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第1章 机构设计基础2

1.1 简介2

1.2 物理原理3

1.2.1 机器效率3

1.2.2 机械效益3

1.2.3 速度比3

1.3 斜面4

1.4 滑轮系统4

1.5 螺旋千斤顶5

1.6 杠杆和机构6

1.6.1 杠杆6

1.6.2 绞盘、绞车和卷扬机7

1.7 连杆机构8

1.7.1 简单平面连杆机构8

1.7.2 特殊连杆机构9

1.7.3 直线生成连杆机构10

1.7.4 旋转或直线连杆机构11

1.8 专用连杆机构13

1.9 齿轮和齿轮传动15

1.9.1 简单的齿轮传动链15

1.9.2 复合齿轮传动链16

1.9.3 齿轮的分类16

1.9.4 实用的齿轮装置17

1.9.5 齿轮齿形18

1.9.6 齿轮术语18

1.9.7 齿轮动力学术语19

1.10 滑轮和传动带20

1.11 链轮和链条20

1.12 凸轮机构21

1.12.1 凸轮机构的分类22

1.12.2 凸轮术语24

1.13 离合机构25

1.13.1 外部控制摩擦离合器25

1.13.2 外部控制刚性离合器25

1.13.3 内部控制离合器25

1.14 常见的机械术语27

第2章 运动控制系统30

2.1 运动控制系统概述30

2.2 运动控制术语39

2.3 机械部件组成的专门运动控制系统40

2.4 运动控制中的伺服电动机、步进电动机和驱动器41

2.5 伺服系统的反馈传感器50

2.6 电磁阀及其应用57

第3章 固定和移动式机器人62

3.1 机器人简介62

3.1.1 机器人的定义62

3.1.2 固定自主工业机器人63

3.1.3 机器人历史63

3.1.4 全球机器人市场63

3.2 工业机器人64

3.2.1 工业机器人的优点65

3.2.2 工业机器人的特性65

3.2.3 工业机器人的几何学66

3.3 4种不同的ABB工业机器人69

3.3.1 IRB 240070

3.3.2 IRB 6400RF70

3.3.3 IRB 664070

3.3.4 IRB 760070

3.4 自主和半自主移动机器人72

3.4.1 通信和控制的选项72

3.4.2 可以侦察和检索的陆上移动机器人72

3.4.3 可以搜索和探索的潜水移动机器人72

3.4.4 可以搜索和摧毁的机器人飞机（无人机）73

3.4.5 可以观察和报告的行星探测机器人73

3.4.6 能模仿人类行为的实验室／科学机器人73

3.4.7 可以递送和取回货物的商业机器人73

3.4.8 清洁地板和修整草坪的消费机器人73

3.4.9 一些娱乐或教育机器人73

3.5 7种移动式自主和半自主机器人74

3.5.1 两个探索火星六年的机器人74

3.5.2 将取代勇气号和机遇号工作的机器人75

3.5.3 应对民间紧急情况的爪式机器人77

3.5.4 运送医疗用品的机器人78

3.5.5 可以侦察和攻击敌人的远程操控军用飞机79

3.5.6 搜寻水雷和障碍物的水下机器人81

3.5.7 提供抗干扰手术和快速恢复的系统82

3.6 机器人术语83

3.7 改进的四肢机器人，一个更好的攀爬者85

3.8 月球重力下六足机器人在网格上爬行86

3.9 两个机器人控制另一个机器人穿越陡坡87

3.10 跳跃时可操控的六足机器人88

第4章 再生发电机构92

4.1 可再生能源概述92

4.1.1 核能：不可能成为主要再生能源92

4.1.2 替代性可再生能源93

4.1.3 基本负载和基本负载需求电厂93

4.1.4 风车：早期可再生能源93

4.1.5 风力发电机组：风车的后裔94

4.1.6 风力涡轮机设置地点96

4.1.7 聚光太阳能光热系统97

4.1.8 抛物线式水槽镜太阳能设备97

4.1.9 电塔太阳能光热设备98

4.1.10 线性菲涅尔（LFR）反射热设备99

4.1.11 抛物面斯特林太阳能光热设备100

4.1.12 斯特林发动机工作原理101

4.1.13 CST可再生能源的展望102

4.1.14 水流动力的应用102

4.1.15 潮汐发电102

4.1.16 海浪动力发电103

4.1.17 另一种机械的水力发电方案103

4.1.18 可再生能源的相对成本104

4.2 风动力叶轮发电机的术语105

第5章 连杆驱动装置和机构108

5.1 四连杆机构及其典型的工业应用108

5.2 7种连杆运输机构110

5.3 5种直线运动的连杆机构113

5.4 12种伸展和收缩装置115

5.5 4种不同运动的连杆机构116

5.6 9种加速减速直线行程的连杆机构117

5.7 12种放大短程运动的连杆机构119

5.8 4种平行连杆机构121

5.9 7种行程放大机构121

5.10 9种力和行程的放大机构123

5.11 微分连杆机构的18种结构形式125

5.12 四连杆空间机构127

5.13 7种流行的三维空间驱动机构129

5.14 13种不同机构中肘节连杆的应用134

5.15 铰接的连杆和扭转衬套使传动平稳起动136

