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1 绪论1

1.1 机械、机器与机构1

1.2 设计机器的基本要求与流程1

1.3 机械原理的基本内容1

1.3.1 平面机构的组成分析2

1.3.2 平面机构的运动分析2

1.3.3 平面机构的受力分析2

1.3.4 平面机构的摩擦力分析2

1.3.5 机器的动力分析2

1.3.6 常用机构的设计2

1.3.7 机械无级变速机构的传动分析2

1.3.8 工业机器人机构学基础2

1.4 学习本课程的目的3

1.5 学习本课程的方法3

2 平面机构的组成分析4

2.1 概述4

2.2 平面机构的组成分析4

2.2.1 构件4

2.2.2 运动副4

2.2.3 运动链5

2.2.4 机构5

2.3 平面机构的运动简图6

2.4 平面机构的自由度9

2.5 计算平面机构自由度的注意事项10

2.5.1 局部自由度11

2.5.2 虚约束11

2.5.3 复合铰链11

2.6 平面机构的组成原理与结构分析12

2.6.1 平面机构的组成原理12

2.6.2 平面机构的结构分析13

2.7 平面机构的高副低代14

习题16

3 平面机构的运动分析19

3.1 概述19

3.2 平面机构运动分析的图解法19

3.2.1 速度瞬心法19

3.2.2 矢量方程图解法21

3.3 平面机构运动分析的解析法26

习题31

4 平面机构的力分析33

4.1 概述33

4.2 平面机构静力分析的图解法33

4.3 计入运动副中摩擦的机构受力分析37

4.4 平面机构的动态静力分析43

4.4.1 平面机构动态静力分析的图解法43

4.4.2 平面机构动态静力分析的解析法45

习题49

5 平面连杆机构及其设计53

5.1 概述53

5.2 平面四杆机构的基本型式及其演化53

5.2.1 平面四杆机构的基本型式53

5.2.2 平面四杆机构的演化53

5.3 平面四杆机构的基本概念与传动特征56

5.3.1 平面四杆机构曲柄存在的条件56

5.3.2 平面四杆机构的极限位置与急回特性57

5.3.3 压力角、传动角与死点位置58

5.4 按行程速比系数设计平面四杆机构59

5.4.1 曲柄摇杆机构的作图法设计59

5.4.2 曲柄滑块机构的作图法设计60

5.5 平面四杆机构的解析法设计61

5.5.1 按许用传动角设计曲柄摇杆机构61

5.5.2 刚体导引四杆机构的解析法设计63

5.5.3 函数生成四杆机构的解析法设计65

5.5.4 轨迹生成四杆机构的解析法设计68

5.6 近似等速比机构的设计与传动特征70

5.6.1 曲柄与移动从动件型近似等速比平面六杆机构70

5.6.2 曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构72

5.7 高阶停歇机构的设计与传动特征74

5.7.1 Ⅰ型串联导杆的摆杆双极位作直到三阶停歇的平面六杆机构75

5.7.2 基于曲柄摇杆机构的移动件单极位直到三阶停歇的平面六杆机构78

5.8 机构创新设计概述80

5.8.1 辊式破碎机传动机构的创新设计80

5.8.2 二分之奇数转主轴快速缓冲定位装置的设计82

5.9 平面连杆机构的应用83

习题87

6 凸轮机构及其设计89

6.1 概述89

6.2 凸轮机构的分类及封闭形式89

6.3 从动件常用的运动规律90

6.3.1 一次多项式运动规律90

6.3.2 二次多项式运动规律91

6.3.3 五次多项式运动规律92

6.3.4 余弦加速度运动规律93

6.3.5 正弦加速度运动规律93

6.4 盘形凸轮轮廓曲线的作图法设计94

6.4.1 对心直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计94

6.4.2 对心直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计95

6.4.3 偏置直动尖底从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计95

6.4.4 偏置直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计96

6.4.5 平底直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计96

6.5 盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计96

6.5.1 直动平底从动件盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计96

6.5.2 直动滚子从动件盘形凸轮轮廓曲线的解析法设计97

6.6 凸轮机构基本尺寸的确定98

6.6.1 凸轮机构中的作用力与许用压力角98

6.6.2 凸轮基圆半径的确定99

6.6.3 滚子半径的确定100

6.7 凸轮机构的应用100

习题101

7 间歇运动机构105

7.1 概述105

7.2 棘轮机构105

7.3 槽轮机构106

7.3.1 槽轮机构的组成与运动特征106

7.3.2 槽轮机构的运动系数107

7.4 不完全齿轮机构108

7.5 滚子分度凸轮机构108

7.6 平行分度凸轮机构109

7.7 瞬时停歇的间歇运动机构109

