机械设计手册 第6版 单行本 机构设计
作者：闻邦椿编者
出版时间：2020年版
内容简介
《机械设计手册》 第 6 版 单行本共 26 分册, 内容涵盖机械常规设计、机电一体化设计与机电控制、 现代设计方法及其应用等内容, 具有系统全面、 信息量大、 内容现代、 突显创新、 实用可靠、 简明便查、 便于携带和翻阅等特色。 各分册分别为: 《常用设计资料和数据》 《 机械制图与机械零部件精度设计》 《机械零部件结构设计》 《 连接与紧固》 《 带传动和链传动 摩擦轮传动与螺旋传动》 《 齿轮传动》 《 减速器和变速器》 《 机构设计》 《轴 弹簧》 《滚动轴承》 《联轴器、 离合器与制动器》 《 起重运输机械零部件和操作件》 《机架、 箱体与导轨》 《润滑 密封》 《气压传动与控制》 《机电一体化技术及设计》 《机电系统控制》 《机器人与机器人装备》 《数控技术》 《微机电系统及设计》 《机械系统概念设计》 《 机械系统的振动设计及噪声控制》 《疲劳强度设计 机械可靠性设计》 《 数字化设计》 《工业设计与人机工程》 《智能设计 仿生机械设计》 。
本单行本为 《机构设计》 , 主要介绍机构的基本概念和分析方法, 连杆机构设计, 共轭曲线机构设计, 凸轮机构设计, 棘轮机构、 槽轮机构和不 齿轮机构设计, 组合机构, 并联机构的设计与应用, 柔顺机构设计, 机构选型, 机构创新设计, 机构系统方案设计等内容。本书供从事机械设计、 制造、 维修及有关工程技术人员作为工具书使用, 也可供大专院校的有关专业师生使用和参考。
目录
第 1 章 机构的基本概念和分析方法
1 与机构相关的常用名词术语 ……………… 11-3
2 运动副及其分类 …………………………… 11-3
3 机构运动简图 ……………………………… 11-4
3. 1 机构运动简图的定义及符号 ………… 11-4
3. 2 机构运动简图的绘制 ………………… 11-17
4 机构的自由度 ……………………………… 11-18
4. 1 平面机构的自由度 …………………… 11-18
4. 2 空间机构的自由度 …………………… 11-21
4. 2. 1 单闭环空间机构 ………………… 11-21
4. 2. 2 多闭环空间机构 ………………… 11-21
5 平面机构的结构分析 ……………………… 11-24
5. 1 高副替换成低副 ……………………… 11-24
5. 2 杆组及其分类 ………………………… 11-25
5. 3 平面机构级别的判定 ………………… 11-26
6 平面机构的运动分析 ……………………… 11-28
6. 1 Ⅱ级机构的运动分析 ………………… 11-28
6. 2 机构的运动分析 ………………… 11-32
7 平面机构的动态静力分析 ………………… 11-35
7. 1 机械工作过程中所受的力 …………… 11-36
7. 2 Ⅱ级机构的动态静力分析 …………… 11-36
8 平面机构的动力学分析 …………………… 11-39
8. 1 机械系统的等效 ……………………… 11-40
8. 2 飞轮设计 ……………………………… 11-44
8. 3 刚性转子的平衡 ……………………… 11-48
8. 4 平面机构的平衡 ……………………… 11-50
第 2 章 连杆机构设计
1 平面四杆机构的应用和基本形式 ………… 11-52
1. 1 平面连杆机构的特点和应用 ………… 11-52
1. 2 平面四杆机构的基本形式及其曲柄
存在条件 ……………………………… 11-52
1. 3 平面四杆机构的基本特性 …………… 11-53
1. 4 平面四杆机构应用举例 ……………… 11-55
2 平面连杆机构的运动分析 ………………… 11-56
2. 1 速度瞬心法运动分析 ………………… 11-56
2. 2 常用平面四杆机构的解析法运动
分析公式 ……………………………… 11-59
2. 3 杆组法运动分析 ……………………… 11-60
3 平面连杆机构设计 ………………………… 11-68
3. 1 平面连杆机构设计的基本问题 ……… 11-68
3. 2 刚体导引机构设计 …………………… 11-69
3. 3 函数机构设计 ………………………… 11-72
3. 4 轨迹机构设计 ………………………… 11-79
4 气液动连杆机构 …………………………… 11-81
4. 1 气液动连杆机构的特点和基本形式 …… 11-81
4. 2 气液动连杆机构位置参数的计算 …… 11-81
4. 3 气液动连杆机构运动参数和动力
参数的计算 …………………………… 11-83
