機械原理（第二版）(2013年科學出版社出版的圖書)

成書過程

修訂情況

該書是在第一版的基礎上，依據中華人民共和國教育部高等學校機械基礎課程教學指導分委員會編制的《機械基礎系列課程教學基本要求》中“第二部分機械原理”的要求，結合有關課程改革的新成果修訂而成。該次修訂更正了第一版中存在的問題，適當刪減了部分較難掌握和理解的內容。

該書在編寫過程中參考了一些同類教材和著作。參加該書編寫的院校有：北京航空航天大學、北京石油化工學院、北京工業大學、北京印刷學院、北京建築工程大學、北京交通大學、北京林業大學、中國農業大學和北京化工大學，共9所院校。該書是在科學出版社毛瑩編輯的策劃和組織下編寫完成的，參與該書編寫的人員有：郭衛東（第0章、第7章）、劉占民（第1章）、趙京（第2章部分）、張曉玲（第2章部分、第3章）、王躍進（第4章）、竇蘊平（第5章）、李德才（第6章、第11章）、司慧（第8章）、張雲文（第9章）、張莉彥（第10章）。該書由郭衛東任主編，負責全書的統稿、修改和定稿工作。

出版工作

2013年3月1日，《機械原理（第二版）》由科學出版社出版發行。

出版工作人員及單位

責任編輯	責任校對	責任印製	封面設計
毛瑩	韓楊	徐曉晨	迷底書裝

內容簡介

該書共有11章，除緒論外，分別為：機構的組成原理、平面連桿機構分析與設計、凸輪機構及其設計、齒輪機構及其設計、輪系、其他常用機構、空間連桿機構及機器人機構、機械中的摩擦與機械效率、機械系統動力學基礎、機械的平衡和機構系統的運動方案設計。

