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第一篇 基本机构及常用机构的运动学设计1

第1章 绪论1

1.1机械原理的研究对象和研究内容1

1.1.1机械原理的研究对象1

1.1.2机械原理课程的主要内容2

1.2机械原理课程的地位和作用3

1.2.1机械原理课程的地位3

1.2.2机械原理课程的作用4

1.3机械原理课程的学习目的和方法4

1.3.1机械原理课程学习目的4

1.3.2机械原理课程学习方法4

第2章 机构的结构分析与综合6

2.1机构的组成及运动简图6

2.1.1构件与运动副6

2.1.2运动链和机构8

2.1.3平面机构运动简图9

2.2机构的自由度计算及机构运动确定条件15

2.2.1平面机构的自由度15

2.2.2机构具有确定运动的条件15

2.2.3计算平面机构自由度时应注意的事项16

2.3机构的高副低代、结构分析和组成原理21

2.3.1平面机构的高副低代21

2.3.2平面机构的结构分析22

2.3.3平面机构的组成原理25

2.4拓展阅读：Mobility Analysis of Spatial Mechanism25

习题27

第3章 平面连杆机构及其设计31

3.1平面连杆机构的类型和应用31

3.1.1平面连杆机构的特点31

3.1.2平面四杆机构的基本类型31

3.1.3平面四杆机构的演化34

3.2平面连杆机构的运动特性和传力特性37

3.2.1平面四杆机构有曲柄的条件37

3.2.2急回特性和行程速度变化系数38

3.2.3平面四杆机构的压力角和传动角40

3.2.4平面四杆机构的死点位置42

3.2.5平面四杆机构的运动连续性43

3.3平面连杆机构的运动功能和设计要求44

3.3.1平面连杆机构的运动功能44

3.3.2平面连杆机构的设计要求及设计方法45

3.4刚体导引机构的设计46

3.4.1几何法设计导引机构的基本原理46

3.4.2实现连杆两个位置的平面四杆机构的设计48

3.4.3实现连杆三个位置的平面四杆机构的设计49

3.5函数生成机构的设计50

3.5.1机构的刚化反转法及相对转动极点50

3.5.2实现两连架杆两组对应位置的铰链四杆机构的设计51

3.5.3实现两连架杆三组对应位置的铰链四杆机构的设计52

3.5.4实现连架杆两对应位置的曲柄滑块机构的设计52

3.6急回机构的设计53

3.6.1几何法53

3.6.2解析法55

3.7轨迹机构的设计56

3.7.1连杆曲线图谱法设计轨迹机构56

3.7.2解析法设计轨迹机构57

3.8用速度瞬心法进行平面机构的速度分析58

3.8.1平面机构运动分析的目的和方法58

3.8.2速度瞬心的概念和种类58

3.8.3速度瞬心位置的确定59

3.8.4速度瞬心法在平面机构速度分析中的应用60

3.8.5速度瞬心法的优缺点61

3.9用相对运动图解法进行机构的运动分析62

3.9.1同一构件上两点间的速度和加速度的关系62

3.9.2组成移动副两构件的重合点间的速度和加速度的关系65

3.10用复数矢量法进行机构的运动分析67

3.10.1铰链四杆机构的运动分析67

3.10.2曲柄滑块机构的运动分析69

3.10.3导杆机构的运动分析70

3.11平面连杆机构的计算机辅助设计71

3.11.1杆组法子程序的设计71

3.11.2杆组法子程序在运动分析中的应用79

3.11.3输出数据的检验81

3.12拓展阅读：Linkages of More Than Four Bars81

3.12.1Geared Fivebar Linkages81

3.12.2 Six bar Linkages82

3.12.3 Grashof-Type Rotatability Criteria for Higher- Order Linkages83

3.12.4 Cognates84

习题88

第4章 凸轮机构及其设计93

4.1凸轮机构的应用和分类93

4.1.1凸轮机构的组成和应用93

4.1.2凸轮机构的分类95

4.1.3凸轮机构的特点98

4.2从动件的运动规律99

4.2.1凸轮机构的基本名词术语99

4.2.2从动件的运动规律100

4.2.3从动件运动规律的组合107

4.2.4从动件运动规律的设计108

4.3图解法设计凸轮廓线109

4.3.1凸轮机构的反转法原理110

4.3.2直动从动件盘形凸轮廓线的设计111

4.3.3摆动从动件盘形凸轮廓线的设计113

4.3.4圆柱凸轮廓线的设计115

4.4解析法设计凸轮廓线116

4.4.1直动滚子从动件盘形凸轮廓线的设计116

4.4.2直动平底从动件盘形凸轮廓线的设计118

4.4.3摆动滚子从动件盘形凸轮廓线的设计118

4.4.4摆动平底从动件盘形凸轮廓线的设计119

4.4.5刀具中心轨迹的坐标计算120

4.5凸轮机构的压力角及基本尺寸的设计121

4.5.1凸轮机构的压力角121

4.5.2凸轮机构基本尺寸的设计125

4.6拓展阅读：Computer-aided Design of Cam Mechanisms129

习题132

第5章 齿轮机构及其设计136

5.1齿轮机构的特点和类型136

