第1章 机构设计基础 2
1.1 简介 2
1.2 物理原理 3
1.2.1 机器效率 3
1.2.2 机械效益 3
1.2.3 速度比 3
1.3 斜面 4
1.4 滑轮系统 4
1.5 螺旋千斤顶 5
1.6 杠杆和机构 6
1.6.1 杠杆 6
1.6.2 绞盘、绞车和卷扬机 7
1.7 连杆机构 8
1.7.1 简单平面连杆机构 8
1.7.2 特殊连杆机构 9
1.7.3 直线生成连杆机构 10
1.7.4 旋转或直线连杆机构 11
1.8 专用连杆机构 13
1.9 齿轮和齿轮传动 15
1.9.1 简单的齿轮传动链 15
1.9.2 复合齿轮传动链 16
1.9.3 齿轮的分类 16
1.9.4 实用的齿轮装置 17
1.9.5 齿轮齿形 18
1.9.6 齿轮术语 18
1.9.7 齿轮动力学术语 19
1.10 滑轮和传动带 20
1.11 链轮和链条 20
1.12 凸轮机构 21
1.12.1 凸轮机构的分类 22
1.12.2 凸轮术语 24
1.13 离合机构 25
1.13.1 外部控制摩擦离合器 25
1.13.2 外部控制刚性离合器 25
1.13.3 内部控制离合器 25
1.14 常见的机械术语 27
第2章 运动控制系统 30
2.1 运动控制系统概述 30
2.2 运动控制术语 39
2.3 机械部件组成的专门运动控制系统 40
2.4 运动控制中的伺服电动机、步进电动机和驱动器 41
2.5 伺服系统的反馈传感器 50
2.6 电磁阀及其应用 57
第3章 固定和移动式机器人 62
3.1 机器人简介 62
3.1.1 机器人的定义 62
3.1.2 固定自主工业机器人 63
3.1.3 机器人历史 63
3.1.4 全球机器人市场 63
3.2 工业机器人 64
3.2.1 工业机器人的优点 65
3.2.2 工业机器人的特性 65
3.2.3 工业机器人的几何学 66
3.3 4种不同的ABB工业机器人 69
3.3.1 IRB 2400 70
3.3.2 IRB 6400RF 70
3.3.3 IRB 6640 70
3.3.4 IRB 7600 70
3.4 自主和半自主移动机器人 72
3.4.1 通信和控制的选项 72
3.4.2 可以侦察和检索的陆上移动机器人 72
3.4.3 可以搜索和探索的潜水移动机器人 72
3.4.4 可以搜索和摧毁的机器人飞机（无人机） 73
3.4.5 可以观察和报告的行星探测机器人 73
3.4.6 能模仿人类行为的实验室／科学机器人 73
3.4.7 可以递送和取回货物的商业机器人 73
3.4.8 清洁地板和修整草坪的消费机器人 73
3.4.9 一些娱乐或教育机器人 73
3.5 7种移动式自主和半自主机器人 74
3.5.1 两个探索火星六年的机器人 74
3.5.2 将取代勇气号和机遇号工作的机器人 75
3.5.3 应对民间紧急情况的爪式机器人 77
3.5.4 运送医疗用品的机器人 78
3.5.5 可以侦察和攻击敌人的远程操控军用飞机 79
3.5.6 搜寻水雷和障碍物的水下机器人 81
3.5.7 提供抗干扰手术和快速恢复的系统 82
3.6 机器人术语 83
3.7 改进的四肢机器人，一个更好的攀爬者 85
3.8 月球重力下六足机器人在网格上爬行 86
3.9 两个机器人控制另一个机器人穿越陡坡 87
3.10 跳跃时可操控的六足机器人 88
第4章 再生发电机构 92
4.1 可再生能源概述 92
4.1.1 核能：不可能成为主要再生能源 92
4.1.2 替代性可再生能源 93
4.1.3 基本负载和基本负载需求电厂 93
4.1.4 风车：早期可再生能源 93
4.1.5 风力发电机组：风车的后裔 94
4.1.6 风力涡轮机设置地点 96
4.1.7 聚光太阳能光热系统 97
4.1.8 抛物线式水槽镜太阳能设备 97
4.1.9 电塔太阳能光热设备 98
4.1.10 线性菲涅尔（LFR）反射热设备 99
4.1.11 抛物面斯特林太阳能光热设备 100