教材目錄

前言

第0章緒論 1

0.1 機械原理研究的對象 1

0.1.1 機器及其特徵 1

0.1.2 機構及其特徵 2

0.2 機械原理課程研究的主要內容及方法 3

0.2.1 機械原理課程研究的主要內容 3

0.2.2 機械原理課程研究的方法 3

0.3 機械原理課程的地位、作用及學習方法 4

0.3.1 機械原理課程的地位和作用 4

0.3.2 機械原理課程的學習方法 4

思考題與習題 4

第1章機構的組成原理 5

1.1 機構的組成及機構運動簡圖 5

1.1.1 機構的組成要素——構件、運動副 5

1.1.2 運動鏈與機構 7

1.1.3 機構運動簡圖 8

1.2 平面機構的自由度 12

1.2.1 機構的自由度定義 12

1.2.2 機構具有確定運動的條件 12

1.2.3 平面機構自由度計算 14

1.2.4 平面機構自由度計算時的注意事項 16

1.3 平面機構的組成原理與結構分析 20

1.3.1 平面機構的組成原理 20

1.3.2 平面機構的結構分析 22

1.3.3 平面機構的高副低代 25

1.4 綜合實例 26

思考題與習題 28

第2章平面連桿機構分析與設計 31

2.1 平面連桿機構的類型、特點與套用 31

2.1.1 平面連桿機構的特點 31

2.1.2 平面四桿機構的基本形式與套用 32

2.1.3 平面四桿機構的演化形式與套用 35

2.2 平面連桿機構的工作特性 39

2.2.1 運動特性 39

2.2.2 傳力特性 42

2.3 平面機構的運動分析 44

2.3.1 平面機構運動分析的目的與方法 44

2.3.2 用速度瞬心法對平面機構進行速度分析 45

2.3.3 解析法及虛擬樣機仿真法作平面機構的運動分析 47

2.4 平面連桿機構的設計 50

2.4.1 平面連桿機構設計的基本問題 50

2.4.2 圖解法設計平面四桿機構 51

2.4.3 解析法設計平面四桿機構 55

2.4.4 實驗法設計平面四桿機構 58

思考題與習題 59

第3章凸輪機構及其設計 64

3.1 凸輪機構的套用及分類 64

3.1.1 凸輪機構的套用 64

3.1.2 凸輪機構的分類 65

3.2 從動件運動規律及其選擇 68

3.2.1 凸輪機構的工作循環及基本名詞術語 68

3.2.2 從動件常用運動規律 68

3.2.3 從動件運動規律的組合 72

3.2.4 從動件運動規律的選擇 74

3.3 圖解法設計凸輪廓線 75

3.3.1 凸輪廓線設計的基本原理 75

3.3.2 直動從動件盤形凸輪機構凸輪廓線的設計 75

3.3.3 擺動從動件盤形凸輪機構凸輪廓線的設計 78

3.4 解析法設計凸輪廓線 79

3.4.1 滾子直動從動件盤形凸輪機構凸輪廓線的設計 79

3.4.2 平底直動從動件盤形凸輪機構凸輪廓線的設計 81

3.4.3 滾子擺動從動件盤形凸輪機構凸輪廓線的設計 81

3.5 虛擬樣機法設計凸輪廓線 82

3.6 凸輪機構基本尺寸的確定 83

3.6.1 凸輪機構的壓力角 83

3.6.2 凸輪基圓半徑的確定 85

3.6.3 滾子半徑的選擇 86

3.6.4 平底寬度的確定 87

3.6.5 從動件偏置方向的確定 87

3.7 凸輪機構的計算機輔助設計 88

思考題與習題 91

第4章齒輪機構及其設計 94

4.1 齒輪機構的類型及特點 94

4.1.1 平面齒輪機構 94

4.1.2 空間齒輪機構 94

4.2 齒廓嚙合基本定律及漸開線齒廓 96

4.2.1 齒廓嚙合基本定律 96

4.2.2 漸開線的形成及其特性 97

4.2.3 漸開線函式及漸開線方程式 98

4.2.4 漸開線齒廓的嚙合特性 98

4.3 漸開線標準直齒網柱齒輪的幾何尺寸 99

4.3.1 齒輪各部分的名稱 99

4.3.2 齒輪的基本參數 100

4.3.3 漸開線齒輪的幾何尺寸計算 101

4.3.4 內齒輪和齒條 102

4.4 漸開線標準直齒圓柱齒輪的嚙合傳動 102

4.4.1 正確嚙合條件 102

4.4.2 正確安裝條件 103

4.4.3 連續傳動條件 104

4.5 漸開線齒廓的切削加工 107

4.5.1 漸開線齒廓切削加工的基本原理 107

4.5.2 根切現象及其產生的原因 110

4.5.3 標準齒輪無根切的最少齒數 111

4.6 變位齒輪概述 111

4.6.1 問題的提出 111

4.6.2 變位齒輪的概念 111

4.6.3 避免根切的最小變位係數 112

4.6.4 變位齒輪的幾何尺寸 112

4.6.5 變位鑿輪傳動 113

4.7 斜齒圓柱齒輪機構 116

