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第4篇 机构 3

第1章 机构分析的常用方法 3

1 机构的自由度分析 3

1.1 常用术语的概念 3

1.2 机构的运动简图和机动示意图 4

1.3 机构的自由度分析 9

1.3.1 平面机构自由度分析 9

1.3.2 单封闭环空间机构自由度的计算 10

1.3.3 多闭环空间机构及开环机构的自由度的计算 14

1.3.4 空间机构自由度计算例题 14

1.4 平面机构的结构分析 15

2 平面机构的运动分析 17

2.1 机构的位置和构件上某点的轨迹分析 18

2.2 机构的速度与加速度分析 18

2.2.1 矢量图解法 18

2.2.2 解析法 24

2.2.3 瞬心法 24

2.3 高副机构的运动分析 29

2.3.1 用高副低代法求解 29

2.3.2 用高副机构直接求解 30

3 平面机构的受力分析 32

3.1 杆组静定条件和构件惯性力的计算 33

3.2 运动副中摩擦力的计算 34

3.3 机构的受力分析 35

3.3.1 图解计算法 35

3.3.2 用速度杠杆法求平衡力Fp 36

3.3.3 机构动态静力分析的解析法 36

3.4 惯性力的平衡 38

3.4.1 具有不规则形状的旋转构件平衡重力的确定 39

3.4.2 平面机构的平衡 39

4 单自由度机器的动力分析 43

4.1 机器的运动过程和运动方程式 43

4.2 机器运动方程的求解 43

4.3 机器周期性速度波动的调节和飞轮设计 43

4.3.1 机器主轴的平均角速度ωm与速度不均匀系数δ 48

4.3.2 飞轮设计 48

4.4 机械效率的计算 50

第2章 基本机构的设计 52

1 平面连杆机构 52

1.1 四杆机构的结构型式 52

1.2 按传动角设计四杆机构 52

1.2.1 按最小传动角具有最大值的条件设计曲柄摇杆机构 53

1.2.2 按最小传动角设计行程速比系数K＝1（φ12＝180°）的曲柄摇杆机构 54

1.2.3 按最小传动角具有最大值的条件设计偏置曲柄-滑块机构 55

1.2.4 根据最小传动角设计双曲柄机构 55

1.3 按照输入杆与输出杆位置关系设计四杆机构 56

1.3.1 几何法 56

1.3.2 分析法 60

1.3.3 实验法 63

1.4 按照连杆位置及连杆点位置综合铰链四杆机构 63

1.4.1 已知连杆三个位置综合铰链四杆机构 63

1.4.2 已知连杆四个位置综合铰链四杆机构 64

1.4.3 圆点曲线及圆心曲线 65

1.4.4 已知连杆上点的位置综合铰链四杆机构 65

1.4.5 轨迹综合 67

1.4.6 相当机构及其应用 70

1.4.7 直线运动机构 70

2 瞬心线机构及互包络线机构 71

2.1 瞬心线机构的工作特点及设计计算的一般原理 71

2.2 非圆齿轮节线设计 73

2.2.1 再现一个给定自变量的函数的非圆齿轮节线设计 73

2.2.2 偏心圆齿轮与非圆齿轮共轭 75

2.2.3 椭圆-卵形齿轮及卵形齿轮传动 77

2.3 互包络线机构的工作特点 79

2.4 互包络线机构的设计 80

3 凸轮机构 83

3.1 凸轮机构的术语及一般设计步骤 83

3.2 凸轮机构的基本型式及封闭方式 85

3.3 凸轮机构的压力角 88

3.4 基圆半径Rb、圆柱凸轮最小半径Rmin和滚子半径Rr 89

3.4.1 基圆半径Rb对凸轮机构的影响 89

3.4.2 确定基圆半径Rb、Rmin的方法 89

3.4.3 滚子半径Rr的确定 92

3.5 从动件运动规律及其方程式 93

3.5.1 从动件运动规律 93

3.5.2 基本运动规律的参数曲线 95

3.5.3 常用组合运动规律方程式应用 97

3.6 滚子从动件凸轮工作轮廓的设计 103

3.6.1 作图法 103

3.6.2 解析法 105

3.7 平底从动件盘形凸轮工作轮廓的设计 111

3.8 圆弧凸轮工作轮廓的设计 114

3.8.1 单圆弧凸轮（偏心轮） 114

3.8.2 多圆弧凸轮 114

3.9 凸轮及滚子结构、材料、强度、精度、表面粗糙度及工作图 116

3.9.1 凸轮及滚子结构 116

3.9.2 常用材料 119

