本单行本为《机构、机架与箱体》，主要介绍机构的基本概念和分析方法、机构选型范例、连杆机构设计、共轭曲线机构设计、凸轮机构设计、其它机构（棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构）设计、组合机构设计、并联机构设计、机构系统方案设计等；机架的结构设计基础、框架式及梁柱式机架的设计计算、齿轮传动箱体及压铸式箱体的结构设计和设计计算等。

   《机械设计手册第5版单行本》系列图书是以曾荣获中国出版政府奖提名奖，中国机械工业科学技术奖一等奖等国家及行业重量级奖项的《机械设计手册第5版》为基础，本着方便读者查阅、降低读者购买成本为宗旨而出版的经典再版图书。本套丛书共29分册，内容涵盖机械常规设计、机电一体化设计与机电控制、现代设计方法及其应用等内容，具有系统全面、信息量大、内容现代、凸显创新、实用可靠、简明便查、便于携带和翻阅等特色。
　　书供从事机械设计、制造、维修及有关工程技术人员作为工具书使用，也可供大专院校的有关专业师生使用和参考。

      人类社会正迈入知识经济时代，以知识为依托的科学技术在当今社会发展过程中正在发挥着越来越重要的作用。科学技术成果的研究与开发及其广泛应用是当今，也是未来推动经济发展和社会进步的至关重要的因素。依靠科技进步振兴装备制造业是使我国由制造大国过渡到制造强国的核心因素和关键。
　　发展装备制造业离不开产品的研究与开发及设计。机械产品设计正由传统设计模式向现代设计模式转变，现代设计的特点是广泛采用计算机技术，着力应用智能化设计、数字化设计、网络化设计、绿色化设计及系统化设计的综合技术。机械设计手册的编辑与出版，充分地展现了现代设计的特点，是现代设计不可缺少的工具和手段。
　　本版手册在科学发展观和自主创新设计的理念引领下，进行了较大篇幅的修改和补充，为我国现代机械产品自主创新设计提供了保障。例如，在手册中重点介绍了产品绿色设计、和谐设计与系统化设计，也介绍了产品的创新设计等内容，这有利于产品设计师们采用手册中介绍的内容和方法开展产品开发。
　　本版手册汇总了大量的原始数据和设计资料，以及在产品设计时必须采用技术标准，同时还介绍了设计中许多不可缺少的相关设计知识。因此，可以说手册是设计师们在产品设计过程中所必需的数据库和知识库，目前它已成为产品研究与开发的“利器”及其他设计器具无法取代的重要的设计工具，这不仅在现在，而且在将来也会发挥其积极的作用。
　　本版手册系统地叙述了机械设计各专业的主要技术内容，归纳和总结了新中国成立以来我国机械领域取得的成就和经验，不少新内容是本手册编者们研究得到的，此外，还吸取了国外的若干先进科学技术，其内容丰富，实用性强，前4版出版后，受到了社会各界的重视和好评，作为国家级重点科技图书和机械工程方面的最具权威的大型工具书，曾获得全国优秀图书二等奖、机电部科技进步二等奖、全国优秀科技畅销书奖，1994年曾在台湾建宏出版社出版发行，它在机械产品设计中起着十分重要的作用，目前已成为各行业，尤其是机械行业各技术部门必备的工具书。
　　在本版手册的修订过程中，我们努力贯彻了“科学性、先进性、实用性、可靠性”的指导思想。广泛调研了厂矿企业、设计院、科研院所、高等院校等多方面的使用情况和意见。对机械设计的基础内容、经典内容和传统内容，从取材、产品及其零部件的设计方法与计算流程、设计实例等多方面进行了深入系统的整合，同时，还全面总结了当前国内外机械设计的新理论、新方法、新材料、新工艺、新结构、新产品、新技术，特别是在产品的综合设计理论与方法、机电一体化及机械系统自动控制技术等方面作了系统和全面的论述和凝炼。相信本手册会以崭新的面貌展现在广大读者面前，她对提高我国机械产品的设计水平，推进新产品的研究与开发、老产品的改造，以及产品的引进、消化、吸收和再创新，进而促进我国由制造大国向制造强国转变，发挥其积极的作用。