4.1.12 斯特林发动机工作原理 101
4.1.13 CST可再生能源的展望 102
4.1.14 水流动力的应用 102
4.1.15 潮汐发电 102
4.1.16 海浪动力发电 103
4.1.17 另一种机械的水力发电方案 103
4.1.18 可再生能源的相对成本 104
4.2 风动力叶轮发电机的术语 105
第5章 连杆驱动装置和机构 108
5.1 四连杆机构及其典型的工业应用 108
5.2 7种连杆运输机构 110
5.3 5种直线运动的连杆机构 113
5.4 12种伸展和收缩装置 115
5.5 4种不同运动的连杆机构 116
5.6 9种加速减速直线行程的连杆机构 117
5.7 12种放大短程运动的连杆机构 119
5.8 4种平行连杆机构 121
5.9 7种行程放大机构 121
5.10 9种力和行程的放大机构 123
5.11 微分连杆机构的18种结构形式 125
5.12 四连杆空间机构 127
5.13 7种流行的三维空间驱动机构 129
5.14 13种不同机构中肘节连杆的应用 134
5.15 铰接的连杆和扭转衬套使传动平稳起动 136
5.16 8种用于带离合器和制动器的连杆机构 137
5.17 具有最优力传递性能的曲柄摇杆机构的设计 139
5.18 四连杆角运动设计 142
5.19 曲线运动的进给机构 143
5.20 帮助设计替代四连杆机构的罗伯特法则 146
5.21 曲柄滑块机构 147
第6章 齿轮装置、驱动器和机构 150
6.1 齿轮和偏心圆盘在快速转位机构中的联合应用 150
6.2 能实现平滑的停止和运转、形状特殊的行星轮 151
6.3 控制泵行程的摆线齿轮机构 153
6.4 将旋转运动转换为直线运动的机构 154
6.5 双电动机行星齿轮机构提供两种速度并具有良好的安全性 154
6.6 转位和间歇机构 155
6.7 5种万向齿轮机构 158
6.8 受控的差动驱动 160
6.9 产生高效、高减速比传动的柔性面齿轮 161
6.10 紧凑的转动时序发生器 162
6.11 行星齿轮系 163
6.12 非圆齿轮 170
6.13 薄金属板齿轮、链轮、蜗杆和棘轮机构 174
6.14 齿轮变速装置 176
6.15 用于齿轮和离合器的转换机构 178
6.16 双蜗轮传动机构 180
6.17 螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮的设计 181
6.18 改进蜗轮啮合的机械加工方法 181
6.19 来自减速器的单向输出 183
6.20 齿轮传动五连杆机构的设计 184
6.21 设计摆线机构的方程 188
6.22 设计齿轮滑块机构的曲线和方程 191
第7章 凸轮、槽轮、棘轮驱动机构 196
7.1 凸轮控制的行星轮系 196
7.2 5种行程放大机构 197
7.3 凸轮曲线生成机构 198
7.4 凸轮机构的15个应用 204
7.5 特殊功能的凸轮 206
7.6 槽轮机构 208
7.7 改进的槽轮传动机构 212
7.8 间歇机构——外槽轮机构的运动学 214
7.9 间歇机构——内槽轮机构的运动学 217
7.10 新型转位星形轮机构挑战槽轮传动 220
7.11 棘齿变速传动机构 223
7.12 改进的棘轮机构 223
7.13 无齿棘轮机构 224
7.14 棘轮结构的分析 225
第8章 离合和制动装置 228
8.1 基本的机械离合器 228
8.2 弹簧缠绕的滑动离合器 230
8.3 控制滑动的概念使弹簧离合器获得新的应用 233
8.4 弹簧带夹紧来驱动超速离合器 234
8.5 滑动和双向离合器的组合来控制转矩 235
8.6 多功能滑动离合器 236
8.7 传递恒定转矩的行走压力盘 238
8.8 7种超速离合器 239
8.9 在单向离合器中受弹簧力作用的销辅助楔块机构 240
8.10 滚子离合器 240
8.11 超越离合器图例 241
