本書為高等院校智能制造人才培養(yǎng)系列教材之一,結(jié)合課程思政、工程教育專業(yè)認證等因素,主要講述機構(gòu)的組成與結(jié)構(gòu)分析、機構(gòu)運動學(xué)與機器動力學(xué),以及各種機器中常用機構(gòu)的運動、動力性能分析與設(shè)計等。除此之外,教材還闡述了機械工程的發(fā)展現(xiàn)狀及現(xiàn)代工業(yè)機器人機構(gòu),機械系統(tǒng)方案設(shè)計相關(guān)理論。教材突出工程應(yīng)用,加入了一定數(shù)量的案例分析,使讀者能夠在實際操作中加深對機械原理的理解和應(yīng)用。編寫過程中力求語言簡潔明了、邏輯清晰,同時配有豐富的圖表和實例,以幫助讀者更好地理解和掌握機械原理的知識。部分章節(jié)引入了最新的研究成果作為案例,拓展了閱讀資料。在習(xí)題編排上也突出了工程應(yīng)用。
徐明剛,北方工業(yè)大學(xué)教授,主要研究方向為高效復(fù)合加工技術(shù)、自動測控技術(shù)及非標數(shù)控裝備。中國機械工程學(xué)會會員、中國機械工程學(xué)會機械設(shè)計分會委員會委員、中國機械工程學(xué)會特種加工分會理事、中國醫(yī)藥衛(wèi)生文化協(xié)會醫(yī)工融合分會委員會委員,北京機械原理研究會常務(wù)理事。多年來一直承擔(dān)秋季學(xué)期《機械原理》課程的教學(xué)任務(wù),同時承擔(dān)春季學(xué)期《機械原理與機械設(shè)計課程設(shè)計》的教學(xué)任務(wù)以及《計算機輔助設(shè)計》課程的教學(xué)工作。教學(xué)過程積極展開教學(xué)方法的創(chuàng)新,全過程展開課程思政。主持《機械原理》校級課程建設(shè),主持教改重點項目一項。獲北京市高!皠(chuàng)想杯”多媒體課件制作與微課程大獎賽二等獎。
第1章 緒論 1
1.1 概述 2
1.2 機械原理的研究對象及內(nèi)容 3
1.2.1 機械原理的研究對象 3
1.2.2 機械原理的研究內(nèi)容 4
1.3 機械原理的學(xué)習(xí)方法 5
第2章 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 7
2.1 概述 8
2.2 機構(gòu)的組成及分類 8
2.2.1 構(gòu)件 8
2.2.2 運動副 9
2.2.3 運動鏈 12
2.2.4 機構(gòu) 13
2.3 機構(gòu)運動簡圖 14
2.3.1 機構(gòu)運動簡圖 14
2.3.2 機構(gòu)運動簡圖的繪制 15
2.4 機構(gòu)的運動確定性及其自由度計算 17
2.4.1 機構(gòu)具有確定運動的條件及最小阻力定律 17
2.4.2 平面機構(gòu)自由度的計算 18
2.4.3 計算機構(gòu)自由度時應(yīng)注意的事項 19
2.5 機構(gòu)的組成原理及結(jié)構(gòu)分析 23
2.5.1 平面機構(gòu)的高副低代 23
2.5.2 機構(gòu)的組成原理 24
2.5.3 機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析 26
2.6 平面低副機構(gòu)的型綜合 27
思考和練習(xí)題 28
第3章 平面機構(gòu)的運動分析 31
3.1 概述 32
3.2 平面運動基礎(chǔ)知識 32
3.3 瞬心法進行機構(gòu)速度分析 33
3.3.1 速度瞬心的求法 34
3.3.2 速度瞬心法在機構(gòu)運動分析中的應(yīng)用 37
3.4 圖解法進行機構(gòu)運動分析 38
3.4.1 同一構(gòu)件上兩點間的速度、加速度求解方法 38
3.4.2 組成移動副兩構(gòu)件的重合點間的速度、加速度求解方法 41
3.5 解析法進行機構(gòu)的運動分析 44
思考和練習(xí)題 46
第4章 平面機構(gòu)的力分析及機械效率和自鎖 48
4.1 概述 49
4.2 作用在機械上的力 49
4.2.1 作用在機構(gòu)上的力分類 49
4.2.2 機構(gòu)力分析的目的和方法 50
4.3 考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的靜力分析 50
4.3.1 移動副中摩擦力的確定 50
4.3.2 轉(zhuǎn)動副中摩擦力的確定 52
4.3.3 考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的靜力圖解分析 54
4.4 不考慮摩擦?xí)r機構(gòu)的動態(tài)靜力分析 55
4.4.1 構(gòu)件慣性力的確定 55
4.4.2 圖解法做機構(gòu)的動態(tài)靜力分析 57
4.4.3 解析法做機構(gòu)的動態(tài)靜力分析 59
4.5 機械效率 62
4.5.1 機械效率的計算 62
4.5.2 提高機械效率的措施 65
