机械设计手册（第六版）

第4篇机构

第1章机构分析的常用方法4-3

1机构的自由度分析4-3

1.1常用术语的概念4-3

1.2机构的运动简图和机动示意图4-4

1.3机构的自由度分析4-9

1.3.1平面机构自由度分析4-9

1.3.2单封闭环空间机构自由度的计算4-10

1.3.3多闭环空间机构及开环机构的自由度的计算4-14

1.3.4空间机构自由度计算例题4-14

1.4平面机构的结构分析4-15

2平面机构的运动分析4-17

2.1机构的位置和构件上某点的轨迹分析4-18

2.2机构的速度与加速度分析4-18

2.2.1矢量图解法4-18

2.2.2解析法4-24

2.2.3瞬心法4-24

2.3高副机构的运动分析4-29

2.3.1用高副低代法求解4-29

2.3.2用高副机构直接求解4-30

3平面机构的受力分析4-32

3.1杆组静定条件和构件惯性力的计算4-33

3.2运动副中摩擦力的计算4-34

3.3机构的受力分析4-35

3.3.1图解计算法4-35

3.3.2用速度杠杆法求平衡力Fp4-36

3.3.3机构动态静力分析的解析法4-36

3.4惯性力的平衡4-38

3.4.1具有不规则形状的旋转构件平衡重力的确定4-39

3.4.2平面机构的平衡4-39

4单自由度机器的动力分析4-43

4.1机器的运动过程和运动方程式4-43

4.2机器运动方程的求解4-43

4.3机器周期性速度波动的调节和飞轮设计4-43

4.3.1机器主轴的平均角速度ωm与速度不均匀系数δ4-48

4.3.2飞轮设计4-48

4.4机械效率的计算4-50

第2章基本机构的设计4-52

1平面连杆机构4-52

1.1四杆机构的结构型式4-52

1.2按传动角设计四杆机构4-52

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4-53

1.2.2按最小传动角设计行程速比系数k=1（φ12=180°）的曲柄摇杆机构4-54

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4-55

1.2.4根据最小传动角设计双曲柄机构4-55

1.3按照输入杆与输出杆位置关系设计四杆机构4-56

1.3.1几何法4-56

1.3.2分析法4-60

1.3.3实验法4-63

1.4按照连杆位置及连杆点位置综合铰链四杆机构4-63

1.4.1已知连杆三个位置综合铰链四杆机构4-63

1.4.2已知连杆四个位置综合铰链四杆机构4-64

1.4.3圆点曲线及圆心曲线4-65

1.4.4已知连杆上点的位置综合铰链四杆机构4-65

1.4.5轨迹综合4-67

1.4.6相当机构及其应用4-70

1.4.7直线运动机构4-70

2瞬心线机构及互包络线机构4-71

2.1瞬心线机构的工作特点及设计计算的一般原理4-71

2.2非圆齿轮节线设计4-73

2.2.1再现一个给定自变量的函数的非圆齿轮节线设计4-73

2.2.2偏心圆齿轮与非圆齿轮共轭4-75

2.2.3椭圆-卵形齿轮及卵形齿轮传动4-77

2.3互包络线机构的工作特点4-79

2.4互包络线机构的设计4-80

3凸轮机构4-83

3.1凸轮机构的术语及一般设计步骤4-83

3.2凸轮机构的基本型式及封闭方式4-85

3.3凸轮机构的压力角4-88

3.4基圆半径Rb，圆柱凸轮最小半径Rmin和滚子半径Rr4-89

3.4.1基圆半径Rb对凸轮机构的影响4-89

3.4.2确定基圆半径Rb，Rmin的方法4-89

3.4.3滚子半径Rr的确定4-92

3.5从动件运动规律及其方程式4-93

3.5.1从动件运动规律4-93

3.5.2基本运动规律的参数曲线4-95

3.5.3常用组合运动规律方程式应用4-97

3.6滚子从动件凸轮工作轮廓的设计4-103

3.6.1作图法4-103

3.6.2解析法4-105

3.7平底从动件盘形凸轮工作轮廓的设计4-111