8.12 超速离合器的10种应用 243
8.13 楔块型离合器的应用 245
8.14 用于精密设备的小型机械离合器 247
8.15 工位离合器的机构 249
8.16 电磁离合器和制动器的12种应用 251
第9章 锁紧、紧固、夹紧装置和机构 254
9.1 16种弹簧锁、肘节和触发机构 254
9.2 14种急动机构 256
9.3 远程控制锁紧机构 260
9.4 可伸缩固定器的插入、锁紧和轻松释放 261
9.5 自动释放载荷的抓钩 261
9.6 带有滚珠制动的快速释放锁紧销 262
9.7 转矩撤消时自动闸锁住起重机 262
9.8 牢固夹持物体的提升钳机构 263
9.9 垂直受力锁紧机构 263
9.10 快速释放装置 264
9.11 释放闩锁的形状记忆合金装置 265
9.12 圆环使进入适当位置的台式升降机夹紧 267
9.13 液压缸内的凸轮爪将板件夹紧 267
9.14 用于机床和固定设备上的快速作用夹具 268
9.15 靠摩擦力夹紧的装置 270
9.16 用于阻止机械运动的制动器 272
9.17 精确对齐可调整零件的夹紧装置 274
9.18 受弹簧力的卡盘和夹具 276
第10章 链条和带传动装置及机构 278
10.1 变速带和链传动 278
10.2 与混合带保持协调的配合 281
10.3 在不影响速比的情况下改变中心距 285
10.4 通过电动机的安装支点来控制张紧力 285
10.5 带有衬套的滚子链及其改进 286
10.6 滚子链的12种创新性应用 288
10.7 在链传动中减少跳动的机构 292
第11章 弹簧、螺纹装置和机构 296
11.1 平弹簧在机构中的应用 296
11.2 弹簧的12种应用方式 298
11.3 低转矩传动中的弹簧限位机构 300
11.4 弹簧马达及典型相关的机构 302
11.5 空气弹簧机构 304
11.6 靠弹簧获得变化率的机构 306
11.7 碟形弹簧 307
11.8 振动控制中的弹簧连杆机构 308
11.9 20种螺纹装置 309
11.10 应用螺纹机构的10种方式 312
11.11 7种特殊的螺纹装置 313
11.12 14种调整装置 314
11.13 长冲程、高分辨率线性驱动器 315
第12章 联轴器及其连接 318
12.1 平行轴的连接 318
12.2 用于偏心轴连接的新型连杆联轴器 319
12.3 圆盘和连杆联轴器简化了传动 320
12.4 当传递转矩时，内部锁紧空间框开始弯曲 321
12.5 偏心销消除了轴线不重合误差 323
12.6 万向联轴器以恒速沿45°角传递动力 324
12.7 10种万向联轴器 325
12.8 连接转轴的方法 327
12.9 连杆联轴器机构 331
12.10 10种不同的花键连接 332
12.11 14种把轴套固定到轴上的方法 334
12.12 多边形提供更好的连接 336
第13章 具有特定运动的装置、机构和机器 336
13.1 同步带、四连杆组成的平滑转位机构 340
13.2 转位和间歇机构 342
13.3 旋转运动转化为往复运动和歇停运动的机构 344
13.4 实现间歇旋转运动的摩擦装置 350
13.5 9种不同的球型直线导轨 352
13.6 滚珠丝杠将旋转运动转化成直线运动 354
13.7 改变直线运动方向的19种方法 355
13.8 可调节输出机构 359
13.9 换向机构 361
13.10 计算装置 362
13.11 机械动力放大器的6个应用 366
13.12 变速机械传动 369
13.13 变速摩擦传动装置 381
13.14 应用在单向传动装置中的弹簧、往复运动小齿轮和滑动球 383
13.15 18种不同的液体和真空泵 385
13.16 10种不同泵的设计讲解 389
13.17 泵类术语 392
13.18 无磨损电动-发电机具有更高的速度和更长的寿命 393
13.19 海水脱盐中的能量交换可以提高效率 394
13.20 二循环发动机提高了效率和性能 396
