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（？12＝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 常用形式 148
5.1.2 设计要点 149
5.2 槽轮机构 150
5.2.1 工作原理及形式 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 基本形式与啮合特性 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
第5篇 机械产品结构设计 265
第1章 机械结构设计概念 267
1 机械结构设计的内容、应满足的要求和基本条件 267
2 机械零件的自由度分析——满足运动要求的结构设计准则 268
2.1 机械零件的自由度 268
2.2 自由度分析在支承件设计中的应用 269
2.3 自由度分析在连接件设计中的应用 270
2.4 运用自由度方法设计有综合运动方式的组合结构 271
3 机械结构方案设计的技巧 273
3.1 利用形态变换的方法制定结构方案 273
3.2 由机械结构中的相互关系变换制定结构方案 274
3.3 结构方案设计实例 275
4 结构方案的选择和评价 277
4.1 评价的标准 277
4.2 机械产品的技术经济评价 278
4.3 改变功能原理设计新结构 280
4.4 采用优化设计方法寻求最优方案 280
第2章 提高强度、刚度和延长疲劳寿命的设计准则 283
1 机械结构合理受力准则 283
2 提高静强度的结构设计准则 286
2.1 增大截面系数W或Wk 286
2.2 采用空心轴提高强度或刚度 286
2.3 用拉压代替弯曲 287
2.4 避免悬臂梁伸出过长 288
2.5 等强度设计准则 288
2.6 弹性强化和塑性强化准则 289
3 提高疲劳强度的结构设计准则 289
3.1 降低应力集中准则 290
3.2 改善表面状况准则 293
3.3 采用表面处理提高疲劳强度准则 294
3.4 降低应力幅准则 294
4 提高接触强度的设计准则 295
4.1 加大接触部分的综合曲率半径 295
4.2 以面接触代替点线接触 295
4.3 合理采用材料和热处理 296
4.4 提高抗冲击强度的结构设计准则 297
5 提高刚度的结构设计准则 299
5.1 选择弹性模量较高的材料 299
5.2 用拉、压代替弯曲的准则 299
5.3 合理布置支持准则 301
5.4 合理确定肋的形状和尺寸 301
5.5 用预变形提高刚度减小工作变形准则 302
5.6 提高机械零件接触面的接触刚度准则 303
第3章 提高耐磨性的结构设计准则 304
1 降低摩擦面压强准则 304
1.1 降低摩擦面压强的途径 304
1.2 避免局部剧烈磨损准则 304
1.3 自动调节与补偿准则 305
2 局部更换易损零件准则 305
3 润滑设计降低磨损准则 306
第4章 提高抗腐蚀性的结构设计 307
1 常见的腐蚀分类 307
2 在腐蚀工作条件下材料的选用 307
2.1 大气腐蚀 307
2.2 淡水中的腐蚀率 308
2.3 海水中的腐蚀率 308
3 提高抗腐蚀能力的机械结构 308
4 用覆盖保护层减轻或避免腐蚀 311
第5章 提高精度的结构设计准则 312
1 阿贝（Abbe）原则——被测尺寸与读数尺共线准则 312
2 误差补偿准则 313
3 传动机构误差传递准则 315
4 误差均化原理——采用多点接触提高精度准则 316
5 误差合理配制准则 317
6 消除空回准则 318
7 选择适当的材料准则 319
第6章 符合人机工程学的设计准则 320
1 基于人体形态学的设计准则 320
1.1 工作系统设计的人类工效学原则 320
1.2 我国人体尺寸（GB/T 10000—1988） 320
1.2.1 我国各区人体尺寸数据特点 320
1.2.2 人体主要尺寸 320
1.3 在产品设计中应用人体尺寸百分位数的选择（GB/T12985—1991） 322
1.4 用于机械安全的人类工效学设计 323
1.4.1 全身进入机械的开口尺寸确定原则 323
1.4.2 人体局部进入机械的开口尺寸确定 324
1.5 人体尺寸（摘自GB/T18717.3—2002） 326
1.5.1 工作空间人体尺寸（GB/T13567—1992） 327
1.5.2 坐姿人体尺寸 328
1.5.3 跪姿、俯卧姿、爬姿人体尺寸 329
1.5.4 使用人体尺寸数据注意事项 330
1.6 人体模板设计 330
1.6.1 二维坐姿人体模板功能设计要求（GB/T14779—1993） 330
1.6.2 四个身高等级的模板尺寸 332
2 工作岗位尺寸设计（摘自GB/T14776—1991） 335
2.1 在生产区域内工作岗位尺寸的人类工效学设计原则及其数值 335
2.2 术语和符号 335
2.3 工作岗位尺寸 336
2.3.1 与作业无关的工作岗位尺寸 336
2.3.2 与作业有关的工作岗位尺寸 336
2.4 坐姿工作岗位和坐立姿交替工作岗位尺寸设计举例 338
3 工作座椅工效学设计（摘自GB/T14774—1993） 340
3.1 工作座椅的基本要求 340
3.2 工作座椅的主要参数 341
4 操纵器的工效学设计准则（摘自GB/T14775—1993） 342
4.1 操纵器的操纵依托支点要求 346
4.2 体力搬运质量限值（GB/T12330—1990） 347
5 基于人体感觉器官要求的设计准则 347
5.1 满足视觉要求的设计准则 347
5.2 满足听觉要求的设计准则 349
5.3 满足触觉要求的设计准则 350
6 按美学造型要求的人机学设计准则 350
第7章 避免或减少对人损害的结构设计准则 352
1 机械结构设计的安全准则 352
1.1 人机隔离准则 352
1.2 避免人体各部位挤压的最小间距（摘自GB/T12665.3—1997） 354
1.3 避免误操作造成伤害准则 355
1.4 安全标志与警告类标志 355
2 减小机械噪声的结构设计准则 356
2.1 噪声的限制值 356
2.2 减小噪声的设计准则 357
2.3 减小机械零件噪声的结构设计 358
第8章 绿色设计 359
1 绿色设计及产品绿色设计常用关键技术 359
2 绿色设计的材料选择 359
3 拆卸回收、快速方便、零件完好率高的产品绿色设计 360
4 节能的绿色产品设计 361
5 绿色设计举例 361
6 具有创新的两例 362
6.1 新型非零变位锥齿轮传动 362
6.2 摆动活齿减速带轮 364