5.16 8种用于带离合器和制动器的连杆机构137

5.17 具有最优力传递性能的曲柄摇杆机构的设计139

5.18 四连杆角运动设计142

5.19 曲线运动的进给机构143

5.20 帮助设计替代四连杆机构的罗伯特法则146

5.21 曲柄滑块机构147

第6章 齿轮装置、驱动器和机构150

6.1 齿轮和偏心圆盘在快速转位机构中的联合应用150

6.2 能实现平滑的停止和运转、形状特殊的行星轮151

6.3 控制泵行程的摆线齿轮机构153

6.4 将旋转运动转换为直线运动的机构154

6.5 双电动机行星齿轮机构提供两种速度并具有良好的安全性154

6.6 转位和间歇机构155

6.7 5种万向齿轮机构158

6.8 受控的差动驱动160

6.9 产生高效、高减速比传动的柔性面齿轮161

6.10 紧凑的转动时序发生器162

6.11 行星齿轮系163

6.12 非圆齿轮170

6.13 薄金属板齿轮、链轮、蜗杆和棘轮机构174

6.14 齿轮变速装置176

6.15 用于齿轮和离合器的转换机构178

6.16 双蜗轮传动机构180

6.17 螺旋锥齿轮和准双曲面齿轮的设计181

6.18 改进蜗轮啮合的机械加工方法181

6.19 来自减速器的单向输出183

6.20 齿轮传动五连杆机构的设计184

6.21 设计摆线机构的方程188

6.22 设计齿轮滑块机构的曲线和方程191

第7章 凸轮、槽轮、棘轮驱动机构196

7.1 凸轮控制的行星轮系196

7.2 5种行程放大机构197

7.3 凸轮曲线生成机构198

7.4 凸轮机构的15个应用204

7.5 特殊功能的凸轮206

7.6 槽轮机构208

7.7 改进的槽轮传动机构212

7.8 间歇机构——外槽轮机构的运动学214

7.9 间歇机构——内槽轮机构的运动学217

7.10 新型转位星形轮机构挑战槽轮传动220

7.11 棘齿变速传动机构223

7.12 改进的棘轮机构223

7.13 无齿棘轮机构224

7.14 棘轮结构的分析225

第8章 离合和制动装置228

8.1 基本的机械离合器228

8.2 弹簧缠绕的滑动离合器230

8.3 控制滑动的概念使弹簧离合器获得新的应用233

8.4 弹簧带夹紧来驱动超速离合器234

8.5 滑动和双向离合器的组合来控制转矩235

8.6 多功能滑动离合器236

8.7 传递恒定转矩的行走压力盘238

8.8 7种超速离合器239

8.9 在单向离合器中受弹簧力作用的销辅助楔块机构240

8.10 滚子离合器240

8.11 超越离合器图例241

8.12 超速离合器的10种应用243

8.13 楔块型离合器的应用245

8.14 用于精密设备的小型机械离合器247

8.15 工位离合器的机构249

8.16 电磁离合器和制动器的12种应用251

第9章 锁紧、紧固、夹紧装置和机构254

9.1 16种弹簧锁、肘节和触发机构254

9.2 14种急动机构256

9.3 远程控制锁紧机构260

9.4 可伸缩固定器的插入、锁紧和轻松释放261

9.5 自动释放载荷的抓钩261

9.6 带有滚珠制动的快速释放锁紧销262

9.7 转矩撤消时自动闸锁住起重机262

9.8 牢固夹持物体的提升钳机构263

9.9 垂直受力锁紧机构263

9.10 快速释放装置264

9.11 释放闩锁的形状记忆合金装置265

9.12 圆环使进入适当位置的台式升降机夹紧267

9.13 液压缸内的凸轮爪将板件夹紧267

9.14 用于机床和固定设备上的快速作用夹具268

9.15 靠摩擦力夹紧的装置270

9.16 用于阻止机械运动的制动器272

9.17 精确对齐可调整零件的夹紧装置274

9.18 受弹簧力的卡盘和夹具276

第10章 链条和带传动装置及机构278

10.1 变速带和链传动278

10.2 与混合带保持协调的配合281

10.3 在不影响速比的情况下改变中心距285

10.4 通过电动机的安装支点来控制张紧力285

10.5 带有衬套的滚子链及其改进286

10.6 滚子链的12种创新性应用288

10.7 在链传动中减少跳动的机构292

第11章 弹簧、螺纹装置和机构296

11.1 平弹簧在机构中的应用296

11.2 弹簧的12种应用方式298

11.3 低转矩传动中的弹簧限位机构300

11.4 弹簧马达及典型相关的机构302

11.5 空气弹簧机构304

11.6 靠弹簧获得变化率的机构306

11.7 碟形弹簧307

11.8 振动控制中的弹簧连杆机构308

11.9 20种螺纹装置309

11.10 应用螺纹机构的10种方式312

11.11 7种特殊的螺纹装置313

11.12 14种调整装置314

11.13 长冲程、高分辨率线性驱动器315

第12章 联轴器及其连接318

12.1 平行轴的连接318

12.2 用于偏心轴连接的新型连杆联轴器319

12.3 圆盘和连杆联轴器简化了传动320

12.4 当传递转矩时，内部锁紧空间框开始弯曲321

12.5 偏心销消除了轴线不重合误差323

12.6 万向联轴器以恒速沿45°角传递动力324

12.7 10种万向联轴器325