4. 4 气液动连杆机构的设计 ……………… 11-83
5 空间连杆机构 ……………………………… 11-84
5. 1 空间连杆机构的特点和应用 ………… 11-84
5. 2 空间四杆机构的设计 ………………… 11-84
第 3 章 共轭曲线机构设计
1 基本概念 …………………………………… 11-88
2 定速比传动的共轭曲线机构设计 ………… 11-88
2. 1 坐标转换 ……………………………… 11-88
2. 2 共轭曲线的求法 ……………………… 11-88
2. 2. 1 应用包络法求共轭曲线 ………… 11-88
2. 2. 2 应用齿廓法线法求共轭曲线 …… 11-90
2. 2. 3 应用卡姆士定理求一对共轭
曲线 ……………………………… 11-90
2. 2. 4 设计实例 ………………………… 11-91
2. 3 过渡曲线 ……………………………… 11-91
2. 4 共轭曲线的曲率半径及其关系 ……… 11-93
2. 5 啮合角、 压力角、 滑动系数和
Ⅻ 目 录
重合度 ………………………………… 11-95
2. 6 啮合界限点的干涉界限点 …………… 11-96
3 变速比传动的非圆齿轮设计 ……………… 11-97
3. 1 非圆齿轮瞬心线计算的一般方法 …… 11-97
3. 2 非圆齿轮设计计算和切齿计算 ……… 11-98
3. 3 椭圆齿轮 …………………………… 11-100
3. 3. 1 一对全等的椭圆齿轮传动……… 11-100
3. 3. 2 卵形齿轮传动…………………… 11-102
3. 4 偏心圆齿轮 ………………………… 11-106
3. 4. 1 一对全等的偏心圆齿轮传动…… 11-106
3. 4. 2 偏心圆齿轮与非圆齿轮传动…… 11-106
第 4 章 凸轮机构设计
1 概述 ……………………………………… 11-111
1. 1 凸轮机构的基本类型 ……………… 11-112
1. 1. 1 平面凸轮机构的基本类型和
特点……………………………… 11-112
1. 1. 2 空间凸轮机构的基本类型和
特点……………………………… 11-112
1. 2 凸轮机构的封闭方式 ……………… 11-113
1. 3 凸轮机构的一般设计步骤 ………… 11-115
2 从动件的运动规律 ……………………… 11-115
2. 1 一般概念 …………………………… 11-115
2. 1. 1 从动件的运动类型……………… 11-115
2. 1. 2 无因次运动参数………………… 11-116
2. 1. 3 运动规律特性值………………… 11-117
2. 1. 4 高速凸轮机构判断方法………… 11-117
2. 2 多项式运动规律 …………………… 11-117
2. 2. 1 多项式的一般形式及其求解
方法……………………………… 11-117
2. 2. 2 典型边界条件下多项式的通用
公式……………………………… 11-118
2. 3 组合运动规律 ……………………… 11-118
2. 4 数值微分法求速度和加速度 ……… 11-120
2. 5 运动规律选择原则 ………………… 11-126
3 凸轮机构的压力角、 凸轮的基圆半径和
小曲率半径 …………………………… 11-128
3. 1 压力角 ……………………………… 11-128
3. 2 凸轮轮廓的基圆半径 ……………… 11-131
3. 3 凸轮轮廓的曲率半径 ……………… 11-131
3. 3. 1 滚子从动件凸轮轮廓的曲率
半径……………………………… 11-131
3. 3. 2 平底从动件凸轮轮廓的曲率
半径……………………………… 11-132
4 盘形凸轮轮廓的设计 …………………… 11-133
4. 1 作图法 ……………………………… 11-133
4. 2 解析法 ……………………………… 11-134
4. 2. 1 滚子从动件盘形凸轮…………… 11-134
4. 2. 2 平底从动件盘形凸轮…………… 11-134
5 空间凸轮设计 …………………………… 11-136
6 凸轮和滚子的结构、 材料、 强度、 精度和
工作图 …………………………………… 11-137
6. 1 凸轮和滚子的结构 ………………… 11-137
6. 1. 1 凸轮结构举例…………………… 11-137
6. 1. 2 滚子结构举例…………………… 11-137
6. 2 凸轮副常见的失效形式 …………… 11-137
6. 3 凸轮和从动件的常用材料 ………… 11-139
6. 4 延长凸轮副使用寿命的方法 ……… 11-140
