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普通高等教育机械类应用型人才及卓越工程师培养规划教材 机 械 原 理 张 静 主 编 刘春东 副主编 内 容 简 介 本书是根据教育部高等教育机械基础课程教学指导委员分会的要求而编写的，旨在满足全国众多应用型本科院校培养机械类人才的需要。全书共 12 章，内容包括绪论、平面机构的结构分析、平面连杆机构及其设计、凸轮机构及其设计、齿轮机构及其设计、轮系及其设计、间歇运动机构、平面机构的运动分析、平面机构的力分析、机械的平衡、机械的运转及其速度波动的调节、机械系统的方案设计。在各章后附有一定数量的思考题与习题及考研真题，以利于读者学习。本书主要作为应用型本科院校机械类各专业本科生必修课的教材，也可作为高职高专机械类各专业的教材，还可作为非机械类学生及有关工程技术人员的参考书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容 版权所有，侵权必究 图书在版编目（CIP）数据 机械原理张静主编北京：电子工业出版社，2015.2 普通高等教育机械类应用型人才及卓越工程师培养规划教材 ISBN 978-7-121-25100-9 I.机 II.张 .机构学高等学校教材 .TH11 中国版本图书馆 CIP 数据核字(2014)第 292962 号 策划编辑：郭穗娟 责任编辑：陈韦凯 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：15.25 字数：390 千字 版 次：2015 年 2 月第 1 版 印 次：2015 年 2 月第 1 次印刷 定 价：45.00 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：(010)88254888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：(010)88258888。普通高等教育机械类应用型人才及卓越工程师培养规划教材 专 家 编 审 委 员 会 主 任 委 员 黄传真 副主任委员 许崇海 张德勤 魏绍亮 朱林森 委 员（排名不分先后）李养良 高 荣 刘良文 郭宏亮 刘 军 史岩彬 张玉伟 王 毅 杨玉璋 赵润平 张建国 张 静 张永清 包春江 于文强 李西兵 刘元朋 褚 忠 庄宿涛 惠鸿忠 康宝来 宫建红 宁淑荣 许树勤 马言召 沈洪雷 陈 原 安虎平 赵建琴 高 进 王国星 张铁军 马明亮 张丽丽 楚晓华 魏列江 关跃奇 沈 浩 鲁 杰 胡启国 陈树海 王宗彦 刘占军 刘仕平 姚林娜 李长河 杨建军 刘琨明 前 言 本书注重能力的培养，力求做到不断强化自我的自学能力、思维能力、创造性地解决问题的能力，以及不断自我更新知识的能力，促进学生向着富有鲜明个性的方向发展，旨在满足全国众多应用型本科院校培养机械类人才的需要。本书的编写章节结合生产实践和日常生活实际的应用实例，在阐述机械原理的基本概念、基本原理和基本方法的同时，遵循由浅入深、循序渐进的原则，内容侧重应用型人才的培养。课堂教学学时宜为 60 学时左右，实验学时为 68 学时，课程设计为 1.5 周。各章参考学时见下表：章 节 参 考 学 时 第 1 章 绪论 1 第 2 章 平面机构的结构分析 8 第 3 章 平面连杆机构及其设计 8 第 4 章 凸轮机构及其设计 6 第 5 章 齿轮机构及其设计 12 第 6 章 轮系及其设计 4 第 7 章 间歇运动机构 2 第 8 章 平面机构的运动分析 4 第 9 章 平面机构的力分析 4 第 10 章 机械的平衡 3 第 11 章 机械的运转及其速度波动的调节 4 第 12 章 机械系统的方案设计 4 本书由河北建筑工程学院张静担任主编，河北建筑工程学院刘春东担任副主编。