机械设计实用机构与装置图册（原书第5版） 下载 pdf 百度网盘 epub 免费 2025 电子书 mobi 在线

本图册第5版进行了全面修订，并增加了新内容，包括1600多张经典机械结构和机械装置图例，用简洁的语言进行注解、关键点提示。本书中的图例和注解都很有趣又充满智慧，可以激发读者的创造力。每个图例代表了一种设计理念，供设计师参考提炼并在新的或改进的机械、机械电子和机电一体化产品设计中应用。此中文翻译版为全本，包括内容有：机构设计基础，运动控制系统，固定和移动式机器人，再生能源生产机构，连杆驱动装置和机构，齿轮装置、驱动器和机构，凸轮、槽轮、棘轮驱动机构，离合和制动装置，锁紧、紧固、夹紧装置和机构，链条和带传动装置及机构，弹簧、螺纹装置和机构，联轴器及其连接，具有特定运动的设备、机构、机器，包装、运输、处理、安全机构和机器，转矩、速度、张紧和限制控制系统，气动、液动、电动、电子驱动仪器和控制，三维数字样机和仿真，快速原型，机械工程的新方向。

译者序

原版书前言

编者简介

第1章机构设计基础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34种不同的ABB工业机器人69

331IRB 240070

332IRB 6400RF70

333IRB 664070

334IRB 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

（ ）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57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13CST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51四连杆机构及其典型的工业应用108

527种连杆运输机构110

535种直线运动的连杆机构113

5412种伸展和收缩装置115

554种不同运动的连杆机构116

569种加速减速直线行程的连杆机构117

5712种放大短程运动的连杆机构119

584种平行连杆机构121

597种行程放大机构121

5109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137种流行的三维空间驱动机构129

51413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168种用于带离合器和制动器的连杆机构137

517具有 力传递性能的 柄摇杆

机构的设计139

518四连杆角运动设计142

519 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 柄滑块机构147

第6章齿轮装置、驱动器和机构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75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 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 线和方程191

第7章凸轮、槽轮、棘轮驱动机构71凸轮控制的行星轮系196

725种行程放大机构197

73凸轮 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87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9116种弹簧锁、肘节和触发机构254

9214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920种螺纹装置309

1110应用螺纹机构的10种方式312

11117种特殊的螺纹装置313

111214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 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710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1010种不同的花键连接332

121114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59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1518种不同的液体和真空泵385

131610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57种基本的零件筛选机构405

14611种零件传送机构406

1477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1713D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3CAD产品特点498

17143D数字模型与快速原型498

17152D图样继续发挥作用499

17163D数字样机软件中工具的功能499

17173D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

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前言

这是一本包括了机械结构和机械装置过去、现在和未来的机械工程参考书的第5版。与大多数工程类教科书注重用理论和数学公式来对独特的装置进行表述相比，本书特色是使用清晰的图示和简洁的描述。这本书包含了1600多张详细的机构图，能引起读者强烈的兴趣。希望书中图例的注解部分能帮助读者理解相关领域的一些基本概念，无论这些领域读者是熟悉，还是不熟悉。

书中的机构图和注解都很简单、有趣，并且充满智慧，也许书中的某一部分机构可以激发读者的创造力，使读者将它们提炼后应用于新的机械设计中或者重新进行机械设计。它们可以提供读者意想不到的解决方案，因为它们通常在现代产品的内部无法被观察到。电子电路和计算机的发展已替代了许多早期机械结构的应用，它们在减少产品价格的同时还可以提高产品的可靠性和工作效率。

尽管如此，许多被替代的机械零部件依然应用在不同的场合，在经过尺寸和材料的改变后以不同的结构形式和不同的功能应用于其他产品中，取得了良好表现。

经典的、经过时间检验的机构和机械装置似乎逐渐在消失，但其实它们只是以其他机构形式和应用出现。任何相信所有机构可以被电子电路取代的人只需检视一下自动上弦机械表、数码照相机、电子稳定轿车和巡航系统的复杂性就会了解这一点。

本书用图例的方式介绍了经典机械装置和 新的结合机械和电子的机电一体化装置，是读者个人技术书库的图书，并且提供了一种令人满意的方式，使读者快速了解新的知识领域或者快速拾起过去学过的知识。此外，希望这本书可以激励读者通过相关网站更新感兴趣主题的其他知识。