6. 5 凸轮机构的强度计算 ……………… 11-140
6. 6 凸轮精度及表面粗糙度 …………… 11-140
6. 7 凸轮工作图 ………………………… 11-141
第 5 章 棘轮机构、 槽轮机构和
不 齿轮机构设计
1 棘轮机构设计 …………………………… 11-143
2 槽轮机构设计 …………………………… 11-146
3 不 齿轮机构设计 …………………… 11-152
第 6 章 组 合 机 构
1 组合机构的主要结构型式及其特性 …… 11-161
1. 1 组合机构的主要结构型式 ………… 11-161
1. 2 组合机构的运动特性 ……………… 11-161
2 齿轮-连杆机构 …………………………… 11-168
2. 1 获得近似等速往复运动规律的齿轮连杆机构 …………………………… 11-169
2. 2 获得大摆角的齿轮-连杆机构 ……… 11-169
2. 3 获得近似停歇运动的齿轮-连杆
机构 ………………………………… 11-170
2. 3. 1 行星轮系-连杆机构 …………… 11-170
2. 3. 2 齿轮-曲柄摇杆机构 …………… 11-171
2. 4 近似实现给定轨迹的齿轮-连杆
机构 ………………………………… 11-173
3 凸轮-连杆机构 …………………………… 11-174
3. 1 实现特定运动规律的凸轮-连杆
机构 ………………………………… 11-174
3. 2 实现特定运动轨迹的凸轮-连杆
机构 ………………………………… 11-175
3. 3 联动凸轮-连杆机构 ………………… 11-175
4 齿轮-凸轮机构 …………………………… 11-177
4. 1 实现特定运动规律的齿轮-凸轮
机构 ………………………………… 11-177
4. 2 实现特定运动轨迹的齿轮-凸轮
目 录 ?
机构 ………………………………… 11-178
5 其他形式的组合机构 …………………… 11-179
5. 1 具有挠性件的组合机构 …………… 11-179
5. 1. 1 同步带-连杆机构 ……………… 11-179
5. 1. 2 杆-绳-凸轮机构 ………………… 11-179
5. 2 大型折展机构中的连杆-连杆组合
机构 ………………………………… 11-180
第 7 章 并联机构的设计与应用
1 并联机构的研究现状和发展趋势 ……… 11-182
2 并联机构的自由度分析 ………………… 11-183
2. 1 自由度的一般计算公式 …………… 11-183
2. 2 自由度的计算举例 ………………… 11-183
3 并联机构的性能评价指标 ……………… 11-184
3. 1 雅可比矩阵 ………………………… 11-184
3. 2 奇异位形 …………………………… 11-185
3. 3 工作空间 …………………………… 11-185
4 并联机构的运动学分析 ………………… 11-186
4. 1 并联机构的位置分析 ……………… 11-186
4. 2 运动学逆解 ………………………… 11-187
4. 3 运动学正解 ………………………… 11-188
5 并联机构的动力学分析 ………………… 11-188
5. 1 拉格朗日动力学方程 ……………… 11-188
5. 2 并联机器人动力学分析实例 ……… 11-189
6 并联机构的应用 ………………………… 11-190
第 8 章 柔顺机构设计
1 柔顺机构简介 …………………………… 11-203
1. 1 柔顺机构的概念 …………………… 11-203
1. 2 柔顺机构的特点 …………………… 11-203
1. 3 柔顺机构的分类 …………………… 11-203
1. 4 产生柔性的基本方法 ……………… 11-204
1. 5 柔顺机构术语与简图 ……………… 11-205
1. 5. 1 术语……………………………… 11-205
1. 5. 2 简图……………………………… 11-205
2 柔顺机构相关的基本概念 ……………… 11-206
2. 1 线性与非线性变形 ………………… 11-206
2. 2 刚度与强度 ………………………… 11-206
2. 3 柔度 ………………………………… 11-207
2. 4 位移与力载荷 ……………………… 11-207
3 典型的柔顺单元与机构 ………………… 11-208
4 柔顺机构的建模与分析方法 …………… 11-210
4. 1 柔顺机构的自由度计算 …………… 11-210
4. 1. 1 段的自由度计算………………… 11-210
4. 1. 2 柔顺段连接类型………………… 11-210