　　本版手册分6卷52篇。第1卷：常用设计资料；第2卷：机械零部件设计（连接、紧固与传动）；第3卷：机械零部件设计（轴系、支承与其他）；第4卷：流体传动与控制；第5卷：机电一体化及控制技术；第6卷：现代设计理论与方法。在撰写过程中，贯彻和采用最新技术标准和国际新标准，最大限度地充实和更新技术内容，凝炼和总结机械设计的最新成就和经验，尽力地吸取国外的先进科学技术，努力反映当代机械设计的最新水平，更好地为现代机械设计服务；在取材和选材过程中，尽量压缩对基本原理的介绍，避免在手册中出现教科书的叙述方式，特别强调要采用手册化、表格化的设计流程。删除一些可要可不要的内容，以及应用面相对较窄和尚未用于实际的研究性内容。力求使各篇章内容构成有机的整体，既要考虑到各篇的系统性，又要照顾全书的统一性，尽量避免不必要的重复；在各类零部件设计计算中，要增加结构图和应用实例口在部件设计选用中，应适当提供可选用的产品的结构及其安装尺寸、主要技术参数等，给设计和选用创造方便的条件；所有计算方法和数据都要准确、可靠、无误，重要的要注明来源；对相近标准的数据和表格尽量予以合并、采用双栏排版、摘其所要等形式予以编写，以使该手册采用较少的篇幅而编入较多的内容。
　　手册的第5版是在前4版的基础上，着力在以下几个方面作了修订：
　　一、在贯彻落实推广标准化技术方面
　　手册全部内容贯彻和采用了2010年1月以前颁发的最新国家标准、行业标准和相关的国际新标准，最大限度地充实和更新标准化技术的内容。本次修订为历次修订中标准更新规模最大的一次，例如：机械工程材料部分更新的标准达162个，流体传动与控制部分更新的标准有150多个。更换的标准中有许多是机械行业的重要标准，如GB/T786.1—2009流体传动系统及元件图形符号和回路，GB/T10095.1～2—2008圆柱齿轮精度制，GB/Z18620.1～4—2008圆柱齿轮检验实施规范等。
　　二、在新的设计计算方法方面
　　按照GB/T3480.1～5—1997渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法、GB/T10300.1～3—2003锥齿轮承载能力计算方法重新构建了实用、合理的齿轮设计体系。对圆柱齿轮和锥齿轮均按照初步确定尺寸的简化计算、简化疲劳强度校核计算和一般疲劳强度校核计算编排设计计算方法，以满足不同场合不同要求的齿轮设计需求。增加了齿轮齿廓修形和齿顶修缘的内容，给出了修形计算公式和确定修形量的方法。
　　在滚动螺旋传动中按最新的国家标准GB/T17587.4～5—2008滚珠丝杠副轴向静刚度、轴向静载荷与动载荷，整理更新了滚珠丝杠传动选用和评估计算方法。
　　根据机构学的最新发展，考虑到近年来并联机器人和并联机床的快速发展和应用，特地另辟一章，编入并联机器人和并联机床的运动学和动力学分析、典型并联机器人和并联机床的类型和应用选型，这是在大型工具书中首次载入。增加了机构系统方案的构思与拟定并例举了典型实例，对机构设计与选用起到综合和运用的作用。
　　三、在新材料、新元器件、新产品等方面
　　在新材料方面，编入了新型工程材料——钛及钛合金，该种材料具有低密度、高熔点、高比强度、耐腐蚀性好、高低温特性好、生物相容性好、具有形状记忆特性等优点，在航空航天、海洋开发、化工、冶金、生物技术、汽车工程、食品、轻工等工业技术领域的装备制造中有重要用途。编入了有“21世纪绿色材料”之称的镁及镁合金，该种材料在轻量性、比强度、导热性、减振性、储能性、切削性、尺寸稳定性以及可回收性等方面具有独特的优点。编入了GB/T20878—2007不锈钢和耐热钢牌号及化学成分，该标准是一个全新标准，它规定了143个牌号的化学成分及部分牌号的物理性能参数与国内外标准牌号的对照，在各种手册中未见编入。
　　在新元件、新产品方面，在减速器和变速器篇中，增加了平面二次包络蜗杆减速器（GB/T16444—2008）、新型的锥盘环盘式无级变速器、XZW型行星锥轮无级变速器，在大型工具书中首次编入了用于高档轿车的新型金属带式无级变速器，以及其他相关的设计资料。
　　流体传动与控制卷在内容和产品方面作了大幅度的更新，编入了液压气动领域中的最新开发的各类元器件，为流体传动与控制系统的设计、运行和维护提供全面的技术支撑。为满足不同层次用户的需要，分别引入了国内主流品牌（含台湾知名品牌HP）以及国际知名品牌的产品，如液压传动中的德国（Rexroth）、美国（Vickers）、日本（Yuken）、意大利（Atos）等品牌产品；液压控制系统中的德国（Fosto）、美国（Moog、Vickers、Dowry）等品牌产品；气压传动中的德国（Fosto）、日本（SMC）等品牌产品。
