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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Fp36

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δ48

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Rr89

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Wk286

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