦齿高计算 186

5.2 公法线长度计算 187

6 渐开线标准直齿圆柱齿轮的啮合传动 189

6.1 正确啮合条件 189

6.2 正确安装中心距 190

6.3 连续传动的条件 191

7 渐开线标准斜齿圆柱齿轮机构 195

7.1 斜齿轮齿廓曲面的形成原理与啮合特点 195

7.2 斜齿轮的主要参数 196

7.3 正确啮合条件 198

7.4 当量齿轮与当量齿数 198

7.5 重合度 199

7.6 标准斜齿圆柱齿轮的几何尺寸 200

8 交错轴斜齿轮机构 204

9 蜗杆蜗轮机构 206

9.1 蜗杆蜗轮的形成原理 206

9.2 蜗杆的类型 207

9.3 蜗杆蜗轮机构的特点 208

9.4 蜗杆蜗轮机构的主要参数选择 209

9.5 蜗杆蜗轮机构的几何尺寸计算 211

10 渐开线圆柱齿轮展成法切齿原理简介 212

10.1 滚齿原理及工作运动 212

10.2 插齿原理及工作运动 213

10.3 剃齿原理及工作运动 214

10.4 磨齿原理及工作运动 215

10.5 珩齿原理 216

11 根切现象与最少齿数 216

12 渐开线圆柱齿轮的变位原理与几何尺寸计算 217

12.1 渐开线齿轮变位修正的概念 217

12.2 变位直齿圆柱齿轮的几何计算 219

12.3 变位齿轮机构应用举例 225

13 直齿圆锥齿轮机构 228

13.1 圆锥齿轮机构的特点、应用和分类 228

13.2 直齿圆锥齿轮齿廓的形成原理 229

13.3 背锥和当量齿数 229

13.4 圆锥齿轮的正确啮合条件 230

13.5 圆锥齿轮机构的传动比 230

13.6 直齿圆锥齿轮机构的几何尺寸 231

复习思考题 233

习题 236

第6章 齿轮系 238

1 齿轮系的分类 238

1.1 定轴齿轮系 238

1.2 行星齿轮系 238

1.3 混合齿轮系 238

2 定轴齿轮系传动比的计算 239

3 行星齿轮系的组成和分类 242

3.1 行星齿轮系的组成 242

3.2 行星齿轮系的分类 243

4 行星齿轮系传动比的计算 243

5 混合齿轮系传动比的计算 246

6 齿轮系的应用 249

7 渐开线少齿差行星齿轮减速器 251

7.1 基本原理 251

7.2 传动比计算 251

7.3 特点和应用 251

8 摆线针轮减速器 252

8.1 基本原理 252

8.2 传动比计算 254

8.3 特点和应用 254

9 谐波齿轮传动 255

9.1 基本原理 255

9.2 传动比计算 255

9.3 特点和应用 255

10 活齿传动 256

10.1 基本原理 256

10.2 传动比计算 257

10.3 特点和应用 257

复习思考题 258

习题 259

第7章 其它常用机构 262

1 棘轮机构 262

1.1 棘轮机构的工作原理 262

1.2 棘轮机构的类型 262

1.3 棘轮机构的特点与应用 264

1.4 棘轮机构的主要参数和几何尺寸计算 264

1.5 不对称梯形齿棘轮和棘爪的齿形画法 267

1.6 棘轮转角的调节方法 269

1.7 常见棘爪轴的结构及固定方式 269

1.8 棘轮棘爪材料及技术要求 270

2 槽轮机构 273

2.1 槽轮机构的工作原理和基本类型 273

2.2 槽轮机构的特点和应用 274

2.3 槽轮机构的运动特性 275

2.4 槽轮机构设计 277

2.5 槽轮机构的材料及技术要求 281

2.6 槽轮机构的结构 282

3 螺旋机构 286

3.1 螺旋机构的运动分析 286

3.2 螺旋机构的特点和应用 286

复习思考题 287

习题 287

第8章 机构的组合及运动尺度设计 289

1 机构的组合方式 289

1.1 机构的串联组合 289

1.2 机构的并联组合 290

1.3 机构的反馈组合 291

1.4 机构的动载组合 291

1.5 机构的时序组合 292

2 组合机构的运动分析简介 293

2.1 串联组合机构的运动分析 293

2.2 并联组合机构的运动分析 294

3 组合机构运动尺度设计 295

3.1 串联组合机构运动尺度设计 295

3.2 并联组合机构运动尺度设计 295

复习思考题 297

习题 298

第三篇 机械系统运动方案设计 300

第1章 机械系统的总体设计 300

1 总体设计的任务及其在设计中的地位 300

2 总体设计的基本要求 300

3 机械系统的总体布置及主要技术参数的确定 300

3.1 总体布置设计的基本要求 301

3.2 执行系统的布置 301

3.3 传动系统的布置 301

3.4 操纵件的布置 302

3.5 机械系统总体布置示例 303

4 总体主要参数的确定 305

4.1 生产能力 305

4.2 尺寸参数 306

4.3 运动参数 306

4.4 动力参数 306

第2章 机械系统的载荷特性和电动机选择 307