参加本书编写工作的有河北建筑工程学院张静（第 2、4、11 章，5.15.8 节）、刘春东（第 1、8、9 章，5.95.11 节）、张灿果（第 7 章）、郑州科技学院张晓莹（第 3、6 章）、桂林航天工业学院许本胜（第 10、12 章）。感谢电子工业出版社对本书的编写工作给予了热情的关注和大力支持。尽管编者为本书付出了十分的心血和努力，但疏漏和欠妥之处仍然存在，恳请广大同仁和读者批评指正。编 者 2015 年 1 月 目 录 第 1 章 绪论 1 1.1 机械原理课程研究的对象 与内容 1 1.1.1 机器 1 1.1.2 机构 3 1.2 机械原理课程在专业中的地位 和作用 3 1.3 如何进行本课程的学习 4 1.4 机械原理学科的发展现状 及趋势 4 习题与思考题 5 第 2 章 平面机构的结构分析 6 2.1 平面机构的结构分析的内容 和目的 6 2.2 机构的组成 6 2.2.1 构件与零件 6 2.2.2 运动副 6 2.2.3 运动链 7 2.3 平面机构运动简图 8 2.3.1 构件的自由度 8 2.3.2 运动副的分类及表示 8 2.3.3 构件的分类及表示 9 2.3.4 平面机构运动简图 12 2.4 平面机构自由度 13 2.4.1 平面机构自由度计算公式 13 2.4.2 平面机构具有确定运动的 条件 14 2.4.3 计算平面机构自由度时应 注意的事项 15 2.5 平面机构的组成原理与 结构分析 19 2.5.1 平面机构的组成原理 19 2.5.2 平面机构的结构分类 20 2.5.3 平面机构的高副低代 20 2.5.4 平面机构的结构分析 22 习题与思考题 24 第 3 章 平面连杆机构及其设计 26 3.1 平面连杆机构及其传动特点 26 3.2 铰链四杆机构的基本类型 及其演化 26 3.2.1 铰链四杆机构的基本类型 及其应用 26 3.2.2 铰链四杆机构存在曲柄 的条件 29 3.2.3 铰链四杆机构的演化 30 3.3 平面四杆机构的基本知识 33 3.3.1 平面四杆机构的急回 运动特性 33 3.3.2 平面四杆机构的死点 34 3.3.3 平面四杆机构的压力角和 传动角 34 3.4 平面四杆机构的设计 35 3.4.1 用图解法设计平面四杆机构 36 3.4.2 用解析法设计平面四杆机构 39 3.4.3 用实验法设计平面四杆机构 40 习题与思考题 40 第 4 章 凸轮机构及其设计 45 4.1 概述 45 4.1.1 凸轮机构的组成 45 4.1.2 凸轮机构的应用和分类 45 4.2 从动件的运动规律 48 4.2.1 凸轮机构的基本概念和参数 48 4.2.2 从动件常用的运动规律 49 4.2.3 从动件运动规律的选择 59 4.3 盘形凸轮轮廓曲线的设计 60 4.3.1 凸轮轮廓曲线设计的 基本原理 60 4.3.2 用图解法设计盘形凸轮轮廓 曲线 61 VI 机械原理 4.3.3 用解析法设计盘形凸轮 轮廓曲线 65 4.4 凸轮机构基本参数的确定 68 4.4.1 压力角的确定 68 4.4.2 基圆半径的确定 71 4.4.3 滚子半径的确定 71 4.4.4 平底尺寸的确定 72 习题与思考题 73 第 5 章 齿轮机构及其设计 76 5.1 概述 76 5.1.1 齿轮机构的特点 76 5.1.2 齿轮机构的分类 76 5.2 传动比齿廓啮合基本定理 78 5.2.1 传动比 78 5.2.2 齿廓啮合基本定理 78 5.3 渐开线的形成及其性质 79 5.3.1 渐开线的形成 79 5.3.2 渐开线的性质 80 5.3.3 渐开线方程与渐开线函数 80 5.4 渐开线标准直齿圆柱齿轮 的基本参数和几何尺寸 81 5.4.1 齿轮各部分名称和符号 81 5.4.2 标准齿轮的基本参数 83 5.4.3 渐开线标准直齿圆柱齿轮 几何尺寸计算 83 5.5 渐开线齿轮传动及渐开线 齿廓的啮合特性 85 5.5.1 节点、节圆、啮合线和 啮合角 85 5.5.2 渐开线齿廓的啮合特性 85 5.6 渐开线齿轮正确啮合和连续 传动的条件 87 