4. 1. 3 柔顺机构总自由度计算………… 11-211
4. 2 柔顺机构的频率特性分析 ………… 11-211
4. 3 小变形分析 ………………………… 11-212
4. 4 大变形分析 ………………………… 11-214
4. 5 基于伪刚体模型的建模方法 ……… 11-215
4. 5. 1 短臂柔铰………………………… 11-215
4. 5. 2 其他各种情况下梁的伪刚体
模型……………………………… 11-216
4. 5. 3 利用伪刚体模型对柔性机构
建模分析………………………… 11-220
5 柔顺机构的综合与设计方法 …………… 11-221
5. 1 转换刚体综合 ……………………… 11-221
5. 1. 1 Hoeken 直线机构综合 ………… 11-221
5. 1. 2 通过封闭环方程设计综合……… 11-222
5. 2 柔顺综合 …………………………… 11-224
5. 2. 1 附加方程和未知量……………… 11-224
5. 2. 2 方程的耦合……………………… 11-225
5. 2. 3 设计约束………………………… 11-225
5. 2. 4 θ0
= θj的特殊情况 ……………… 11-226
5. 3 柔顺机构的拓扑优化设计 ………… 11-228
第 9 章 机 构 选 型
1 概述 ……………………………………… 11-231
2 匀速转动机构 …………………………… 11-231
2. 1 定传动比转动机构 ………………… 11-231
2. 2 可变传动比转动机构 ……………… 11-236
3 非匀速转动机构 ………………………… 11-240
3. 1 非圆齿轮机构 ……………………… 11-240
3. 2 双曲柄四杆机构 …………………… 11-241
3. 3 转动导杆机构 ……………………… 11-241
3. 4 组合机构 …………………………… 11-242
4 往复运动机构 …………………………… 11-244
4. 1 曲柄摇杆往复运动机构 …………… 11-244
4. 2 双摇杆往复运动机构 ……………… 11-245
4. 3 滑块往复移动机构 ………………… 11-245
4. 4 凸轮式往复运动机构 ……………… 11-248
4. 5 齿轮式往复运动机构 ……………… 11-250
5 行程放大和可调行程机构 ……………… 11-250
5. 1 行程放大机构 ……………………… 11-250
5. 2 可调行程机构 ……………………… 11-253
6 间歇运动机构 …………………………… 11-258
6. 1 间歇转动机构 ……………………… 11-258
6. 2 间歇摆动机构 ……………………… 11-263
6. 3 间歇移动机构 ……………………… 11-263
7 换向、 单向机构 ………………………… 11-267
8 差动机构 ………………………………… 11-270
8. 1 差动螺旋机构 ……………………… 11-270
? 目 录
8. 2 差动棘轮和差动齿轮机构 ………… 11-271
8. 3 差动连杆机构 ……………………… 11-271
8. 4 差动滑轮机构 ……………………… 11-274
9 实现预期轨迹的机构 …………………… 11-274
9. 1 直线机构 …………………………… 1-274
9. 2 特殊曲线绘制机构 ………………… 11-277
9. 3 工艺轨迹结构 ……………………… 11-277
10 气、 液驱动连杆机构 …………………… 11-281
11 增力和夹持机构 ………………………… 11-283
12 伸缩机构和装置 ………………………… 11-285
13 间隙消除装置 …………………………… 11-287
14 过载保险置 …………………………… 11-291
15 定位机构和联锁装置 …………………… 11-294
16 机械自适应机构 ………………………… 11-297
16. 1 变机架机构 ………………………… 11-297
16. 2 欠驱动机构 ………………………… 11-297
16. 3 变胞机构 …………………………… 11-297
第 10 章 机构创新设计
1 机构创新设计概述 ……………………… 11-301
2 机构创新设计方法 ……………………… 11-301
2. 1 机构的组合 ………………………… 11-301
2. 2 机构的演化与变异 ………………… 11-301
2. 2. 1 机架的变换与演化……………… 11-301
2. 2. 2 运动副的变异与演化…………… 11-303