3.8圆弧凸轮工作轮廓的设计4-114

3.8.1单圆弧凸轮（偏心轮）4-114

3.8.2多圆弧凸轮4-114

3.9凸轮及滚子结构，材料，强度，精度，表面粗糙度及工作图4-116

3.9.1凸轮及滚子结构4-116

3.9.2常用材料4-119

3.9.3强度校核及许用应力4-119

3.9.4凸轮精度及表面粗糙度4-120

3.9.5凸轮工作图4-120

4分度凸轮机构4-122

4.1分度凸轮机构的性能及其运动参数4-122

4.2弧面（滚子齿式）分度凸轮机构4-122

4.2.1基本结构和工作原理4-122

4.2.2弧面分度凸轮机构的主要运动参数和几何尺寸4-124

4.2.3弧面分度凸轮的工作曲面设计及其实例计算4-126

4.2.4弧面分度凸轮机构的动力学计算4-129

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4-131

4.2.6弧面分度凸轮机构的结构设计要点4-131

4.2.7弧面分度凸轮机构的主要零部件图实例4-131

4.2.8弧面凸轮分度箱4-133

4.3圆柱分度凸轮机构4-135

4.3.1工作原理和主要类型4-135

4.3.2圆柱分度凸轮机构的主要运动参数和几何尺寸4-135

4.3.3圆柱分度凸轮的工作轮廓设计4-138

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4-138

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4-139

4.4共轭（平行）分度凸轮机构4-140

4.4.1基本结构和工作原理4-140

4.4.2共轭分度凸轮机构的主要运动参数和几何尺寸4-140

4.4.3用作图法绘制凸轮的理论廓线和工作廓线4-144

4.4.4共轭盘形分度凸轮机构凸轮廓线的解析法计算4-145

4.4.5共轭（平行）凸轮分度箱4-147

5棘轮机构，槽轮机构，不完全齿轮机构和针轮机构4-148

5.1棘轮机构4-148

5.1.1常用形式4-148

5.1.2设计要点4-149

5.2槽轮机构4-150

5.2.1工作原理及形式4-150

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）4-152

5.2.3槽轮机构的动力性能4-155

5.3不完全齿轮机构4-156

5.3.1基本形式与啮合特性4-156

5.3.2设计参数的计算4-158

5.3.3不完全齿轮机构的设计计算公式及工作图4-161

5.4针轮机构4-163

5.4.1针轮机构的主要类型和特点4-163

5.4.2针轮机构的设计计算4-164

6斜面机构与螺旋机构4-165

6.1斜面机构的特性指标与计算公式4-165

6.2螺旋机构4-167

6.2.1螺旋机构的特性指标4-168

6.2.2螺旋机构传动型式4-168

6.3参数选择4-169

7往复油（汽）缸机构的运动设计4-169

7.1参数计算4-169

7.2参数选择4-170

7.3运动设计4-171

第3章组合机构的分析与设计4-173

1基本机构的主要组合型式4-173

2凸轮连杆组合机构4-174

2.1固定凸轮连杆组合机构4-174

2.2转动凸轮连杆组合机构4-176

2.3联动凸轮连杆组合机构4-179

3齿轮连杆组合机构4-179

3.1行星轮系与Ⅱ级杆组的组合机构4-179

3.2四杆机构与周转轮系的组合机构4-182

3.3五杆机构与齿轮机构的组合机构4-187

4凸轮齿轮组合机构4-190

4.1输出件实现周期性变速运动的凸轮齿轮组合机构4-190

4.2实现轨迹要求的凸轮齿轮组合机构4-192

4.3输出件实现周期性停歇的凸轮齿轮组合机构4-193

5具有挠性件的组合机构4-194

5.1同步带连杆组合机构4-194

5.2差动式带，链连杆组合机构4-194