4.7.1 斜齒網柱齒輪齒面的形成 116

4.7.2 斜齒圓柱齒輪的基本參數及幾何尺寸計算 116

4.7.3 斜齒網柱齒輪的當量齒數 119

4.7.4 斜齒網柱齒輪嚙合傳動 119

4.7.5 斜齒網柱齒輪傳動特點 120

4.7.6 交錯軸斜齒輪傳動 121

4.8 蝸桿蝸輪機構 122

4.8.1 蝸桿蝸輪機構傳動及特點 122

4.8.2 蝸桿蝸輪機構的正確嚙合條件 123

4.8.3 蝸桿蝸輪機構的基本參數及幾何尺寸計算 123

4.9 圓錐齒輪機構 125

4.9.1 網錐齒輪機構的傳動特點 125

4.9.2 網錐齒輪的背錐與當量齒數 125

4.9.3 網錐齒輪的幾何尺寸計算 126

思考題與習題 128

第5章輪系 131

5.1 輪系的組成及其分類 131

5.1.1 定軸輪系的組成 131

5.1.2 周轉輪系的組成及分類 131

5.1.3 混合輪系的組成 132

5.2 輪系的傳動比計算 132

5.2.1 定軸輪系的傳動比計算 132

5.2.2 周轉輪系的傳動比計算 133

5.2.3 混合輪系的傳動比計算 135

5.3 輪系的功用 137

5.3.1 獲得較大的傳動比 137

5.3.2 實現變速換向傳動 138

5.3.3 實現分路傳動 138

5.3.4 實現運動的合成 138

5.3.5 實現運動的分解 139

5.4 周轉輪系的設計及各輪齒數確定 141

5.4.1 傳動比條件 141

5.4.2 同心條件 141

5.4.3 裝配條件 142

5.4.4 鄰接條件 142

5.5 其他輪系簡介 143

5.5.1 漸開線步齒差行星齒輪傳動 143

5.5.2 擺線針輪傳動 145

5.5.3 諧波齒輪傳動 145

思考題與習題 146

第6章其他常用機構 150

6.1 棘輪機構 150

6.1.1 棘輪機構的基本形式和工作原理 150

6.1.2 棘輪機構的特點與套用 152

6.1.3 棘輪機構設計的若干問題 153

6.1.4 摩擦式棘輪機構簡介 156

6.2 槽輪機構 156

6.2.1 槽輪機構的組成及工作原理 157

6.2.2 槽輪機構的類型、特點及套用 157

6.2.3 槽輪機構的運動特性係數 159

6.2.4 槽輪機構的運動和動力特性 160

6.3 不完全齒輪機構 161

6.3.1 不完全齒輪機構的組成和丁作原理 161

6.3.2 不完全齒輪機構傳動的優缺點 162

6.4 不完全擺線針輪機構 162

6.4.1 不完全擺線針輪機構的組成及工作原理 162

6.4.2 不完全擺線針輪機構的嚙合與傳動特性 163

6.5 螺旋機構 164

6.5.1 螺旋機構的工作原理和類型 164

6.5.2 螺旋機構的傳動特點和套用 165

6.5.3 滾珠螺旋簡介 165

6.6 萬向聯軸節 167

6.6.1 萬向聯軸節的結構及其運動特性 167

6.6.2 雙萬向聯軸節 168

6.6.3 萬向聯軸節的特點與套用 169

思考題與習題 169

第7章空間連桿機構及機器人機構 171

7.1 空間機構的自由度 171

7.1.1 空間機構中構件的自由度與運動副的約束 171

7.1.2 空間機構的自由度計算 173

7.2 空間連桿機構解析運算的矩陣法基礎 174

7.2.1 空間坐標平移變換 174

7.2.2 空間坐標旋轉變換 175

7.2.3 空間坐標一般變換 176

7.3 空間RSSR四桿機構的運動分析 177

7.3.1 選定各坐標系及標定相關參數 177

7.3.2 位移方程的建立與求解 178

7.3.3 角速度與角加速度的求解 179

7.4 機器人機構 179

7.4.1 機器人機構的組成與運動要求 180

7.4.2 機器人主體機構的主要類型 181

7.4.3 三自由度機器人機構的位置問題 182

7.4.4 機器人的腕部和手部機構 l83

思考題與習題 185

第8章機械中的摩擦與機械效率 187

8.1 運動副中的摩擦與自鎖 187

8.1.1 研究運動副中摩擦的基本力學原理 187

8.1.2 移動副（平面和槽面）中的摩擦 188

8.1.3 轉動副中的摩擦 191

8.1.4 考慮運動副摩擦的機構的力分析與摩擦的套用 193

8.2 機械效率與自鎖 l96

8.2.1 機械效率的功率表達形式和力表達形式 196

8.2.2 機械系統的機械效率 198

8.2.3 機械效率與白鎖的關係 200

8.3 斜面傳動和螺旋傳動的機械效率 200

8.3.1 斜面傳動的效率與白鎖 200

8.3.2 螺旋傳動的效率與白鎖 202

