第4篇機構

第1章機構分析的常用方法4-3

1機構的自由度分析4-3

1.1常用術語的概念4-3

1.2機構的運動簡圖和機動示意圖4-4

1.3機構的自由度分析4-9

1.3.1平面機構自由度分析4-9

1.3.2單封閉環(huán)空間機構自由度的計算4-10

1.3.3多閉環(huán)空間機構及開環(huán)機構的自由度的計算4-14

1.3.4空間機構自由度計算例題4-14

1.4平面機構的結構分析4-15

2平面機構的運動分析4-17

2.1機構的位置和構件上某點的軌跡分析4-18

2.2機構的速度與加速度分析4-18

2.2.1矢量圖解法4-18

2.2.2解析法4-24

2.2.3瞬心法4-24

2.3高副機構的運動分析4-29

2.3.1用高副低代法求解4-29

2.3.2用高副機構直接求解4-30

3平面機構的受力分析4-32

3.1桿組靜定條件和構件慣性力的計算4-33

3.2運動副中摩擦力的計算4-34

3.3機構的受力分析4-35

3.3.1圖解計算法4-35

3.3.2用速度杠桿法求平衡力Fp4-36

3.3.3機構動態(tài)靜力分析的解析法4-36

3.4慣性力的平衡4-38

3.4.1具有不規(guī)則形狀的旋轉構件平衡重力的確定4-39

3.4.2平面機構的平衡4-39

4單自由度機器的動力分析4-43

4.1機器的運動過程和運動方程式4-43

4.2機器運動方程的求解4-43

4.3機器周期性速度波動的調節(jié)和飛輪設計4-43

4.3.1機器主軸的平均角速度m與速度不均勻系數(shù)4-48

4.3.2飛輪設計4-48

4.4機械效率的計算4-50

第2章基本機構的設計4-52

1平面連桿機構4-52

1.1四桿機構的結構型式4-52

1.2按傳動角設計四桿機構4-52

1.2.1按最小傳動角具有最大值的條件設計曲柄搖桿機構4-53

1.2.2按最小傳動角設計行程速比系數(shù)k=1（12=180）的曲柄搖桿機構4-54

1.2.3按最小傳動角具有最大值的條件設計偏置曲柄-滑塊機構4-55

1.2.4根據(jù)最小傳動角設計雙曲柄機構4-55

1.3按照輸入桿與輸出桿位置關系設計四桿機構4-56

1.3.1幾何法4-56

1.3.2分析法4-60

1.3.3實驗法4-63

1.4按照連桿位置及連桿點位置綜合鉸鏈四桿機構4-63

1.4.1已知連桿三個位置綜合鉸鏈四桿機構4-63

1.4.2已知連桿四個位置綜合鉸鏈四桿機構4-64

1.4.3圓點曲線及圓心曲線4-65

1.4.4已知連桿上點的位置綜合鉸鏈四桿機構4-65

1.4.5軌跡綜合4-67

1.4.6相當機構及其應用4-70

1.4.7直線運動機構4-70

2瞬心線機構及互包絡線機構4-71

2.1瞬心線機構的工作特點及設計計算的一般原理4-71

2.2非圓齒輪節(jié)線設計4-73

2.2.1再現(xiàn)一個給定自變量的函數(shù)的非圓齒輪節(jié)線設計4-73

2.2.2偏心圓齒輪與非圓齒輪共軛4-75

2.2.3橢圓-卵形齒輪及卵形齒輪傳動4-77

2.3互包絡線機構的工作特點4-79

2.4互包絡線機構的設計4-80

3凸輪機構4-83

3.1凸輪機構的術語及一般設計步驟4-83

3.2凸輪機構的基本型式及封閉方式4-85

3.3凸輪機構的壓力角4-88

3.4基圓半徑Rb，圓柱凸輪最小半徑Rmin和滾子半徑Rr4-89

3.4.1基圓半徑Rb對凸輪機構的影響4-89

3.4.2確定基圓半徑Rb，Rmin的方法4-89

3.4.3滾子半徑Rr的確定4-92

3.5從動件運動規(guī)律及其方程式4-93

3.5.1從動件運動規(guī)律4-93