第4章机构参考图例4-196

1匀速转动机构4-196

1.1定传动比匀速转动机构4-196

1.2有级变速机构4-201

1.3无级变速机构4-203

2非匀速转动机构4-204

3往复运动机构4-206

4急回机构4-214

5行程放大机构4-216

6可调行程机构4-218

7间歇运动机构4-221

8超越止动及单向机构4-227

9换向机构4-229

10差动补偿机构4-232

11气，液驱动机构4-235

12增力及夹持机构4-239

13实现预期轨迹的机构4-244

14安全保险，制动装置4-250

15定位联锁机构4-255

16伸缩机构4-257

17振动机构4-260

参考文献4-264

第5篇机械产品结构设计

第1章机械结构设计概念5-3

1机械结构设计的内容，应满足的要求和基本条件5-3

2机械零件的自由度分析——满足运动要求的结构设计准则5-4

2.1机械零件的自由度5-4

2.2自由度分析在支承件设计中的应用5-5

2.3自由度分析在连接件设计中的应用5-6

2.4运用自由度方法设计有综合运动方式的组合结构5-7

3机械结构方案设计的技巧5-9

3.1利用形态变换的方法制定结构方案5-9

3.2由机械结构中的相互关系变换制定结构方案5-10

3.3结构方案设计实例5-11

4结构方案的选择和评价5-13

4.1评价的标准5-13

4.2机械产品的技术经济评价5-14

4.3改变功能原理设计新结构5-16

4.4采用优化设计方法寻求最优方案5-16

第2章提高强度，刚度和延长疲劳寿命的设计准则5-19

1机械结构合理受力准则5-19

2提高静强度的结构设计准则5-22

2.1增大截面系数W或Wk5-22

2.2采用空心轴提高强度或刚度5-22

2.3用拉压代替弯曲5-23

2.4避免悬臂梁伸出过长5-24

2.5等强度设计准则5-24

2.6弹性强化和塑性强化准则5-25

3提高疲劳强度的结构设计准则5-25

3.1降低应力集中准则5-26

3.2改善表面状况准则5-29

3.3采用表面处理提高疲劳强度准则5-30

3.4降低应力幅准则5-30

4提高接触强度的设计准则5-31

4.1加大接触部分的综合曲率半径5-31

4.2以面接触代替点线接触5-31

4.3合理采用材料和热处理5-32

4.4提高抗冲击强度的结构设计准则5-33

5提高刚度的结构设计准则5-35

5.1选择弹性模量较高的材料5-35

5.2用拉，压代替弯曲的准则5-35

5.3合理布置支持准则5-37

5.4合理确定肋的形状和尺寸5-37

5.5用预变形提高刚度减小工作变形准则5-38

5.6提高机械零件接触面的接触刚度准则5-39

第3章提高耐磨性的结构设计准则5-40

1降低摩擦面压强准则5-40

1.1降低摩擦面压强的途径5-40

1.2避免局部剧烈磨损准则5-40

1.3自动调节与补偿准则5-41

2局部更换易损零件准则5-41

3润滑设计降低磨损准则5-42

第4章提高抗腐蚀性的结构设计5-43

1常见的腐蚀分类5-43

2在腐蚀工作条件下材料的选用5-43

2.1大气腐蚀5-43

2.2淡水中的腐蚀率5-44

2.3海水中的腐蚀率5-44

3提高抗腐蚀能力的机械结构5-44

4用覆盖保护层减轻或避免腐蚀5-47

第5章提高精度的结构设计准则5-48

1阿贝（Abbe）原则——被测尺寸与读数尺共线准则5-48

2误差补偿准则5-49

3传动机构误差传递准则5-51

4误差均化原理——采用多点接触提高精度准则5-52

5误差合理配制准则5-53

6消除空回准则5-54

7选择适当的材料准则5-55

第6章符合人机工程学的设准则5-56

1基于人体形态学的设计准则5-56

1.1工作系统设计的人类工效学原则5-56

1.2我国人体尺寸（GB/T 10000—1988）5-56

1.2.1我国各区人体尺寸数据特点5-56

1.2.2人体主要尺寸5-56