3.9.3 强度校核及许用应力 119

3.9.4 凸轮精度及表面粗糙度 120

3.9.5 凸轮工作图 120

4 分度凸轮机构 122

4.1 分度凸轮机构的性能及其运动参数 122

4.2 弧面（滚子齿式）分度凸轮机构 122

4.2.1 基本结构和工作原理 122

4.2.2 弧面分度凸轮机构的主要运动参数和几何尺寸 124

4.2.3 弧面分度凸轮的工作曲面设计及其实例计算 126

4.2.4 弧面分度凸轮机构的动力学计算 129

4.2.5 弧面分度凸轮机构主要零件的材料、热处理与技术要求 131

4.2.6 弧面分度凸轮机构的结构设计要点 131

4.2.7 弧面分度凸轮机构的主要零部件图实例 131

4.2.8 弧面凸轮分度箱 133

4.3 圆柱分度凸轮机构 135

4.3.1 工作原理和主要类型 135

4.3.2 圆柱分度凸轮机构的主要运动参数和几何尺寸 135

4.3.3 圆柱分度凸轮的工作轮廓设计 138

4.3.4 圆柱分度凸轮机构主要零件的材料、技术要求及结构设计要点 138

4.3.5 圆柱分度凸轮轮廓曲面展开为平面矩形时的设计计算 139

4.4 共轭（平行）分度凸轮机构 140

4.4.1 基本结构和工作原理 140

4.4.2 共轭分度凸轮机构的主要运动参数和几何尺寸 140

4.4.3 用作图法绘制凸轮的理论廓线和工作廓线 144

4.4.4 共轭盘形分度凸轮机构凸轮廓线的解析法计算 145

4.4.5 共轭（平行）凸轮分度箱 147

5 棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和针轮机构 148

5.1 棘轮机构 148

5.1.1 常用型式 148

5.1.2 设计要点 149

5.2 槽轮机构 150

5.2.1 工作原理及型式 150

5.2.2 槽轮机构的几何尺寸和主要运动参数的计算（均布径向槽） 152

5.2.3 槽轮机构的动力性能 155

5.3 不完全齿轮机构 156

5.3.1 基本型式与啮合特性 156

5.3.2 设计参数的计算 158

5.3.3 不完全齿轮机构的设计计算公式及工作图 161

5.4 针轮机构 163

5.4.1 针轮机构的主要类型和特点 163

5.4.2 针轮机构的设计计算 164

6 斜面机构与螺旋机构 165

6.1 斜面机构的特性指标与计算公式 165

6.2 螺旋机构 167

6.2.1 螺旋机构的特性指标 168

6.2.2 螺旋机构传动型式 168

6.3 参数选择 169

7 往复油（汽）缸机构的运动设计 169

7.1 参数计算 169

7.2 参数选择 170

7.3 运动设计 171

第3章 组合机构的分析与设计 173

1 基本机构的主要组合型式 173

2 凸轮-连杆组合机构 174

2.1 固定凸轮-连杆组合机构 174

2.2 转动凸轮-连杆组合机构 176

2.3 联动凸轮-连杆组合机构 179

3 齿轮-连杆组合机构 179

3.1 行星轮系与Ⅱ级杆组的组合机构 179

3.2 四杆机构与周转轮系的组合机构 182

3.3 五杆机构与齿轮机构的组合机构 187

4 凸轮-齿轮组合机构 190

4.1 输出件实现周期性变速运动的凸轮-齿轮组合机构 190

4.2 实现轨迹要求的凸轮-齿轮组合机构 192

4.3 输出件实现周期性停歇的凸轮-齿轮组合机构 193

5 具有挠性件的组合机构 194

5.1 同步带-连杆组合机构 194

5.2 差动式带、链-连杆组合机构 194

第4章 机构参考图例 196

1 匀速转动机构 196

1.1 定传动比匀速转动机构 196

1.2 有级变速机构 201

1.3 无级变速机构 203

2 非匀速转动机构 204

3 往复运动机构 206

4 急回机构 214

5 行程放大机构 216

6 可调行程机构 218

7 间歇运动机构 221

8 超越止动及单向机构 227

9 换向机构 229

10 差动补偿机构 232

11 气、液驱动机构 235

12 增力及夹持机构 239

13 实现预期轨迹的机构 244

14 安全保险、制动装置 250

15 定位联锁机构 255

16 伸缩机构 257

17 振动机构 260

参考文献 264