3.5.2基本運動規(guī)律的參數(shù)曲線4-95

3.5.3常用組合運動規(guī)律方程式應用4-97

3.6滾子從動件凸輪工作輪廓的設計4-103

3.6.1作圖法4-103

3.6.2解析法4-105

3.7平底從動件盤形凸輪工作輪廓的設計4-111

3.8圓弧凸輪工作輪廓的設計4-114

3.8.1單圓弧凸輪（偏心輪）4-114

3.8.2多圓弧凸輪4-114

3.9凸輪及滾子結構，材料，強度，精度，表面粗糙度及工作圖4-116

3.9.1凸輪及滾子結構4-116

3.9.2常用材料4-119

3.9.3強度校核及許用應力4-119

3.9.4凸輪精度及表面粗糙度4-120

3.9.5凸輪工作圖4-120

4分度凸輪機構4-122

4.1分度凸輪機構的性能及其運動參數(shù)4-122

4.2弧面（滾子齒式）分度凸輪機構4-122

4.2.1基本結構和工作原理4-122

4.2.2弧面分度凸輪機構的主要運動參數(shù)和幾何尺寸4-124

4.2.3弧面分度凸輪的工作曲面設計及其實例計算4-126

4.2.4弧面分度凸輪機構的動力學計算4-129

4.2.5弧面分度凸輪機構主要零件的材料，熱處理與技術要求4-131

4.2.6弧面分度凸輪機構的結構設計要點4-131

4.2.7弧面分度凸輪機構的主要零部件圖實例4-131

4.2.8弧面凸輪分度箱4-133

4.3圓柱分度凸輪機構4-135

4.3.1工作原理和主要類型4-135

4.3.2圓柱分度凸輪機構的主要運動參數(shù)和幾何尺寸4-135

4.3.3圓柱分度凸輪的工作輪廓設計4-138

4.3.4圓柱分度凸輪機構主要零件的材料，技術要求及結構設計要點4-138

4.3.5圓柱分度凸輪輪廓曲面展開為平面矩形時的設計計算4-139

4.4共軛（平行）分度凸輪機構4-140

4.4.1基本結構和工作原理4-140

4.4.2共軛分度凸輪機構的主要運動參數(shù)和幾何尺寸4-140

4.4.3用作圖法繪制凸輪的理論廓線和工作廓線4-144

4.4.4共軛盤形分度凸輪機構凸輪廓線的解析法計算4-145

4.4.5共軛（平行）凸輪分度箱4-147

5棘輪機構，槽輪機構，不完全齒輪機構和針輪機構4-148

5.1棘輪機構4-148

5.1.1常用形式4-148

5.1.2設計要點4-149

5.2槽輪機構4-150

5.2.1工作原理及形式4-150

5.2.2槽輪機構的幾何尺寸和主要運動參數(shù)的計算（均布徑向槽）4-152

5.2.3槽輪機構的動力性能4-155

5.3不完全齒輪機構4-156

5.3.1基本形式與嚙合特性4-156

5.3.2設計參數(shù)的計算4-158

5.3.3不完全齒輪機構的設計計算公式及工作圖4-161

5.4針輪機構4-163

5.4.1針輪機構的主要類型和特點4-163

5.4.2針輪機構的設計計算4-164

6斜面機構與螺旋機構4-165

6.1斜面機構的特性指標與計算公式4-165

6.2螺旋機構4-167

6.2.1螺旋機構的特性指標4-168

6.2.2螺旋機構傳動型式4-168

6.3參數(shù)選擇4-169

7往復油（汽）缸機構的運動設計4-169

7.1參數(shù)計算4-169

7.2參數(shù)選擇4-170

7.3運動設計4-171

第3章組合機構的分析與設計4-173

1基本機構的主要組合型式4-173

2凸輪連桿組合機構4-174

2.1固定凸輪連桿組合機構4-174

2.2轉動凸輪連桿組合機構4-176

2.3聯(lián)動凸輪連桿組合機構4-179

3齒輪連桿組合機構4-179

3.1行星輪系與Ⅱ級桿組的組合機構4-179