5.6.1 正确啮合的条件 87 5.6.2 正确安装条件 88 5.6.3 连续传动条件 90 5.7 渐开线齿廓的切削加工 92 5.7.1 渐开线齿廓的切削原理 92 5.7.2 渐开线齿廓的根切现象 及其产生的原因 95 5.7.3 渐开线标准齿轮不根切的条件 95 5.8 变位齿轮简介 96 5.8.1 变位齿轮的概念 96 5.8.2 不根切的最小变位系数 xmin 96 5.8.3 变位齿轮的几何尺寸 97 5.8.4 变位齿轮传动 98 5.8.5 变位齿轮传动类型及特点 100 5.8.6 变位齿轮传动的设计步骤 100 5.9 斜齿圆柱齿轮机构 101 5.9.1 斜齿圆柱齿轮齿面的形成 及其传动特点 101 5.9.2 斜齿圆柱齿轮的基本参数 及几何尺寸 102 5.9.3 斜齿圆柱齿轮的当量齿轮 和当量齿数 105 5.9.4 斜齿圆柱齿轮啮合传动 106 5.9.5 交错轴斜齿轮传动 107 5.10 圆锥齿轮机构 108 5.10.1 圆锥齿轮的传动特点 108 5.10.2 渐开线直齿圆锥齿轮 齿廓曲面的形成 109 5.10.3 圆锥齿轮的背锥与 当量齿数 109 5.10.4 圆锥齿轮的啮合传动 及其几何尺寸 110 5.11 蜗杆传动机构 112 5.11.1 蜗杆传动的特点 112 5.11.2 蜗杆传动的基本参数 112 5.11.3 蜗杆传动的正确啮合条件 114 5.11.4 蜗杆传动的几何尺寸 114 习题与思考题 115 第 6 章 轮系及其设计 119 6.1 轮系的分类 119 6.2 定轴轮系的传动比计算 120 6.3 周转轮系的传动比计算 121 6.4 复合轮系的传动比计算 123 6.5 轮系的功用 124 6.6 周转轮系的设计及各轮齿数 的确定 129 6.7 其他类型行星传动简介 132 6.7.1 渐开线少齿差行星齿轮传动 132 VII 第9章目 录6.7.2 摆线针轮传动 133 6.7.3 谐波齿轮传动 133 习题与思考题 134 第 7 章 间歇运动机构 138 7.1 棘轮机构 138 7.1.1 棘轮机构的组成和工作原理 138 7.1.2 棘轮机构的类型 138 7.1.3 棘轮机构的应用 139 7.2 槽轮机构 140 7.2.1 槽轮机构的组成及工作原理 140 7.2.2 槽轮机构的类型 141 7.2.3 槽轮机构的应用 141 7.3 不完全齿轮机构 142 7.3.1 不完全齿轮机构的组成及 工作原理 142 7.3.2 不完全齿轮机构的类型 及应用 142 7.4 螺旋机构 143 7.4.1 螺旋机构的组成及工作原理 143 7.4.2 螺旋机构的应用 144 7.5 万向联轴节 145 7.5.1 单万向联轴节 145 7.5.2 双万向联轴节 146 7.5.3 万向联轴节的应用 147 习题与思考题 147 第 8 章 平面机构的运动分析 148 8.1 用速度瞬心法对机构进行 速度分析 148 8.1.1 速度瞬心的数目 148 8.1.2 瞬心的位置 149 8.1.3 瞬心法在机构速度分析 中的应用 150 8.2 用相对运动图解法对机构 进行速度和加速度分析 152 8.2.1 同一构件上两点间的速度和 加速度分析 152 8.2.2 组成移动副的两构件瞬时重合 点间的速度和加速度分析 155 8.3 用解析法对机构进行速度 和加速度分析 159 8.3.1 矩阵法 160 8.3.2 复数矢量法 162 8.4 运动线图 163 习题与思考题 164 第 9 章 平面机构的力分析 167 9.1 机构的惯性力确定和动态 静力分析 167 9.1.1 构件惯性力的确定 168 9.1.2 机构的动态静力分析 169 9.2 机械传动中摩擦力的确定 171 9.2.1 移动副中摩擦力的确定 171 9.2.2 螺旋副中摩擦力的确定 174 9.2.3 转动副中摩擦力的确定 175 9.2.4 考虑运动副摩擦时机构的