1.3在产品设计中应用人体尺寸百分位数的选择（GB/T12985—1991）5-58

1.4用于机械安全的人类工效学设计5-59

1.4.1全身进入机械的开口尺寸确定原则5-59

1.4.2人体局部进入机械的开口尺寸确定5-60

1.5人体尺寸（摘自GB/T 18717.3—2002）5-62

1.5.1工作空间人体尺寸（GB/T 13567—1992）5-63

1.5.2坐姿人体尺寸5-64

1.5.3跪姿，俯卧姿，爬姿人体尺寸5-65

1.5.4使用人体尺寸数据注意事项5-66

1.6人体模板设计5-66

1.6.1二维坐姿人体模板功能设计要求（GB/T14779—1993）5-66

1.6.2四个身高等级的模板尺寸5-68

2工作岗位尺寸设计（摘自GB/T 14776—1991）5-71

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5-71

2.2术语和符号5-71

2.3工作岗位尺寸5-72

2.3.1与作业无关的工作岗位尺寸5-72

2.3.2与作业有关的工作岗位尺寸5-72

2.4坐姿工作岗位和坐立姿交替工作岗位尺寸设计举例5-74

3工作座椅工效学设计（摘自GB/T14774—1993）5-76

3.1工作座椅的基本要求5-76

3.2工作座椅的主要参数5-77

4操纵器的工效学设计准则（摘自GB/T14775—1993）5-78

4.1操纵器的操纵依托支点要求5-82

4.2体力搬运质量限值（GB/T 12330—1990）5-83

5基于人体感觉器官要求的设计准则5-83

5.1满足视觉要求的设计准则5-83

5.2满足听觉要求的设计准则5-85

5.3满足触觉要求的设计准则5-86

6按美学造型要求的人机学设计准则5-86

第7章避免或减少对人损害的结构设计准则5-88

1机械结构设计的安全准则5-88

1.1人机隔离准则5-88

1.2避免人体各部位挤压的最小间距（摘自GB/T12665.3—1997）5-90

1.3避免误操作造成伤害准则5-91

1.4安全标志与警告类标志5-91

2减小机械噪声的结构设计准则5-92

2.1噪声的限制值5-92

2.2减小噪声的设计准则5-93

2.3减小机械零件噪声的结构设计5-94

第8章绿色设计5-95

1绿色设计及产品绿色设计常用关键技术5-95

2绿色设计的材料选择5-95

3拆卸回收，快速方便，零件完好率高的产品绿色设计5-96

4节能的绿色产品设计5-97

5绿色设计举例5-97

6具有创新的两例5-98

6.1新型非零变位锥齿轮传动5-98

6.2摆动活齿减速带轮5-100 2100433B

《机械设计手册》第六版单行本共16分册，涵盖了机械常规设计的所有内容。各分册分别为《常用设计资料》 《机械制图·精度设计》 《常用机械工程材料》 《机构·结构设计》 《连接与紧固》 《轴及其连接》 《轴承》 《起重运输件·五金件》 《润滑与密封》 《弹簧》 《机械传动》 《减（变）速器·电机与电器》 《机械振动·机架设计》 《液压传动》 《液压控制》 《气压传动》。本书为《机构·结构设计》，包括机构设计以及机械产品结构设计。机构主要介绍了机构分析的常用方法，基本机构和组合机构的分析与设计，并列举了机构参考图例,机械产品结构设计则介绍了设计概念，各类设计准则以及绿色设计方法。本书可作为机械设计人员和有关工程技术人员的工具书，也可供高等院校有关专业师生参考使用。

《机械设计手册》第六版共5卷，涵盖了机械常规设计的所有内容。其中第1卷包括一般设计资料，机械制图、极限与配合、形状和位置公差及表面结构，常用机械工程材料，机构，机械产品结构设计；第2卷包括连接与紧固，轴及其连接，轴承，起重运输机械零部件，操作件、小五金及管件；第3卷包括润滑与密封，弹簧，螺旋传动、摩擦轮传动，带、链传动，齿轮传动；第4卷包括多点啮合柔性传动，减速器、变速器，常用电机、电器及电动（液）推杆与升降机，机械振动的控制及利用，机架设计；第5卷包括液压传动，液压控制，气压传动等。