8 齿轮机构及其设计110

8.1 概述110

8.2 齿轮机构的类型110

8.3 齿轮的齿廓曲线111

8.3.1 齿廓啮合的基本定律111

8.3.2 渐开线的形成与特点112

8.4 渐开线齿廓的啮合特征113

8.4.1 渐开线齿廓具有定传动比的特征113

8.4.2 渐开线齿廓间的作用力在一条固定的直线上113

8.4.3 渐开线齿廓传动具有中心距的可分性113

8.5 渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸114

8.5.1 渐开线标准齿轮各部分的名称114

8.5.2 渐开线标准齿轮的基本参数114

8.5.3 渐开线标准齿轮的几何尺寸关系115

8.6 渐开线标准圆柱齿轮的啮合传动116

8.6.1 一对渐开线齿轮正确啮合的条件117

8.6.2 齿轮传动的中心距与啮合角117

8.6.3 一对轮齿的啮合过程与连续传动条件118

8.7 渐开线圆柱齿轮的加工119

8.7.1 仿形法119

8.7.2 范成法120

8.8 渐开线齿轮的变位加工与传动121

8.8.1 齿条型刀具加工齿轮的最少齿数121

8.8.2 齿轮型刀具加工齿轮的最少齿数122

8.8.3 齿条型刀具加工齿轮的最小变位系数122

8.8.4 变位齿轮的几何尺寸123

8.8.5 变位齿轮传动124

8.9 斜齿圆柱齿轮传动125

8.9.1 斜齿圆柱齿轮齿面的形成原理125

8.9.2 斜齿圆柱齿轮的几何参数126

8.9.3 斜齿圆柱齿轮的当量齿轮127

8.9.4 斜齿圆柱齿轮传动的重合度128

8.9.5 斜齿圆柱齿轮传动的特点129

8.10 圆柱蜗杆传动129

8.11 直齿圆锥齿轮传动130

8.11.1 直齿圆锥齿轮的形成原理130

8.11.2 直齿圆锥齿轮的背锥与当量齿数130

8.11.3 直齿圆锥齿轮的几何参数计算131

习题132

9 齿轮系及其设计134

9.1 概述134

9.1.1 定轴轮系134

9.1.2 周转轮系135

9.1.3 复合轮系135

9.2 定轴轮系的传动比136

9.3 周转轮系的传动比137

9.4 复合轮系的传动比139

9.5 轮系的功用143

9.5.1 实现大的传动比144

9.5.2 实现变速与换向144

9.5.3 实现大功率传动144

9.5.4 实现分路传动145

9.5.5 实现运动的合成与分解145

9.5.6 生成复杂的轨迹145

9.6 周转轮系的设计147

9.6.1 行星轮系中的齿数条件147

9.6.2 行星轮系中的均载设计148

9.7 其他类型的行星传动简介149

9.7.1 渐开线少齿差行星传动149

9.7.2 摆线针轮行星传动149

9.7.3 谐波齿轮传动150

9.7.4 活齿传动151

9.7.5 牵引传动152

习题153

10 机械的运转及其速度波动的调节154

10.1 概述154

10.2 机械运动的微分方程及其解154

10.3 稳定运转状态下机械的周期性速度波动及其调节162

习题178

11 机械的平衡181

11.1 概述181

11.2 平面连杆机构的平衡181

11.2.1 铰链四杆机构惯性力的平衡181

11.2.2 曲柄滑块机构惯性力的平衡183

11.3 圆盘类零件的静平衡188

11.3.1 圆盘类零件的静平衡原理与计算188

11.3.2 圆盘类零件的静平衡实验189

11.4 刚性转子的动平衡189

11.4.1 刚性转子的动平衡原理与计算190

11.4.2 刚性转子的动平衡实验191

习题191

12 机械无级变速机构194

12.1 概述194

12.2 定轴无中间滚动体式机械无级变速传动194

12.2.1 正交轴无级传动194

12.2.2 相交轴锥盘环锥式无级传动195

12.2.3 光轴斜盘式无级传动195

12.3 定轴有中间滚动体式无级变速传动196

12.3.1 滚锥平盘式无级传动196

12.3.2 钢球平盘式无级传动196

12.3.3 钢环分离锥盘式无级传动197

12.3.4 弧锥环盘式无级传动198

12.3.5 菱锥式无级传动199

12.3.6 钢球外锥轮式无级传动199

12.4 行星式无级变速传动200

12.4.1 转臂输出式无级传动200

12.4.2 转臂输出式封闭行星锥轮无级传动202

12.4.3 内锥轮输出式行星无级传动203

12.4.4 环锥行星式无级传动205

12.4.5 钢球行星式无级传动206

12.5 脉动无级变速传动208

12.5.1 曲柄摇杆式脉动无级传动208

12.5.2 曲柄摇块摇杆式脉动无级传动208

13 工业机器人机构学210

13.1 概述210

13.2 工业机器人的组成210

13.3 工业机器人的分类与性能212

13.4 工业机器人的运动学基础213

13.4.1 目标物体的空间转动矩阵213

13.4.2 坐标系之间的空间变换矩阵216

13.4.3 目标物体的齐次坐标表示217

13.4.4 刚体的空间位移矩阵218

13.4.5 欧拉角表示的变换矩阵219

13.4.6 转动关节之间的位移矩阵220

13.5 工业机器人的正向运动学221

13.5.1 平面关节型机器人的正向运动方程221

13.5.2 斯坦福机器人的正向运动方程224

13.6 工业机器人的逆向运动学228

习题232

参考文献235