3.2四桿機構與周轉輪系的組合機構4-182

3.3五桿機構與齒輪機構的組合機構4-187

4凸輪齒輪組合機構4-190

4.1輸出件實現(xiàn)周期性變速運動的凸輪齒輪組合機構4-190

4.2實現(xiàn)軌跡要求的凸輪齒輪組合機構4-192

4.3輸出件實現(xiàn)周期性停歇的凸輪齒輪組合機構4-193

5具有撓性件的組合機構4-194

5.1同步帶連桿組合機構4-194

5.2差動式帶，鏈連桿組合機構4-194

第4章機構參考圖例4-196

1勻速轉動機構4-196

1.1定傳動比勻速轉動機構4-196

1.2有級變速機構4-201

1.3無級變速機構4-203

2非勻速轉動機構4-204

3往復運動機構4-206

4急回機構4-214

5行程放大機構4-216

6可調行程機構4-218

7間歇運動機構4-221

8超越止動及單向機構4-227

9換向機構4-229

10差動補償機構4-232

11氣，液驅動機構4-235

12增力及夾持機構4-239

13實現(xiàn)預期軌跡的機構4-244

14安全保險，制動裝置4-250

15定位聯(lián)鎖機構4-255

16伸縮機構4-257

17振動機構4-260

參考文獻4-264

第5篇機械產(chǎn)品結構設計

第1章機械結構設計概念5-3

1機械結構設計的內容，應滿足的要求和基本條件5-3

2機械零件的自由度分析滿足運動要求的結構設計準則5-4

2.1機械零件的自由度5-4

2.2自由度分析在支承件設計中的應用5-5

2.3自由度分析在連接件設計中的應用5-6

2.4運用自由度方法設計有綜合運動方式的組合結構5-7

3機械結構方案設計的技巧5-9

3.1利用形態(tài)變換的方法制定結構方案5-9

3.2由機械結構中的相互關系變換制定結構方案5-10

3.3結構方案設計實例5-11

4結構方案的選擇和評價5-13

4.1評價的標準5-13

4.2機械產(chǎn)品的技術經(jīng)濟評價5-14

4.3改變功能原理設計新結構5-16

4.4采用優(yōu)化設計方法尋求最優(yōu)方案5-16

第2章提高強度，剛度和延長疲勞壽命的設計準則5-19

1機械結構合理受力準則5-19

2提高靜強度的結構設計準則5-22

2.1增大截面系數(shù)W或Wk5-22

2.2采用空心軸提高強度或剛度5-22

2.3用拉壓代替彎曲5-23

2.4避免懸臂梁伸出過長5-24

2.5等強度設計準則5-24

2.6彈性強化和塑性強化準則5-25

3提高疲勞強度的結構設計準則5-25

3.1降低應力集中準則5-26

3.2改善表面狀況準則5-29

3.3采用表面處理提高疲勞強度準則5-30

3.4降低應力幅準則5-30

4提高接觸強度的設計準則5-31

4.1加大接觸部分的綜合曲率半徑5-31

4.2以面接觸代替點線接觸5-31

4.3合理采用材料和熱處理5-32

4.4提高抗沖擊強度的結構設計準則5-33

5提高剛度的結構設計準則5-35

5.1選擇彈性模量較高的材料5-35

5.2用拉，壓代替彎曲的準則5-35

5.3合理布置支持準則5-37

5.4合理確定肋的形狀和尺寸5-37

5.5用預變形提高剛度減小工作變形準則5-38

5.6提高機械零件接觸面的接觸剛度準則5-39

第3章提高耐磨性的結構設計準則5-40

1降低摩擦面壓強準則5-40

1.1降低摩擦面壓強的途徑5-40

1.2避免局部劇烈磨損準則5-40

1.3自動調節(jié)與補償準則5-41

2局部更換易損零件準則5-41

3潤滑設計降低磨損準則5-42

第4章提高抗腐蝕性的結構設計5-43

1常見的腐蝕分類5-43

