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上篇 机械运动方案设计 1

第1章 机构及其应用 1

1.1 机构的应用 2

1.1.1 日常生活中的机构 2

1.1.2 工农业生产中的机构 2

1.2 机构的基本概念 2

1.2.1 构件 3

1.2.2 运动副 3

1.2.3 运动链 5

1.2.4 机构 5

1.3 机构运动简图 6

1.3.1 机构运动简图的概念 6

1.3.2 机构运动简图的绘制方法 8

1.4 机构的自由度 9

1.4.1 平面机构自由度 9

1.4.2 机构具有确定运动的条件 10

1.4.3 平面机构自由度计算 10

1.4.4 空间机构自由度简述 13

习题 14

知识拓展 世界机械发展史概要 16

第2章 常见机构及其特点 18

2.1 连杆机构 19

2.1.1 连杆机构的特点 19

2.1.2 平面四杆机构的类型及应用 19

2.1.3 平面多杆机构 20

2.1.4 平面铰链四杆机构的工作特性 21

2.2 凸轮机构 24

2.2.1 凸轮机构的组成及特点 24

2.2.2 凸轮机构的类型及应用 25

2.3 齿轮机构与轮系 26

2.3.1 齿轮机构的特点及其基本类型 26

2.3.2 轮系基本类型及其特点 27

2.4 间歇运动机构 31

2.4.1 棘轮机构 31

2.4.2 槽轮机构 32

2.4.3 凸轮式间歇运动机构 32

2.4.4 不完全齿轮机构 34

2.5 挠性传动机构 34

2.5.1 带传动机构 34

2.5.2 链传动机构 35

2.5.3 绳索滑轮传动机构 36

2.6 摩擦传动机构 37

2.6.1 摩擦传动机构的组成及特点 37

2.6.2 摩擦传动机构的类型及应用 37

2.7 螺旋机构 38

2.7.1 螺旋机构的组成及特点 38

2.7.2 螺旋机构的类型及应用 39

2.8 广义机构 39

2.8.1 广义机构的工作原理 39

2.8.2 广义机构的类型及应用 39

2.9 组合机构 40

习题 41

知识拓展 自行车的发展史 42

第3章 机构组成原理与演变 43

3.1 机构基本型式 44

3.1.1 平面机构基本型式 44

3.1.2 空间机构基本型式 44

3.2 机构的演化与变异 45

3.2.1 机架变换 45

3.2.2 机构尺度变化 47

3.2.3 运动副演化 47

3.2.4 构件结构变异 48

3.3 机构的组成原理 49

3.3.1 平面机构的基本杆组 49

3.3.2 平面机构的组成原理 50

3.3.3 平面机构的高副低代 51

3.3.4 平面机构的结构分析 52

习题 53

知识拓展 著名的七桥问题 55

第4章 机构再生运动链设计法 56

4.1 机构再生运动链设计法简介 57

4.1.1 原形机构 57

4.1.2 运动链一般化 58

4.1.3 运动链数综合 58

4.1.4 运动链特定化 60

4.1.5 运动链具体化 60

4.2 牛头刨床主运动的机构再生运动链设计 60

4.2.1 牛头刨床主运动的原形机构 60

4.2.2 牛头刨床主运动链的一般化 61

4.2.3 牛头刨床主运动链数综合 61

4.2.4 牛头刨床主运动链特定化 61

4.2.5 牛头刨床主运动链具体化 64

习题 66

知识拓展 颜鸿森教授简介 67

第5章 机械系统运动方案设计 68

5.1 机械系统性能需求分析 69

5.1.1 运动性能需求 70

5.1.2 动力性能需求 70

5.1.3 结构工艺性能需求 70

5.2 机械系统工艺动作运动分解 70

5.2.1 运动顺序分解 71

5.2.2 运动性质分解 71

5.2.3 运动约束分解 72

5.2.4 运动冗余分解 72

5.3 机械系统运动方案设计过程 73

5.3.1 原动机的选择 73

5.3.2 执行机构的确定 74

5.3.3 执行系统协调设计 75

5.3.4 传动系统形式的选择 77

5.4 机械系统运动方案选型设计 77

5.4.1 基本机构选型设计 77

5.4.2 机构组合选型设计 78

5.4.3 机械系统运动方案设计实例 80

习题 86

知识拓展 新型内燃机的开发 88

中篇 机构运动设计与分析 91

第6章 平面连杆机构 91

6.1 平面连杆机构设计概述 92

6.1.1 平面连杆机构设计基本问题 92

6.1.2 刚体运动变换矩阵 92

6.2 平面连杆机构位置综合 94

6.2.1 平面机构精确位置综合 94

6.2.2 平面机构近似位置综合 98

6.3 平面连杆机构函数综合 100

6.3.1 平面机构精确函数综合 101

6.3.2 平面机构近似函数综合 103

6.4 平面连杆机构轨迹综合 104

6.5 连杆机构的特殊位置设计——折叠与伸缩机构 105

6.6 平面连杆机构运动分析 109

6.6.1 平面四杆机构运动分析解析法 109

6.6.2 平面四杆机构运动分析图解法——瞬心法 111

习题 115