这本书哪些部分是新增的？

这本书的第5版新增了3章内容：第3章固定和移动式机器人，第4章再生发电机构和第17章3D数字样机和仿真。第18章快速原型进行了更新和全面的修订，一些新的文献被增添到第5章至第16章，使其成为本书的核心部分。第13章具有特定运动的装置、机构和机器添加了5篇新文献内容，也是本书核心的一部分。另外，第19章机械工程领域新的发展方向也增加了5篇新文献内容。

一些章节的快速浏览

第1章是关于基本的机械结构的内容，解释了一些机构的原理，包括斜面、千斤顶、杠杆、连杆、齿轮、滑轮、凸轮和离合器——在现代机械中的所有零件。另外，还列出了常用的机械术语。

第2章是关于运动控制的内容，用图和文字介绍了开环和闭环系统。另外，对组成现代自动机器人和机电一体化系统的关键机械零件、机电和电子元器件也进行了图文并茂的介绍，它们包括执行器、编码器、伺服电动机、步进电动机、旋转变压器、电磁阀和转速表。这章也列出了运动控制术语。

第3章是关于机器人的新探讨，包括对固定工业机器人和各种移动机器人的概述。对4种 新工业机器人的外形尺寸和主要技术参数进行了图文并茂的介绍。另外，对7种移动机器人采用图示和介绍主要技术参数的方式进行了描述。它们可以分别在火星、地球、空中和海底工作。本章其他部分讲述创新的NASA机器人，它可以攀爬、爬行、跳行和从悬崖上攀下。另外，本章还列出了普通机器人术语。

第4章是新增加的部分，描述进行无碳再生能源发电的主要方式，它们本质上都是靠机械来实现的，依靠风能、太阳能和自然界水的流动等免费能源来驱动。本书图文并茂介绍的例子有风力涡轮发动机及其工厂，4种不同的太阳能热电厂的概念，利用潮沙和海浪能源等方式。对这些工厂的上上下下都进行了陈述，目的是提醒读者注意它们所处的位置、工作效率、公众接受程度、备用能源和与电网的连接。本章还列出了风力涡轮机术语。

第17章也是新添加的内容，介绍了计算机软件的 新成果，使在电脑屏幕上进行3D新产品设计和旧产品改进变为可能，这些软件可以对产品虚拟模型用不同颜色的"片或块"来处理，并重新定义它的尺寸，以便完成机械设计，这些设计本身还包含了制造工艺参数。通用的仿真软件可以对一个模型进行虚拟机械和多物理场应力分析来验证设计和材料选择的正确性，而不需要制造出一个实体模型去检验。本章还列出了CAD/CAE术语。

第18章，是对上一章快速原型部分的进一步介绍，用图文并茂的方式叙述了国3D实体成型添加和消减过程的创新成果和一些新内容。用软的或硬的材料来进行快速原型，以便评判它们的实用性。当其他一些样品被制造出来进行实验室应力测试的时候，快速成型造出的样品已经开始展示了。另外，快速成型的新应用有旧机器替换零件、专业刀具和铸造模具的塑性加工。

第19章是对机械工程领域中 新研究成果的汇集和更新。这些成果包括微机电系统（MEMS）的 新发展，碳的同素异形体和纳米管实际应用的进展，以及石墨烯应用于透明薄片、强力纤维、电缆、电容器、电池、弹簧和晶体管等产品领域取得的进步。其他成果包括正在研究发展的电子显微镜和正在策划的月球电动车。

本书的核心章节是第5章到第16章，这些章节珍藏了各行各业收集到的、经过实际验证了的、经典的机械结构和机械装置图与介绍。这些经过修订的珍藏可以为工程师、设计师、教师、学生和对各种机械感兴趣的人提供有价值的参考。新增添的内容包括了精密的线性驱动器、多边形连接机构、滑动离合器、形状记忆合金锁紧装置和提高海水淡化效率的能量交换器。

本书详细的索引（中文版略去）可以使读者很容易找到书中专用机械结构、机械装置、零件和系统介绍的内容。

面对客观现实的工程选择

可再生能源与矿物燃料发电

在关于可再生能源发电的第4章讨论了产生无碳电网发电的三种 可靠机械方法。风力涡轮发电和聚光太阳能发电（CST）都是政府部门 适宜的候选发电方脑式。本书图文并茂地介绍了这些技术，并对它们的结构也从上到下地进行了叙述。利用海浪和潮沙也可以产生电能，但是这方面的技术远远落后于风能和聚光太阳能发电。