　　编入了最新出现的具有广泛应用前景的液压元件——螺纹插装阀系列产品，增加了液压伺服油缸等相关新产品，大幅度增加了最新出现的适应性强的各类液压辅件。增加了以气流引射原理制造的真空发生器等气动系统常用的真空元器件。
　　四、在机电一体化设计与控制技术方面
　　机械技术与电子技术相结合已经成为当前装备制造业的主流和发展趋向，机电一体化是现代机械和技术的重要典型特征之一，为适应机电一体化技术的应用，本版手册对该方面的内容作了重新编排和大量充实，专辟一卷为机电一体化及控制技术等内容进行较系统和全面的叙述。
　　在机电一体化技术及设计篇中，以典型机电一体化产品的五大组成部分的技术要点作主线进行编写，并以产品设计为背景组织内容，并编入了多个综合性设计实例。
　　机器人是机电一体化特征最为显著的现代机械系统，从实用性的角度介绍了工业机器人技术中的本体、驱动、控制、传感等共性技术，结合喷涂、搬运、电焊、冲压、压铸等工艺，介绍了机器人的典型应用。另外对视觉机器人、智能机器人等作了实用性的介绍。
　　微机电系统（MEMS）是20世纪80年代中后期出现的微电子技术与机械技术及生物、物理、化学等学科相交叉的一种新技术，它不仅是机械学科发展的前沿方向之一，也逐渐形成了产业。顺应高新技术发展潮流，设专篇撰写微机电系统，这在大型工具书中尚属首次。本篇重点编入了MEMS制造技术和设计技术。
　　激光加工目前已经成为一种有效的重要先进制造技术。手册以激光加工技术的最新成果为素材，编写了各种激光加工的原理、工艺及其应用，其中包括在打孔、切割、焊接、淬火、熔覆与合金化中的应用和激光加工中的安全防护等。
　　同时，对机电系统控制、数控技术、机械状态监测与故障诊断技术和电动机、电器与常用传感器等内容，简化原理、突出应用、扩充实例、引用最新成果作了编写。
　　五、在凝炼和推广现代设计理论与方法方面
　　针对现代机械产品设计的新方法和新技术存在的多样性和复杂性问题，本版手册以现代机械产品设计的总目标和建立其设计方法新体系为主旨，从先进性、系统性和实用性的角度，对产品的设计理论与方法作了系统总结和介绍。本版手册按新的分类共编入了21种现代设计方法，可以说是集现代设计方法之大全。
　　在现代设计理论与方法综述篇中，介绍了机械及机械制造技术发展总趋势，国际上有影响的主要设计理论与方法，产品研究和开发的一般过程和关键问题，现代设计理论的发展和根据不同的设计目标对设计理论与方法的选用。首次采用系统工程的方法对产品设计理论与方法做了分类，克服了目前对产品设计理论与方法的叙述缺乏系统性的不足。
　　创新设计是现代机电产品提高竞争力的重要技术和方法。该篇在概要介绍创新设计的基本理论、创新思维、创新技法的基础上，基于国际上著名的发明问题解决理论（TRIZ）就情景分析、理想设计、创新设计中的技术进化和技术预测、冲突以及冲突解决原理、物质一场模型方法等介绍了创新设计的系统化方法。介绍了29种创新思维方法，30种创新技术，40条发明创造原理，并通过大量应用实例开拓创新设计思路。
　　绿色设计是实现低资源消耗、低环境影响、低碳经济的重要技术手段。该篇系统地论述绿色设计的概念、理论、方法及其关键技术。结合编者多年的研究实践，并参考了大量的国内外文献及其最新研究成果，通过介绍绿色设计的概念、材料选择、拆卸回收产品设计、包装设计、节能设计和绿色设计体系及评价方法，对绿色设计进行系统、简明的论述，并给出了绿色设计在上述几个方面的典型案例。这是在工具书中首次全面和系统地论述绿色设计，为推动工程绿色设计的普遍实施具有指引作用。
　　本版手册对机械系统的振动设计及噪声控制、机械结构有限元设计、疲劳强度设计、可靠性设计、优化设计、计算机辅助设计等比较成熟的现代设计方法和技术，本着简明化、实用化的原则，做了全面修订和充实，吸收了最新研究成果，增加了系列应用实例。例如，机械系统的振动设计及噪声控制中，增加了非线性系统中的等效线性化和多尺度法；机械可靠性设计篇编入了机构运动可靠性设计理论和方法、可靠性灵敏度分析方法等最新成果；在机械优化设计篇中，增加了模糊优化设计等新内容。