1 工作机械的载荷 307

1.1 载荷类型 307

1.2 工作载荷的确定方法 309

2 电动机的选择和计算 310

2.1 电动机的种类及其机械特性 310

2.2 电动机的选择和计算 317

第3章 机械系统运动简图设计 324

1 工艺方案设计 324

1.1 生产工艺方案分类 324

1.2 工艺方案选择 324

2 执行机构的协调设计 326

3 运动循环图设计 327

3.1 运动循环图的表示方法 327

3.2 运动循环图的设计 329

4 执行系统设计 331

4.1 执行系统的功能、组成与分类 331

4.2 执行系统设计 334

5 机械传动系统设计 335

5.1 机械传动的功能 335

5.2 机械传动的特性参数 335

5.3 机械传动的类型 336

5.4 机构传动系统设计 336

第4章 机械系统运动方案设计实例 340

1 简易平板印刷机的运动方案设计 340

1.1 机器的功能分析 340

1.2 原始数据和设计要求 341

1.3 工作原理和工艺动作分解 341

1.4 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 341

1.5 执行机构选型 342

1.6 机械传动系统设计 344

1.7 绘制机械运动方案示意图 344

1.8 机械传动系统和执行机构的运动尺度设计 344

2 牛头刨床的运动方案设计 344

2.1 机器的功能分析 344

2.2 原始数据和设计要求 344

2.3 工作原理和工艺动作分解 345

2.4 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 345

2.5 机构选型 345

2.6 运动参数的计算 346

2.7 执行机构的运动尺度设计 347

2.8 传动系统设计 349

第5章 课程设计题例 352

1题Ⅰ四工位专用机床运动方案和传动装置设计 352

1.1 机器的功能要求 352

1.2 原始数据和设计要求 352

1.3 运动方案设计和机构选型 353

1.4 运动循环图设计 353

1.5 课程设计指导 354

2题Ⅱ冲压式蜂窝煤成型机运动方案和传动装置设计 355

2.1 机器的功能和设计要求 355

2.2 工作原理和工艺动作分解 355

2.3 运动循环图设计 356

2.4 机构选型 356

2.5 机械运动方案的选择和评定 356

2.6 机械传动系统总传动比计算和传动比分配 357

2.7 绘制机器运动方案示意图 357

2.8 机械传动系统和执行机构的运动尺度设计 357

2.9 绘制机器运动简图 357

2.10 课程设计指导 357

3题Ⅲ书本打包机纵向推书系统运动方案和传动装置设计 358

3.1 机器的功能和设计要求 358

3.2 工作原理和工艺动作分解 359

3.3 运动循环图设计 360

3.4 课程设计指导 360

4题Ⅳ制育秧钵机运动方案和传动装置设计 361

4.1 机器的功能要求 361

4.2 原始数据和设计要求 361

4.3 工作原理和工艺动作分解 361

4.4 机构选型与传动方案设计 362

4.5 总体布置 364

4.6 运动循环图设计 364

4.7 运动设计和动力计算 365

4.8 机械传动系统和执行机构的运动尺度设计 367

5 机械运动方案设计说明书的编写 367

5.1 设计说明书的内容 367

5.2 注意事项 367

附录1 机构的分析与设计源程序（按QBASIC语言编写） 369

1 平面连杆机构 369

1.1 铰链四杆机构的运动分析 369

1.2 曲柄滑块机构的运动分析 372

1.3 导杆机构的运动分析 374

1.4 铰链四杆机构的力分析 376

1.5 曲柄滑块机构的力分析 381

1.6 导杆机构的力分析 383

1.7 按给定传动角设计四杆机构运动尺度 386

1.8 按给定行程速度变化系数设计四杆机构运动尺度 387

1.9 按给定两连架杆三组对应位置设计四杆机构运动尺度 387

1.10 按给定曲柄和滑块三组对应位置设计曲柄滑块机构运动尺度 388

2 凸轮机构 389

2.1 运动规律子程序 389

2.2 直动滚子从动件盘形凸轮廓线设计 390

2.3 平底从动件盘形凸轮廓线设计 397

2.4 摆动滚子从动件盘形凸轮廓线设计 399

2.5 用优化方法求凸轮廓线最大压力角以及对应的凸轮转角 403

2.6 满足许用压力角时凸轮廓线的最小基圆半径 405

3 齿轮机构 406

3.1 渐开线直齿齿轮几何尺寸及质量指标计算源程序 406

3.2 标准渐开线直齿圆柱齿轮齿廓范成源程序 410

3.3 渐开线变位直齿圆柱齿轮齿廓范成源程序 411

附录2 机构运动简图符号、滚动轴承画法及尺寸比例 414

1机构运动简图符号 414

2滚动轴承画法及尺寸比例 416

附录3 Y系列三相异步电动机标准 420

主要参考文献 427