《机械设计手册》第六版是在总结前五版的成功经验，考虑广大读者的使用习惯及对《机械设计手册》提出新要求的基础上进行编写的。《机械设计手册》保持了前五版的风格、特色和品位：突出实用性，从机械设计人员的角度考虑，合理安排内容取舍和编排体系；强调准确性，数据、资料主要来自标准、规范和其他**资料，设计方法、公式、参数选用经过长期实践检验，设计举例来自工程实践；反映先进性，增加了许多适合我国国情、具有广阔应用前景的新材料、新方法、新技术、新工艺，采用了新标准和规范，广泛收集了具有先进水平并实现标准化的新产品；突出了实用、便查的特点。《机械设计手册》可作为机械设计人员和有关工程技术人员的工具书，也可供高等院校有关专业师生参考使用。

《机械设计手册》第六版共5卷，涵盖了机械常规设计的所有内容。其中第1卷包括一般设计资料，机械制图、极限与配合、形状和位置公差及表面结构，常用机械工程材料，机构，机械产品结构设计；第2卷包括连接与紧固，轴及其连接，轴承，起重运输机械零部件，操作件、小五金及管件；第3卷包括润滑与密封，弹簧，螺旋传动、摩擦轮传动，带、链传动，齿轮传动；第4卷包括多点啮合柔性传动，减速器、变速器，常用电机、电器及电动（液）推杆与升降机，机械振动的控制及利用，机架设计；第5卷包括液压传动，液压控制，气压传动等。

《机械设计手册》第六版是在总结前五版的成功经验，考虑广大读者的使用习惯及对《机械设计手册》提出新要求的基础上进行编写的。《机械设计手册》保持了前五版的风格、特色和品位：突出实用性，从机械设计人员的角度考虑，合理安排内容取舍和编排体系；强调准确性，数据、资料主要来自标准、规范和其他**资料，设计方法、公式、参数选用经过长期实践检验，设计举例来自工程实践；反映先进性，增加了许多适合我国国情、具有广阔应用前景的新材料、新方法、新技术、新工艺，采用了新标准和规范，广泛收集了具有先进水平并实现标准化的新产品；突出了实用、便查的特点。《机械设计手册》可作为机械设计人员和有关工程技术人员的工具书，也可供高等院校有关专业师生参考使用。

《机械设计手册》第六版共5卷，涵盖了机械常规设计的所有内容。其中第1卷包括一般设计资料，机械制图、极限与配合、形状和位置公差及表面结构，常用机械工程材料，机构，机械产品结构设计；第2卷包括连接与紧固，轴及其连接，轴承，起重运输机械零部件，操作件、小五金及管件；第3卷包括润滑与密封，弹簧，螺旋传动、摩擦轮传动，带、链传动，齿轮传动；第4卷包括多点啮合柔性传动，减速器、变速器，常用电机、电器及电动（液）推杆与升降机，机械振动的控制及利用，机架设计；第5卷包括液压传动，液压控制，气压传动等。

《机械设计手册》第六版是在总结前五版的成功经验，考虑广大读者的使用习惯及对《机械设计手册》提出新要求的基础上进行编写的。《机械设计手册》保持了前五版的风格、特色和品位：突出实用性，从机械设计人员的角度考虑，合理安排内容取舍和编排体系；强调准确性，数据、资料主要来自标准、规范和其他**资料，设计方法、公式、参数选用经过长期实践检验，设计举例来自工程实践；反映先进性，增加了许多适合我国国情、具有广阔应用前景的新材料、新方法、新技术、新工艺，采用了新标准和规范，广泛收集了具有先进水平并实现标准化的新产品；突出了实用、便查的特点。《机械设计手册》可作为机械设计人员和有关工程技术人员的工具书，也可供高等院校有关专业师生参考使用。