4.6 機械的自鎖 66
4.6.1 機械的自鎖現(xiàn)象及條件 66
4.6.2 機械自鎖條件的確定 67
思考和練習(xí)題 68
第5章 機械的運轉(zhuǎn)及速度波動調(diào)節(jié) 70
5.1 概述 71
5.1.1 本章 學(xué)習(xí)的目的和意義 71
5.1.2 機械運轉(zhuǎn)三個階段的功能關(guān)系 71
5.1.3 作用在機械上的驅(qū)動力和工作阻力 72
5.2 機械運動方程式的建立 73
5.2.1 機械運動方程式的一般表達式 73
5.2.2 機械系統(tǒng)的等效動力學(xué)模型 74
5.3 機械運動方程式的推演與求解 78
5.3.1 機械動力學(xué)方程的推演 78
5.3.2 已知力作用下機械運動方程式的求解 79
5.4 機械的速度波動及調(diào)節(jié) 81
5.4.1 周期性速度波動及調(diào)節(jié) 81
5.4.2 非周期性速度波動及調(diào)節(jié) 88
思考和練習(xí)題 89
第6章 機械的平衡 90
6.1 概述 91
6.1.1 機械平衡的目的 91
6.1.2 機械平衡的內(nèi)容及分類 91
6.2 剛性轉(zhuǎn)子的平衡設(shè)計 92
6.2.1 靜平衡設(shè)計 92
6.2.2 動平衡設(shè)計 94
6.3 剛性轉(zhuǎn)子的平衡試驗及平衡精度 95
6.3.1 靜平衡試驗 96
6.3.2 動平衡實驗 96
6.3.3 轉(zhuǎn)子的平衡精度 97
6.4 平面機構(gòu)的平衡簡介 98
6.4.1 完全平衡 99
6.4.2 部分平衡 101
思考和練習(xí)題 102
第7章 連桿機構(gòu)及其設(shè)計 104
7.1 概述 105
7.2 平面連桿機構(gòu)的類型及應(yīng)用 107
7.2.1 平面四桿機構(gòu)的演化方法 107
7.2.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的基本類型及應(yīng)用 111
7.3 平面四桿機構(gòu)的基本特性 117
7.3.1 鉸鏈四桿機構(gòu)的急回運動 117
7.3.2 鉸鏈四桿機構(gòu)的傳力特性 119
7.3.3 鉸鏈四桿機構(gòu)的運動連續(xù)性 121
7.3.4 演化形式四桿機構(gòu)的特性分析 122
7.4 平面四桿機構(gòu)的設(shè)計 123
7.4.1 連桿機構(gòu)設(shè)計的基本問題 123
7.4.2 用圖解法設(shè)計四桿機構(gòu) 124
7.5 空間連桿機構(gòu)簡介 130
思考和練習(xí)題 131
第8章 凸輪機構(gòu)及其設(shè)計 133
8.1 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用、分類和選型 134
8.1.1 凸輪機構(gòu)的應(yīng)用 134
8.1.2 凸輪機構(gòu)的分類 135
8.2 從動件的運動規(guī)律及其選擇 137
8.2.1 從動件常用的運動規(guī)律 137
8.2.2 組合運動規(guī)律 143
8.2.3 從動件運動規(guī)律的選擇 145
8.3 凸輪輪廓曲線的設(shè)計 145
8.3.1 凸輪廓線設(shè)計的基本原理 145
8.3.2 用圖解法設(shè)計凸輪的輪廓曲線 146
8.3.3 用解析法設(shè)計凸輪的輪廓曲線 150
8.4 凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定 152
8.4.1 凸輪機構(gòu)的傳力特性和凸輪機構(gòu)的壓力角 153
8.4.2 凸輪基圓半徑的確定 154
8.4.3 滾子從動件滾子半徑的選擇和平底推桿平底尺寸的確定 155
思考和練習(xí)題 157
第9章 齒輪機構(gòu) 158
9.1 概述 159
9.2 齒廓嚙合基本定律和齒廓曲線 162
9.2.1 齒廓嚙合基本定律及共軛齒廓 162
9.2.2 漸開線齒廓及其嚙合特點 164
9.3 漸開線標準直齒圓柱齒輪的基本參數(shù)和幾何尺寸 166
9.3.1 齒輪各部分的名稱和符號 166
9.3.2 漸開線齒輪的基本參數(shù) 167
9.3.3 漸開線齒輪各部分的幾何尺寸 169
9.3.4 內(nèi)齒輪和齒條 170
9.4 漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動 171
9.4.1 正確嚙合條件 171
9.4.2 標準中心距及嚙合角 171
9.4.3 連續(xù)傳動條件與重合度 172
9.5 漸開線齒輪的加工原理 174
9.5.1 齒廓切制的方法 174
9.5.2 展成法加工齒輪的原理及根切 174
9.6 漸開線變位齒輪 177
9.6.1 變位齒輪的概念 177
9.6.2 避免發(fā)生根切的最小變位系數(shù) 179
9.6.3 變位齒輪的幾何尺寸 179