知识拓展 从蜘蛛网到坐标系 116

第7章 凸轮机构 117

7.1 凸轮机构设计概述 118

7.1.1 凸轮机构设计的基本过程 118

7.1.2 凸轮机构坐标变换 119

7.2 从动件运动规律设计 120

7.2.1 从动件常见运动规律 121

7.2.2 组合运动规律 123

7.2.3 设计从动件运动规律的原则 125

7.3 凸轮轮廓曲线设计 129

7.3.1 凸轮轮廓曲线设计的基本原理 129

7.3.2 解析法设计凸轮轮廓曲线 130

7.3.3 图解法设计凸轮轮廓曲线 136

7.4 凸轮机构基本尺寸设计 138

7.4.1 压力角及其许用值 138

7.4.2 滚子半径选择 139

7.4.3 基圆半径确定 140

习题 140

知识拓展 凸轮发展史简述 142

第8章 齿轮机构 143

8.1 齿轮齿廓共轭基本定律 144

8.1.1 齿轮共轭齿廓 144

8.1.2 齿轮传动坐标变换 144

8.1.3 包络法求共轭齿廓 146

8.2 渐开线齿廓及其性质 147

8.2.1 渐开线的形成及其性质 147

8.2.2 渐开线方程式 148

8.2.3 渐开线齿廓的啮合特性 148

8.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮 149

8.3.1 外齿轮 149

8.3.2 内齿轮 152

8.3.3 齿条 152

8.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮啮合传动 153

8.4.1 正确啮合条件 153

8.4.2 无齿侧间隙啮合条件 153

8.4.3 齿轮定传动比连续传动条件 155

8.5 渐开线齿廓的根切及其修正 156

8.5.1 渐开线齿轮的加工方法 156

8.5.2 用标准齿条型刀具加工齿轮 158

8.5.3 渐开线齿廓的根切现象及避免根切的措施 158

8.6 渐开线变位齿轮 160

8.6.1 变位齿轮的概念 160

8.6.2 变位齿轮几何尺寸 161

8.6.3 变位齿轮传动 162

8.7 渐开线直齿圆柱齿轮传动设计 163

8.7.1 传动类型及其选择 163

8.7.2 齿轮传动的设计步骤 164

8.8 渐开线斜齿圆柱齿轮 166

8.8.1 斜齿圆柱齿轮齿面的形成 166

8.8.2 斜齿圆柱齿轮的基本参数 167

8.8.3 斜齿圆柱齿轮传动 168

8.8.4 斜齿圆柱齿轮传动的特点 169

习题 169

知识拓展 齿轮发展史简述 171

第9章 轮系 172

9.1 定轴轮系传动比 173

9.2 周转轮系传动比 174

9.3 混合轮系及其传动比 177

9.4 轮系运动设计 179

9.4.1 定轴轮系设计 179

9.4.2 周转轮系设计 180

9.4.3 轮系设计实例 182

习题 184

知识拓展 光阴的故事——话说钟表 186

下篇 机械动力设计与分析 187

第10章 机构的惯性力平衡 187

10.1 惯性力的确定 188

10.1.1 构件的惯性力 188

10.1.2 构件质量代换 189

10.2 平面机构惯性力的完全平衡 190

10.2.1 附加平衡质量法 190

10.2.2 机构对称布置法 191

10.3 平面机构惯性力的部分平衡 192

10.3.1 附加平衡质量法 192

10.3.2 附加平衡机构法 194

10.3.3 近似对称布置法 195

10.4 刚性转子平衡 196

10.4.1 刚性转子平衡设计 196

10.4.2 转子平衡实验 198

10.4.3 转子现场平衡 200

10.4.4 转子平衡精度 201

习题 201

知识拓展 探讨现代汽车动力性与舒适性 203

第11章 机械系统的动力学 204

11.1 机械系统的运转 205

11.1.1 机械系统的运转过程 205

11.1.2 机械工作中的力 206

11.2 机械系统的等效动力学模型与运动方程 207

11.2.1 等效动力学模型 207

11.2.2 机械系统运动方程 209

11.2.3 机械系统运动方程的求解 210

11.3 机械系统动力学设计 212

11.3.1 数控机床伺服电动机选型设计 212

11.3.2 风力发电机组的制动 214

11.3.3 机械速度波动的调节 216

习题 221

知识拓展 防抱死制动系统（ABS） 223

第12章 机械中的摩擦与自锁 225

12.1 机械效率与自锁 226

12.1.1 机械效率的表达方式 226

12.1.2 机械系统的效率 227

12.1.3 机械的自锁 228

12.2 机械中的摩擦 229

12.2.1 移动副的摩擦 230

12.2.2 螺旋副中的摩擦 232

12.2.3 转动副中的摩擦 234

12.3 机械中的摩擦与自锁设计 236

12.3.1 电动平移式板坯夹钳的摩擦与自锁设计 237

12.3.2 离合器与制动器 239

习题 241

知识拓展 离合器简介及其发展历程 243

参考文献 245