思考題與習題 205

第9章機械系統動力學基礎 208

9.1 機械系統動力學問題概述 208

9.1.1 研究機械系統動力學問題的目的和內容 208

9.1.2 機械運轉的三個階段 208

9.1.3 作用於機械的外力 210

9.2 機械系統的等效動力學模型 211

9.2.1 轉化法的基本原理 211

9.2.2 等效量的一般表達式 213

9.2.3 轉化構件運動方程的兩種形式 217

9.3 機械真實運動的求解 219

9.3.1 等效轉動慣量和等效力矩為位置函式時機械運動的求解 219

9.3.2 特例——等效轉動慣量和等效力矩均為常數時機械運動的求解 220

9.4 機械運動速度波動的調節 221

9.4.1 周期性速度波動的衡量指標 221

9.4.2 周期性速度波動產生的原因 223

9.4.3 周期性速度波動調節的基本原理 224

9.4.4 飛輪轉動慣量的近似確定 224

9.4.5 機械運動非周期性速度波動的調節 229

思考題與習題 230

第10章機械的平衡 235

10.1 機械平衡的分類及方法 235

10.1.1 機械平衡的分類 235

10.1.2 機械平衡的方法 236

10.2 剛性轉子的平衡計算 236

10.2.1 剛性轉子的靜平衡計算 236

10.2.2 剛性轉子的動平衡計算 238

10.3 剛性轉子的平衡試驗 240

10.3.1 靜平衡試驗 240

10.3.2 動平衡試驗 240

10.3.3 轉子的許用不平衡量 241

10.4 撓性轉子的動平衡簡介 242

10.5 平面機構的平衡 243

10.5.1 機構慣性力的完全平衡 243

10.5.2 機構慣性力的部分平衡 246

思考題與習題 247

第11章機構系統的運動方案設計 250

11.1 機構系統運動方案設計概述 250

11.1.1 機構系統運動方案設計的任務與步驟 250

11.1.2 機構系統設計的創新途徑 252

11.2 基本機構的組合方式 255

11.2.1 機構的串接式組合 255

11.2.2 機構的並接式組合 256

11.2.3 機構的複合式組合 256

11.2.4 機構的反饋式組合 257

11.2.5 機構的疊連式組合 257

11.3 典型組合機構的分析與設計 258

11.3.1 連桿凸輪組合機構 258

11.3.2 凸輪齒輪組合機構 261

11.3.3 連桿齒輪組合機構 263

11.4 機構選型及機構系統運動方案設計 264

11.4.1 機構類型的選擇 264

11.4.2 機構系統運動方案設計的某些特殊要求 267

11.4.3 機構系統運動方案設計的基本原則 269

11.5 機構系統運動循環圖 272

11.5.1 機構系統運動循環圖及萁類型 272

11.5.2 機構系統運動循環圖的擬訂 275

11.6 機構系統運動方案設計實例 280

11.6.1 總功能分析 280

11.6.2 功能分解 281

11.6.3 運動轉換功能圖 281

11.6.4 形態學矩陣 282

11.6.5 運動循環圖 283

11.6.6 運動示意圖 283

思考題與習題 284

參考文獻 286

（註：目錄排版順序為從左列至右列）

教學資源

配套教材

《機械原理（第二版）》有配套用書——《機械原理教學輔導與習題解答（第二版）》。

書名	作者	出版社	出版時間	ISBN
《機械原理教學輔導與習題解答（第二版）》	郭衛東	科學出版社	2013年2月1日	9787030364975

課程資源

《機械原理（第二版）》配有慕課——“機械原理及設計”和“機械原理學習指導與習題解析”。

課程名稱	建設院校	授課平台
機械原理及設計	北京航空航天大學	中國大學MOOC
機械原理學習指導與習題解析	北京航空航天大學	中國大學MOOC

教材特色

該書進一步體現第一版所貫徹的以“設計為主線”的指導思想，在加強基礎理論、基本方法和基本技能培養的基礎上，以機構和機械系統設計為主線，注重機構和機械系統創新設計能力的培養。為體現“設計為主線”的思想，該書精簡了機構分析的有關內容。為體現“分析為設計服務”這一理念，該書將“機構的運動分析”內容歸入到“平面連桿機構的分析與設計”中，將“平面機構的力分析”歸入到“機械的摩擦與效率”中，並且其有關內容的多少和難易程度以滿足機構設計的要求為準則。為達到“機構和機械系統創新設計能力培養”的目的，書中在介紹機構的套用和設計實例的基礎上，重點突出了綜合設計實例和機構的創新設計，加強了機械系統運動方案設計，並將空間連桿機構和機器人機構引入到該書中，拓寬了機構分析和設計的廣度和深度。