2在腐蝕工作條件下材料的選用5-43

2.1大氣腐蝕5-43

2.2淡水中的腐蝕率5-44

2.3海水中的腐蝕率5-44

3提高抗腐蝕能力的機械結構5-44

4用覆蓋保護層減輕或避免腐蝕5-47

第5章提高精度的結構設計準則5-48

1阿貝（Abbe）原則被測尺寸與讀數(shù)尺共線準則5-48

2誤差補償準則5-49

3傳動機構誤差傳遞準則5-51

4誤差均化原理采用多點接觸提高精度準則5-52

5誤差合理配制準則5-53

6消除空回準則5-54

7選擇適當?shù)牟牧蠝蕜t5-55

第6章符合人機工程學的設準則5-56

1基于人體形態(tài)學的設計準則5-56

1.1工作系統(tǒng)設計的人類工效學原則5-56

1.2我國人體尺寸（GB/T 100001988）5-56

1.2.1我國各區(qū)人體尺寸數(shù)據(jù)特點5-56

1.2.2人體主要尺寸5-56

1.3在產(chǎn)品設計中應用人體尺寸百分位數(shù)的選擇（GB/T 129851991）5-58

1.4用于機械安全的人類工效學設計5-59

1.4.1全身進入機械的開口尺寸確定原則5-59

1.4.2人體局部進入機械的開口尺寸確定5-60

1.5人體尺寸（摘自GB/T 18717.32002）5-62

1.5.1工作空間人體尺寸（GB/T 135671992）5-63

1.5.2坐姿人體尺寸5-64

1.5.3跪姿，俯臥姿，爬姿人體尺寸5-65

1.5.4使用人體尺寸數(shù)據(jù)注意事項5-66

1.6人體模板設計5-66

1.6.1二維坐姿人體模板功能設計要求（GB/T 147791993）5-66

1.6.2四個身高等級的模板尺寸5-68

2工作崗位尺寸設計（摘自GB/T 147761991）5-71

2.1在生產(chǎn)區(qū)域內工作崗位尺寸的人類工效學設計原則及其數(shù)值5-71

2.2術語和符號5-71

2.3工作崗位尺寸5-72

2.3.1與作業(yè)無關的工作崗位尺寸5-72

2.3.2與作業(yè)有關的工作崗位尺寸5-72

2.4坐姿工作崗位和坐立姿交替工作崗位尺寸設計舉例5-74

3工作座椅工效學設計（摘自GB/T 147741993）5-76

3.1工作座椅的基本要求5-76

3.2工作座椅的主要參數(shù)5-77

4操縱器的工效學設計準則（摘自GB/T 147751993）5-78

4.1操縱器的操縱依托支點要求5-82

4.2體力搬運質量限值（GB/T 123301990）5-83

5基于人體感覺器官要求的設計準則5-83

5.1滿足視覺要求的設計準則5-83

5.2滿足聽覺要求的設計準則5-85

5.3滿足觸覺要求的設計準則5-86

6按美學造型要求的人機學設計準則5-86

第7章避免或減少對人損害的結構設計準則5-88

1機械結構設計的安全準則5-88

1.1人機隔離準則5-88

1.2避免人體各部位擠壓的最小間距（摘自GB/T 12665.31997）5-90

1.3避免誤操作造成傷害準則5-91

1.4安全標志與警告類標志5-91

2減小機械噪聲的結構設計準則5-92

2.1噪聲的限制值5-92

2.2減小噪聲的設計準則5-93

2.3減小機械零件噪聲的結構設計5-94

第8章綠色設計5-95

1綠色設計及產(chǎn)品綠色設計常用關鍵技術5-95

2綠色設計的材料選擇5-95

3拆卸回收，快速方便，零件完好率高的產(chǎn)品綠色設計5-96

4節(jié)能的綠色產(chǎn)品設計5-97

5綠色設計舉例5-97

6具有創(chuàng)新的兩例5-98

6.1新型非零變位錐齒輪傳動5-98

6.2擺動活齒減速帶輪5-100