美国政府对建立再生能源发电厂提供经济补助，目的是为了减少大气层中使全球气候变暖的二氧化碳（C02）的排放。政府已经将使无碳、非水力发电厂所占的比例从现在的396提高到2020年时的2096作为目标。风能和聚光太阳能发电厂 契合这个发展目标，但是很多人担心建造这些工厂和淘汰矿物燃料发电厂，可能危害到电力工业满足国家对于低价、便于获得的电能的日益增长的需要。

因为无法将远离城市地区由再生能源产生的过量电力通过电网传输到耗电量大的大都市，产生再生能源的资源会被过分消耗。当没有了风或者太阳落山的时候，这些工厂必须提供备用的发电或电能来满足电网的供电需求。这些备用电源包括电池组、在融化的盐罐中储存的热能以及蒸汽发电机，但是由于工厂电能输出和气候变化因素的影响， 佳备用电源的选择无法确定。

数字3D与快速原型

近年来计算机软件的发展使在计算机上以3D的形式将抽象概念设计成为实体形式的产品成为可能。3D数字成型或建模的过程可以是一个初始的设计或者是从其他资源导入。软件可以分解3D图形，在同一个屏幕上分解的3D图形的形状、材料和形式在重新装配或改进产品设计前都是可以改变的。设计者可以和其他专家一起合作实现有效的设计。在产品被制造前，其设计是很容易进行调整的。

虚拟的仿真软件可以让3D数字成型实现虚拟的一个或多个应力测试，结果以带颜色的图形在计算机屏幕上显示出来。这些仿真包括机械和物理应力，这些仿真结果和在实验室中实验的结果很接近，在很多情况下，实验可以省略。这将减少制作实体样机所需要的时间和费用，也可以加快整个设计的过程，缩短上市周期。

然而，有许多因素决定了实体样机的必要性。有个实体样机的优点是便于检查，使所有与之相关的设计者和做市场的人员有机会对它进行评价。而且，一些产品需要对实体样机进行强制性实验，以确保其适合工业和消费者的安全标准。因为可以减少制作样机的成本，快速成型技术越来越广泛地得到接受。

实体样机可以用蜡、光敏聚合物，甚至是金属粉末作为原料，但是作为实验室实验的实体或者是实体的替代零件，可以用激光融化的金属粉末来制造。在热处理后它们可以获得与机械加工或铸造零件相当的强度。快速成型取决于CAD图中的尺寸，这些尺寸使软件控制快速成型机器对材料进行增加或消减。

本书的来源

从第4章到第16章的很多图片和说明 初来自于国内外一些50年前或者更多年前的工程期刊。它们 初被选择和出版可以追溯到20世纪50年代到60年代麦格劳-希尔教育出版集团出版的三本参考书中O Douglas C.Greenwood是当时麦格劳-希尔教育出版集团《生产工程》期刊的编者。作为后来的这本书第1版的编辑，Nicholas Chironis从那些书中选择了他认为值得保留下来的说明和图片。他把它们看做是成功设计理念的典范，可以被重复地用于新的或者改进的产品中，也是工程师、设计师和学生的宝贵资源。

这本书随后的4版中加入了新的图片和说明，对旧的内容进行了必要的重新修订，一些内容被删除，所有原有的标题都重新进行了修订，以便提高可读性和风格的一致性。所有的图例都是无量纲的，为了适应新的应用，它们的尺寸都可以进行相应的调整。对于制造商和出版社不再存在的参考文献进行了删除，但是可用的发明者的名字进行了保留，这对那些希望了解发明者专利情况的读者有用。本版书中所有提到的政府、学术实验室和制造商都有网址，可以去网上查找一些特定问题的进一步信息。

关于插图

除了从早期出版物和从实验室获得或制造商提供的一些插图外，本书的其他插图均是作者用台式计算机画的。这些图来源于书、期刊和网站。作者相信清楚的3D或者线框图，比那些带有额外和不清楚细节的图片能更快捷有效地交流工程信息。

致谢

感谢以下公司和机构允许我选用带有版权的插图，并以各种方式提供其他有价值的技术信息和在准备本版书时所有有用的信息：

·ABB机器人，奥本山，密歇根州

·桑迪亚国家实验室，桑迪亚公司，阿尔伯克基，新墨西哥州

·spaceClaim公司，康科德，马萨诸塞州

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