12.8 连接转轴的方法327

12.9 连杆联轴器机构331

12.10 10种不同的花键连接332

12.11 14种把轴套固定到轴上的方法334

12.12 多边形提供更好的连接336

第13章 具有特定运动的装置、机构和机器336

13.1 同步带、四连杆组成的平滑转位机构340

13.2 转位和间歇机构342

13.3 旋转运动转化为往复运动和歇停运动的机构344

13.4 实现间歇旋转运动的摩擦装置350

13.5 9种不同的球型直线导轨352

13.6 滚珠丝杠将旋转运动转化成直线运动354

13.7 改变直线运动方向的19种方法355

13.8 可调节输出机构359

13.9 换向机构361

13.10 计算装置362

13.11 机械动力放大器的6个应用366

13.12 变速机械传动369

13.13 变速摩擦传动装置381

13.14 应用在单向传动装置中的弹簧、往复运动小齿轮和滑动球383

13.15 18种不同的液体和真空泵385

13.16 10种不同泵的设计讲解389

13.17 泵类术语392

13.18 无磨损电动-发电机具有更高的速度和更长的寿命393

13.19 海水脱盐中的能量交换可以提高效率394

13.20 二循环发动机提高了效率和性能396

第14章 包装、运输、处理、安全方面的机构和机器396

14.1 分类、供料和称量机构398

14.2 切割机构402

14.3 翻转机构404

14.4 振动机构404

14.5 7种基本的零件筛选机构405

14.6 11种零件传送机构406

14.7 7种自动传送机构408

14.8 专用机床的传送机构411

14.9 卷绕机的横向移动机构415

14.10 真空拾取定位小球机构417

14.11 黏贴来自料盒或滚筒的标签的标签机417

14.12 高速黏合机418

14.13 机器产生工作故障时的自动停机机构424

14.14 电子自动停止机构430

14.15 机器操作的自动安全机构432

第15章 转矩、速度、张紧和限定控制系统432

15.1 控制系统中差速卷筒的应用436

15.2 如何防止反转438

15.3 在印刷机进给中，卡钳制动器可以保持适当的张紧力439

15.4 辅助离合器、制动器的传感器439

15.5 防止构架超载的警报装置440

15.6 钢缆张力的持续观察440

15.7 转矩限制器用来保护轻载传动441

15.8 防止过载的限制器443

15.9 限制轴旋转的7种方法446

15.10 控制拉力和速度的机械系统448

15.11 控制张力的传动装置452

15.12 机器中的限位开关455

15.13 自动调速器459

15.14 机构的速度控制装置461

15.15 缆线制动系统限制下降速率462

第16章 气动、液动、电动和电子驱动仪器及控制462

16.1 气缸或液压缸驱动的机构464

16.2 脚控制的制动系统466

16.3 气动的15个应用467

16.4 应用金属膈膜和膜盒的10种方式469

16.5 差动变压器传感装置471

16.6 高速计数器473

16.7 永久磁铁的应用474

16.8 电动锤机构477

16.9 恒温机构479

16.10 温度调节机构483

16.11 光电控制485

16.12 液面指示器和控制器487

16.13 利用火药的动力产生即时的冲力489

16.14 离心、气动、液压和电动的调速器491

第17章 3D数字样机和仿真496

17.1 3D数字样机和仿真简介496

17.1.1 工程制图简史496

17.1.2 从黑板到屏幕的过渡497

17.1.3 CAD产品特点498

17.1.4 3D数字模型与快速原型498

17.1.5 2D图样继续发挥作用499

17.1.6 3D数字样机软件中工具的功能499

17.1.7 3D数字样机的文件类型500

17.1.8 计算机辅助工程（CAE）501

17.1.9 仿真软件501

17.1.10 模拟应力分析502

17.2 计算机辅助设计术语503

第18章 快速原型506

18.1 构建功能部件的快速原型506

18.2 快速原型步骤507

18.3 商业快速原型的选择508

18.4 商业的增材RP（快速原型）工艺509

18.5 去除法和R＆D实验室工艺517

第19章 机械工程领域新的发展方向522

19.1 微技术在机械工程中的作用522

19.2 微机械为机械设计打开一个新领域524

19.3 多级制造使复杂且多功能微机电系统（MEMS）成为可能528

19.4 电子显微镜：微米和纳米技术的关键工具529

19.5 微机电系统电子显微图像一览532

19.6 微机电系统执行器——热力和静电535

19.7 微机电系统芯片成为集成微控制系统536

19.8 构成微机电系统的可选择材料539

19.9 制造微小型部件可选择的一种LIGA方法540

19.10 纳米技术在科学和工程中的应用542

19.11 碳元素作为工程材料的前景544

19.12 基于电介质静电力的纳米致动器549

19.13 月球电动车——一种月球旅行新概念551