9.7 斜齒圓柱齒輪傳動 181
9.7.1 斜齒輪的齒廓曲面的形成與嚙合特點 181
9.7.2 斜齒輪的基本參數(shù)與幾何尺寸計算 182
9.7.3 一對斜齒輪的嚙合傳動 184
9.7.4 斜齒輪的當量齒輪與當量齒數(shù) 185
9.7.5 斜齒輪傳動的主要優(yōu)缺點 185
9.8 直齒錐齒輪傳動 186
9.8.1 錐齒輪傳動概述 186
9.8.2 圓錐齒輪齒廓的形成 187
9.8.3 直齒錐齒輪的背錐及當量齒輪 187
9.8.4 直齒錐齒輪嚙合傳動及幾何尺寸計算 189
9.9 蝸輪蝸桿傳動 190
9.9.1 蝸輪蝸桿傳動及其特點 190
9.9.2 蝸輪蝸桿正確嚙合的條件 191
9.9.3 蝸輪蝸桿傳動的主要參數(shù)及幾何尺寸 192
9.10 齒輪機構(gòu)設(shè)計應(yīng)用實例 193
9.10.1 齒輪傳動的類型及其選擇 193
9.10.2 變位齒輪傳動的設(shè)計步驟 194
9.10.3 齒輪機構(gòu)設(shè)計應(yīng)用實例 195
文獻閱讀指南 196
思考和練習(xí)題 196
第10章 齒輪系 198
10.1 概述 199
10.1.1 定軸輪系 199
10.1.2 周轉(zhuǎn)輪系 199
10.1.3 復(fù)合輪系 200
10.2 定軸輪系傳動比 201
10.2.1 傳動比大小的計算 201
10.2.2 首、末輪轉(zhuǎn)向關(guān)系的確定 201
10.3 周轉(zhuǎn)輪系傳動比 203
10.3.1 周轉(zhuǎn)輪系傳動比計算的基本思路 203
10.3.2 周轉(zhuǎn)輪系傳動比計算方法 204
10.4 復(fù)合輪系傳動比 206
10.5 輪系的功用 208
10.5.1 實現(xiàn)相距較遠的兩軸之間的傳動 208
10.5.2 實現(xiàn)大速比傳動 209
10.5.3 實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的大功率傳動 209
10.5.4 實現(xiàn)分路傳動 210
10.5.5 實現(xiàn)變速傳動 210
10.5.6 實現(xiàn)換向傳動 210
10.5.7 實現(xiàn)運動的合成與分解 211
10.6 行星輪系效率 212
10.7 行星輪系設(shè)計 215
10.7.1 行星輪系類型的選擇 215
10.7.2 行星輪系中各輪齒數(shù)的確定 216
10.8 其他新型行星齒輪傳動介紹 218
10.8.1 漸開線少齒差行星傳動 218
10.8.2 擺線針輪傳動及RV減速器 220
10.8.3 諧波齒輪傳動 220
文獻閱讀指南 222
思考和練習(xí)題 222
第11章 其他常用機構(gòu) 224
11.1 概述 225
11.2 間歇運動機構(gòu) 225
11.2.1 棘輪機構(gòu)的組成和分類 225
11.2.2 棘輪機構(gòu)主要參數(shù) 227
11.2.3 棘輪機構(gòu)的應(yīng)用 228
11.2.4 槽輪機構(gòu) 230
11.2.5 不完全齒輪機構(gòu) 232
11.2.6 凸輪間歇運動機構(gòu) 233
11.2.7 其他間歇運動機構(gòu) 234
11.3 組合機構(gòu) 237
11.3.1 齒輪-凸輪組合機構(gòu) 237
11.3.2 聯(lián)動凸輪-連桿組合機構(gòu) 239
11.3.3 凸輪-連桿組合機構(gòu) 239
11.3.4 齒輪-連桿組合機構(gòu) 240
11.3.5 行星輪-槽輪組合機構(gòu) 241
11.4 工業(yè)機器人機構(gòu) 242
11.4.1 機器人機構(gòu)簡介 242
11.4.2 工業(yè)機器人機構(gòu)的類型和特點 242
11.5 其他機構(gòu)簡介 247
思考和練習(xí)題 248
第12章 機械系統(tǒng)方案設(shè)計 250
12.1 機械系統(tǒng)方案設(shè)計概述 251
12.2 工作原理擬定 253
12.3 原動機選型 254
12.4 機構(gòu)的選型和組合 256
12.4.1 機構(gòu)選型的要求 257
12.4.2 機構(gòu)的組合 257
12.5 機械系統(tǒng)方案評價與決策 259
12.5.1 機械系統(tǒng)方案評價的評價目標 259
12.5.2 機械系統(tǒng)方案評價的原則 259
12.5.3 評價方法和步驟 260
12.5.4 機械運動方案的評價指標 260
12.6 機械創(chuàng)新設(shè)計 261
12.6.1 機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的原則 261
12.6.2 機構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的方法 262
思考和練習(xí)題 263
參考文獻 264