5.1.1平面齿轮机构136

5.1.2空间齿轮机构138

5.2齿廓啮合基本定律及渐开线齿形139

5.2.1齿廓啮合基本定律139

5.2.2渐开线齿廓及其特点140

5.3渐开线标准直齿圆柱齿轮的基本参数和尺寸计算143

5.3.1外齿轮143

5.3.2内齿轮145

5.3.3齿条146

5.4渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动147

5.4.1渐开线齿轮传动的特性147

5.4.2渐开线齿轮传动的正确啮合条件148

5.4.3渐开线齿轮连续传动的条件149

5.4.4标准中心距和安装中心距152

5.4.5渐开线齿轮与齿条的啮合特点153

5.5渐开线齿轮的加工原理154

5.5.1仿形法154

5.5.2范成法155

5.5.3标准齿条型刀具157

5.5.4标准齿条型刀具加工标准齿轮158

5.5.5渐开线齿廓的根切及不发生根切的最少齿数158

5.6渐开线变位齿轮的啮合传动160

5.6.1变位齿轮的概念160

5.6.2变位齿轮的几何尺寸计算161

5.6.3变位齿轮的传动类型165

5.7平行轴斜齿圆柱齿轮机构166

5.7.1斜齿圆柱齿轮齿面的形成及啮合特点166

5.7.2斜齿圆柱齿轮的标准参数及基本尺寸168

5.7.3斜齿圆柱齿轮的正确啮合条件170

5.7.4斜齿圆柱齿轮传动的重合度170

5.7.5斜齿圆柱齿轮的当量齿数171

5.7.6斜齿圆柱齿轮的变位和几何尺寸的计算172

5.7.7斜齿圆柱齿轮机构的特点及应用173

5.8蜗杆蜗轮机构174

5.8.1蜗杆蜗轮的形成174

5.8.2蜗杆蜗轮机构的标准参数及正确啮合条件175

5.8.3蜗杆蜗轮机构的基本参数和尺寸计算176

5.8.4蜗杆蜗轮机构的变位178

5.8.5蜗杆蜗轮机构的特点及应用178

5.9直齿圆锥齿轮机构179

5.9.1圆锥齿轮机构的特点179

5.9.2直齿圆锥齿轮齿廓的形成179

5.9.3背锥与当量齿轮180

5.9.4直齿圆锥齿轮的基本参数及啮合特点181

5.9.5直齿圆锥齿轮的几何尺寸计算182

5.10拓展阅读：Crossed Helical Gear Mechanism184

5.10.1 Crossed Helical Gears184

5.10.2 Efficiency of Crossed Helical Gears187

5.10.3 Example189

习题189

第6章 轮系及其设计193

6.1轮系的类型193

6.1.1定轴轮系193

6.1.2周转轮系194

6.1.3复合轮系195

6.2定轴轮系的传动比计算196

6.2.1传动比大小的计算196

6.2.2主、从动轮的转向关系196

6.3周转轮系的传动比计算199

6.3.1周转轮系传动比计算的基本思路199

6.3.2周转轮系传动比的计算200

6.3.3周转轮系传动比计算的注意事项200

6.4复合轮系的传动比计算202

6.4.1复合轮系传动比的计算方法202

6.4.2复合轮系的传动比计算举例203

6.5轮系的设计205

6.5.1定轴轮系的设计205

6.5.2周转轮系的设计207

6.6轮系的功能211

6.6.1实现大传动比传动211

6.6.2实现变速与换向传动212

6.6.3实现分路传动212

6.6.4实现运动的合成与分解213

6.6.5利用行星轮输出的复杂运动实现某些特殊功能215

6.7拓展阅读：Efficiency of Planeta Gear Trains215

习题218

第7章 间歇运动机构221

7.1槽轮机构221

7.1.1槽轮机构的组成和工作原理221

7.1.2槽轮机构的类型221

7.1.3槽轮机构的特点和应用223

7.1.4槽轮机构的设计223

7.1.5槽轮机构的动力特性225

7.2棘轮机构226

7.2.1棘轮机构的组成和工作原理226

7.2.2棘轮机构的类型和特点227

7.2.3棘轮机构的设计229

7.3凸轮式间歇运动机构231

7.3.1凸轮式间歇运动机构的组成和工作原理231

7.3.2凸轮式间歇运动机构的特点和应用232

7.4不完全齿轮机构232

7.4.1不完全齿轮机构的组成、工作特点及类型232

7.4.2不完全齿轮机构的设计要点233

7.5间歇运动机构设计的共性问题234

习题235

第8章 其他常用机构236

8.1万向联轴节236

8.1.1单万向联轴节236

8.1.2双万向联轴节237

8.2螺旋机构239

8.2.1螺旋机构的组成和传动特点239

8.2.2螺旋机构的特点及应用239

8.2.3滚动螺旋传动241

8.3组合机构241

8.3.1组合机构的基本概念242

8.3.2组合机构的分类242

8.3.3组合机构的设计244

8.3.4组合机构的应用253

习题253

第二篇 机械的动力学设计256

第9章 平面机构的力分析256

9.1平面机构力分析的目的和方法256

9.1.1机构力分析的目的256

9.1.2机构力分析的方法257

9.2构件的惯性力257

9.2.1做平面复杂运动的构件258

9.2.2做平面移动的构件258