2. 2. 3 构件的变异与演化……………… 11-305
2. 3 机构运动链的再生 ………………… 11-306
2. 3. 1 原始机构的选择与分析………… 11-306
2. 3. 2 一般化运动链…………………… 11-307
2. 3. 3 运动链的连杆类配……………… 11-308
3 机构创新设计案例分析 ………………… 11-308
3. 1 案例 1 摩托车尾部悬挂装置的
创新设计 …………………………… 11-308
3. 2 案例 2 飞剪机剪切机构的创新
设计 ………………………………… 11-310
3. 3 案例 3 折展机构的创新设计 ……… 11-313
第 11 章 机构系统方案设计
1 机构系统方案设计的基本知识 ………… 11-319
1. 1 机构系统方案设计的主要步骤 …… 11-319
1. 2 机构系统方案设计的原则 ………… 11-319
2 机构系统的协调设计与运动循环图 …… 11-320
2. 1 机构系统的工艺动作设计 ………… 11-320
2. 2 机构系统的集成设计 ……………… 11-320
2. 3 机构系统的协调设计 ……………… 11-320
2. 4 机构系统的运动循环图 …………… 11-321
3 机构系统方案设计过程 ………………… 11-322
3. 1 运动方案构思与拟定的步骤 ……… 11-322
3. 2 总功能分析 ………………………… 11-322
3. 3 功能分解 …………………………… 11-323
3. 4 机构的选择 ………………………… 11-323
3. 4. 1 按运动形式选择机构…………… 11-323
3. 4. 2 按运动转换基本功能选择
机构……………………………… 11-323
3. 4. 3 按执行机构的功能选择机构…… 11-328
3. 4. 4 按不同的动力源形式选择
机构……………………………… 11-328
3. 4. 5 机构选型时应考虑的主要
条件……………………………… 11-328
3. 5 机械执行机构的协调设计 ………… 11-328
3. 5. 1 各执行机构的动作在时间和
空间上协调配合………………… 11-328
3. 5. 2 各执行机构运动速度的协调
配合……………………………… 11-328
3. 5. 3 多个执行机构完成一个执行
动作时, 执行机构运动的协
调配合…………………………… 11-329
3. 5. 4 机构系统运动循环图…………… 11-329
3. 6 形态学矩阵及运动方案示意图 …… 11-329
3. 6. 1 传动链的运动转换功能图……… 11-329
3. 6. 2 四工位专用机床的形态学
矩阵……………………………… 11-329
3. 6. 3 四工位专用机床的运动
示意图…………………………… 11-329
3. 7 机构的尺度综合 …………………… 11-330
3. 8 机构系统运动简图 ………………… 11-330
4 机构系统方案设计实例 ………………… 11-331
4. 1 纹版自动冲孔机的方案设计 ……… 11-331
4. 1. 1 设计任务与总功能分析………… 11-331
4. 1. 2 纹版冲孔机的功能分解………… 11-331
4. 1. 3 纹版自动冲孔机的功能原理…… 11-331
4. 1. 4 纹版自动冲孔机的运动
循环图…………………………… 11-332
4. 1. 5 纹版自动冲孔机的运动方案
设计……………………………… 11-333
4. 2 冰淇淋自动包装机的方案设计 …… 11-333
4. 2. 1 设计任务与总功能分析………… 11-333
4. 2. 2 冰淇淋自动包装机的功能
分解……………………………… 11-334
4. 2. 3 冰淇淋自动包装机的功能
原理……………………………… 11-334
4. 2. 4 冰淇淋自动包装机的运动
目 录 ?
循环图…………………………… 11-335
4. 2. 5 冰淇淋自动包装机的运动
方案设计………………………… 11-336
4. 3 产品包装生产线的方案设计 ……… 11-336
4. 3. 1 设计任务与总功能分析………… 11-336
4. 3. 2 绘制包装生产线初始机械运动
循环图…………………………… 11-336
4. 3. 3 机械运动传递路径规划………… 11-338
4. 3. 4 机械运动功能系统图…………… 11-338
4. 3. 5 机械系统运动方案……………… 11-339
4. 3. 6 实际机械运动循环图…………… 11-340
参考文献 …………………………………… 11-341
