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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