第14章 包装、运输、处理、安全方面的机构和机器 396
14.1 分类、供料和称量机构 398
14.2 切割机构 402
14.3 翻转机构 404
14.4 振动机构 404
14.5 7种基本的零件筛选机构 405
14.6 11种零件传送机构 406
14.7 7种自动传送机构 408
14.8 专用机床的传送机构 411
14.9 卷绕机的横向移动机构 415
14.10 真空拾取定位小球机构 417
14.11 黏贴来自料盒或滚筒的标签的标签机 417
14.12 高速黏合机 418
14.13 机器产生工作故障时的自动停机机构 424
14.14 电子自动停止机构 430
14.15 机器操作的自动安全机构 432
第15章 转矩、速度、张紧和限定控制系统 432
15.1 控制系统中差速卷筒的应用 436
15.2 如何防止反转 438
15.3 在印刷机进给中，卡钳制动器可以保持适当的张紧力 439
15.4 辅助离合器、制动器的传感器 439
15.5 防止构架超载的警报装置 440
15.6 钢缆张力的持续观察 440
15.7 转矩限制器用来保护轻载传动 441
15.8 防止过载的限制器 443
15.9 限制轴旋转的7种方法 446
15.10 控制拉力和速度的机械系统 448
15.11 控制张力的传动装置 452
15.12 机器中的限位开关 455
15.13 自动调速器 459
15.14 机构的速度控制装置 461
15.15 缆线制动系统限制下降速率 462
第16章 气动、液动、电动和电子驱动仪器及控制 462
16.1 气缸或液压缸驱动的机构 464
16.2 脚控制的制动系统 466
16.3 气动的15个应用 467
16.4 应用金属膈膜和膜盒的10种方式 469
16.5 差动变压器传感装置 471
16.6 高速计数器 473
16.7 永久磁铁的应用 474
16.8 电动锤机构 477
16.9 恒温机构 479
16.10 温度调节机构 483
16.11 光电控制 485
16.12 液面指示器和控制器 487
16.13 利用火药的动力产生即时的冲力 489
16.14 离心、气动、液压和电动的调速器 491
第17章 3D数字样机和仿真 496
17.1 3D数字样机和仿真简介 496
17.1.1 工程制图简史 496
17.1.2 从黑板到屏幕的过渡 497
17.1.3 CAD产品特点 498
17.1.4 3D数字模型与快速原型 498
17.1.5 2D图样继续发挥作用 499
17.1.6 3D数字样机软件中工具的功能 499
17.1.7 3D数字样机的文件类型 500
17.1.8 计算机辅助工程（CAE） 501
17.1.9 仿真软件 501
17.1.10 模拟应力分析 502
17.2 计算机辅助设计术语 503
第18章 快速原型 506
18.1 构建功能部件的快速原型 506
18.2 快速原型步骤 507
18.3 商业快速原型的选择 508
18.4 商业的增材RP（快速原型）工艺 509
18.5 去除法和R＆D实验室工艺 517
第19章 机械工程领域新的发展方向 522
19.1 微技术在机械工程中的作用 522
19.2 微机械为机械设计打开一个新领域 524
19.3 多级制造使复杂且多功能微机电系统（MEMS）成为可能 528
19.4 电子显微镜：微米和纳米技术的关键工具 529
19.5 微机电系统电子显微图像一览 532
19.6 微机电系统执行器——热力和静电 535
19.7 微机电系统芯片成为集成微控制系统 536
19.8 构成微机电系统的可选择材料 539
19.9 制造微小型部件可选择的一种LIGA方法 540
19.10 纳米技术在科学和工程中的应用 542
19.11 碳元素作为工程材料的前景 544
19.12 基于电介质静电力的纳米致动器 549
19.13 月球电动车——一种月球旅行新概念 551