本书为河南省“十四五”普通高等教育规划教材,是根据高等学校《机械原理课程教学基本要求》,并结合多年来的教学实践经验编写而成的。

全书共分为5篇。第1篇导论,内容以绪论为主;第2篇机构组成与运动分析,内容包括机构的结构分析、平面机构的运动分析;第3篇常用机构设计,内容包括连杆机构及其设计、凸轮机构及其设计、齿轮机构及其设计、轮系及其设计、其他常用机构;第4篇机械的动力设计,内容包括平面机构的力分析、机械的平衡、机械系统的运转及速度波动的调节;第5篇机械系统的运动方案设计,内容包括机械系统运动方案分析与设计方法、机械系统创新设计。

本书可作为普通高等学校机械类专业的教材,也可作为非机械类专业学生及相关工程技术人员的参考用书。

前言

第1篇导论

第1章绪论2

11机械原理课程的研究对象2

12机械原理课程的主要内容4

13机械原理课程的地位和学习本课程的目的5

14机械原理课程的学习方法5

第2篇机构组成与运动分析

第2章机构的结构分析8

21机构结构分析的基本内容8

22机构的组成及其分类8

23机构运动简图14

24平面机构自由度分析与计算16

25平面机构的组成原理和结构分析21

26空间机构自由度简介23

课后习题24

第3章平面机构的运动分析27

31机构运动分析的目的和方法27

32速度瞬心法27

33矢量方程图解法30

34矢量法35

35矩阵法37

课后习题38

第3篇常用机构设计

第4章连杆机构及其设计40

41连杆机构及其传动特点40

42平面四杆机构的基本类型和应用41

43平面四杆机构的基本知识46

44平面四杆机构的设计51

课后习题56

第5章凸轮机构及其设计60

51凸轮机构概述60

52凸轮机构的分类与应用61

53从动件的运动规律63

54凸轮轮廓曲线的绘制70

55凸轮机构的基本参数76

课后习题79

第6章齿轮机构及其设计81

61齿轮机构的特点及类型81

62齿轮的齿廓曲线82

63渐开线齿廓及其啮合特点83

64渐开线标准齿轮的基本参数和几何尺寸85

65渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动88

66渐开线齿廓的切制原理与根切现象93

67渐开线变位齿轮简介96

68斜齿圆柱齿轮传动100

69直齿锥齿轮传动104

610蜗杆传动107

课后习题110

第7章轮系及其设计112

71轮系及其分类112

72定轴轮系的传动比114

73周转轮系的传动比117

74复合轮系的传动比120

75轮系的功用121

课后习题124

第8章其他常用机构127

81棘轮机构127

82槽轮机构132

83不完全齿轮机构135

84螺旋机构137

85万向铰链机构139

课后习题141

第4篇机械的动力设计

第9章平面机构的力分析143

91机构力分析的目的和方法143

92构件的惯性力和惯性力矩分析144

93运动副中摩擦力的确定146

94考虑摩擦时机构的受力分析151

95机械的效率与自锁152

课后习题158

第10章机械的平衡160

101平衡的分类和方法160

102刚性转子的平衡计算161

103刚性转子的平衡试验163

课后习题165

第11章机械系统的运转及速度波动的调节167

111外力作用下的机械运转过程167

112机械系统的等效动力学模型168

113机械系统的运动方程及其求解170

114机械的周期性速度波动及其调节方法172

课后习题175

第5篇机械系统的运动方案设计

第12章机械系统运动方案分析与设计方法179

121概述179

122机械工作原理拟定与工艺设计之间的关系181

123执行构件的运动设计方法和原动机的选择182

124执行机构的选型与变异184

125机构的组合186

126机械系统方案的评价体系与方法187

课后习题189

第13章机械系统创新设计190

131创新设计的原理与方法190

132机构再生运动链创新设计191

课后习题199

参考文献200

机械原理是普通高等学校机械类各专业的一门重要技术基础课程。它在培养学生机械设计能力和创新能力所需的知识、能力与素质结构中, 占有十分重要的地位。通过学习机械原理知识,学生可以掌握机构学和机械动力学的基本理论、基本知识和基本技能,学会常用机构的分析和设计方法,并具有机械系统运动方案设计的初步能力。

为了更好地适应“新工科”教学改革需求,开展研究性教学与项目式教学改革的探索与实践,本书注重加强学生基础理论知识、机构分析与设计能力、创新思维与意识的培养,为学生从事机械设计、制造和开发奠定重要的专业技术基础。本书针对现代机械装备设计的发展要求,以提高学生创新设计能力为目标,优化章节体系与教学内容,不仅介绍机构分析与设计的基本原理和方法,还通过对实际案例的分析,提高学生解决实际问题的能力。

在内容编排上,本书按照“以设计为主线,分析为设计服务,落脚点是机械系统方案设计”的体系编写。全书共分为5篇,分别是导论、机构组成与运动分析、常用机构设计、机械的动力设计、机械系统的运动方案设计。在内容取舍上,本书注重了实用性与先进性的关系,舍弃了一些陈旧的传统内容,保留了实用性较强的内容,同时适当融入了一些学科前沿内容。在内容阐述上,本书按照由浅入深的认识规律,遵从突出重点、兼顾知识面的原则,图文并茂,清晰直观,力求通俗易懂,增强可读性;同时采用了二维码技术,读者可以通过扫描二维码来观看机构图片、动画或完成知识点测试,以加深对相关知识内容的理解。

参加本书编写的有:河南工业大学武照云(第1章)、丁浩(第2章21~25节、第4章、第12章121~124节)、申会鹏(第5章、第13章、第9章91~94节)、冯伟(第6章67~610节、第10章、第11章)、刘晓霞(第3章、第6章61~66节)、张海红(第8章)、任宁(第7章)、孟逵(第2章26节)、李广玉(第9章95节)、张月英(第12章125节)、河南职业技术学院李丽(第12章126节)。

本书由武照云任主编,负责全书的统稿、分工和定稿。

本书由阮竞兰教授担任主审,她对本书提出了许多宝贵意见,在此向阮老师表示衷心感谢!

本书在编写过程中,得到了河南工业大学机械设计系相关教师的热情鼓励与大力支持,他们对本书提出了许多宝贵的意见和建议。

本书在编写过程中参考了许多教材和著作,在参考文献中未能一一列出,在此一并向这些文献的作者表示诚挚的谢意。

由于编者水平有限,书中难免存在错误、疏漏之处,衷心希望广大同仁和读者批评指正。

编者