9.2.3绕定轴转动的构件258

9.3不考虑摩擦的机构动态静力分析259

9.3.1用图解法进行机构的动态静力分析259

9.3.2用解析法进行机构的动态静力分析260

9.4考虑摩擦的机构动态静力分析263

9.4.1运动副中的摩擦力263

9.4.2用图解法进行机构的动态静力分析269

9.4.3用解析法进行机构的动态静力分析271

9.5拓展阅读：Dynamic Analysis of the Slider-crank Mechanism272

9.5.1 Equivalent Inertia272

9.5.2 Approximate Dynamic Analysis Equations273

习题274

第10章 机械的效率和自锁279

10.1机械效率279

10.1.1机械效率的表达形式279

10.1.2机械效率的计算280

10.2机械的自锁283

10.2.1运动副的自锁283

10.2.2机械的自锁284

10.3提高机械效率的途径285

10.4拓展阅读：Design of Self-locking Mechanisms286

习题287

第11章 机械的运转及其速度波动的调节290

11.1作用在机械上的力及机械的运转过程290

11.1.1作用在机械上的力290

11.1.2机械的运转过程292

11.2机械系统的等效动力学模型294

11.2.1研究机械系统运转过程的方法294

11.2.2等效转动惯量、等效质量、等效力矩、等效力的求解294

11.3机械系统运动方程及求解298

11.3.1等效构件的运动方程298

11.3.2运动方程的求解299

11.4周期性速度波动的调节302

11.4.1周期性变速稳定运转过程中的功能关系302

11.4.2机械运转速度不均匀系数303

11.4.3周期性变速稳定运转速度波动的调节305

11.5非周期性速度波动的调节309

11.5.1非周期性速度波动产生的原因309

11.5.2非周期性速度波动的调节方法309

11.6拓展阅读：Flywheel Design310

习题314

第12章 机械的平衡319

12.1机械平衡的目的与分类319

12.1.1机械平衡的目的319

12.1.2机械平衡的分类319

12.1.3机械平衡的方法320

12.2刚性转子的平衡设计320

12.2.1刚性转子的静平衡设计320

12.2.2刚性转子的动平衡设计324

12.3刚性转子的平衡试验327

12.3.1刚性转子的静平衡试验327

12.3.2刚性转子的动平衡试验327

12.3.3转子的平衡精度329

12.4挠性转子的平衡331

12.4.1挠性转子及其变形331

12.4.2挠性转子的平衡原理及平衡方法331

12.5平面机构的平衡设计332

12.5.1平面机构惯性力的平衡条件332

12.5.2机构总惯性力的完全平衡332

12.5.3机构总惯性力的部分平衡337

习题339

第三篇 执行机构系统的方案设计及现代机构系统342

第13章 执行机构系统的方案设计342

13.1执行机构系统方案设计的一般流程342

13.2功能分析与功能求解345

13.2.1功能分析345

13.2.2功能元求解346

13.3执行机构系统的功能原理设计348

13.3.1功能原理的构思和选择348

13.3.2功能原理的创造性设计方法349

13.4执行机构的型综合351

13.4.1执行机构型综合的基本原则351

13.4.2机构的选型354

13.4.3机构的构型357

13.5执行机构系统的协调设计359

13.5.1执行机构系统协调设计的要求360

13.5.2机械运动循环图设计361

13.5.3机械运动循环图的设计步骤与方法364

13.5.4机械运动循环图的作用369

13.6机械运动方案设计实例369

13.6.1总功能分析370

13.6.2自动成型机的功能分解371

13.6.3自动成型机的运动转换功能图371

13.6.4自动成型机的形态学矩阵372

13.6.5自动成型机的运动循环图373

13.6.6自动成型机的运动示意图373

习题375

第14章 现代机构系统377

14.1机构学的发展及现代机构特征377

14.1.1机构学的发展377

14.1.2现代机构的特征377

14.2现代机构学的分支378

14.2.1广义机构378

14.2.2可控机构380

14.2.3变胞机构384

14.2.4柔顺机构388

14.3拓展阅读：Parallel Manipulators for Robot393

14.3.1 Functional Requirements393

14.3.2 Structural Characteristics394

14.3.3 Enumeration of Planar Parallel Manipulators395

14.3.4 Enumeration of Spherical Parallel Manipulators396

14.3.5 Enumeration of Spatial Parallel Manipulators397

附录A机械原理重要名词术语中英文对照表402

参考文献410