　　另外，对机械系统概念设计、虚拟设计、智能设计、并行设计与协同设计、反求设计、快速反应设计、公理设计和质量功能展开（QFD）设计、和谐设计等设计领域的前沿方法分别作了实用化介绍，以进一步拓展设计思路。
　　在本版手册最后一篇，系统介绍了现代机电产品的综合设计方法。该方法是一种基于系统工程的产品深层次的综合设计理论和方法。它以产品功能设计、性能设计和产品质量检验和评估为基本目标，将产品设计过程分为准备阶段、规划阶段、实施阶段和设计质量检验阶段等四个阶段，以准备阶段的3I调研、规划阶段的7D规划、实施阶段的深层次1+3+X综合设计和设计质量检验阶段的3A检验为基本要点构成综合设计法的完整技术体系。本版手册首次对该设计法作了系统论述，并给出了大型综合应用实例。
　　在本版手册编写中，为便于协调，提高质量，加快编写进度，编审人员以东北大学的教师为主，并组织邀请清华大学、上海交通大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、天津大学、华中科技大学、西安交通大学、大连理工大学、东南大学、同济大学、重庆大学、上海大学、合肥工业大学、大连交通大学、苏州大学、西安建筑科技大学、沈阳工业大学、沈阳理工大学、重庆理工大学、机械科学研究总院、中国科学院沈阳自动化研究所、中国科学院长春精密机械及物理研究所、合肥通用机械研究院、沈阳液压件制造有限公司、大连液力传动机械厂、天津工程机械研究所等单位的专家、学者参加。
　　在本手册第5版出版之际，向著名机械学家、本手册创始人、历次版本的主编徐灏教授致以崇高的敬意，向历次版本副主编邱宣怀教授、蔡春源教授、严隽琪教授、林忠钦教授、余俊教授、汪恺总工程师、周士昌教授表示崇高的敬意，向参加本手册历次版本的编写单位和人员表示衷心感谢，向在手册编写、出版过程中给予大力支持的单位和社会各界朋友们表示衷心感谢，特别感谢机械科学研究总院、郑州机械研究所、沈阳铝镁设计研究院、北方重工集团沈阳重型机械集团有限责任公司和沈阳矿山机械集团有限责任公司、沈阳机床集团有限责任公司、沈阳鼓风机集团有限责任公司及国家标准馆沈阳分馆等单位的大力支持。
　　由于水平有限，手册难免有一些不尽人意之处，殷切希望广大读者批评指正。

      闻邦椿，现为东北大学教授、博士研究生导师、东北大学机械设计及理论研究所名誉所长，东北大学“重大机械装备设计与制造关键共性技术创新平台”985工程建设的首席教授。1997年当选为中国科学院院士。现任国际转子动力学技术委员会委员、国际机器理论与机构学联合会中国委员会委员。

第11篇机构
第1章机构的基本概念和分析方法
1常用名词术语11-3
2运动副的表示方法11-3
3机构运动简图11-5
4机构自由度11-11
4.1平面机构自由度11-11
4.2空间机构自由度11-14
4.2.1单闭环空间机构11-14
4.2.2多闭环空间机构11-14
5平面机构的结构分析11-17
5.1高副替换成低副11-17
5.2杆组及其分类11-17
5.3平面机构级别的判定11-19
6平面机构的运动分析11-20
6.1E级机构的运动分析11-20
6.2高级机构的运动分析11-24
7平面机构的动态静力分析11-25
7.1机械工作过程中所受的力11-26
7.2E级机构的动态静力分析11-26


第2章机构选型
1匀速转动机构11-29
1.1定传动比转动机构11-29
1.1.1摩擦传动机构11-29
112齿轮轮系传动机构11-30
1.1.3平行四杆机构11-32
1.1.4联轴器与转动导杆机构11-33
1.2可变传动比转动机构11-34
1.2.1有级变速传动机构11-34
1.2.2元级变速传动机构11-35
2非匀速转动机构11-37
2.1非圆齿轮机构11-37
2.2双曲柄四杆机构11-38
2.3转动导杆机构11-38
2.4组合机构11-39
3往复运动机构11-40
3.1曲柄摇杆往复运动机构11-40
3.2双摇杆往复运动机构11-41
3.3滑块往复移动机构11-42
3.4凸轮式往复运动机构11-43
3.5齿轮式往复运动机构11-45
4行程放大和可调行程机构11-45
4.1行程放大机构11-45
4.2可调行程机构11-48
4.2.1棘轮调节机构11-48
4.2.2偏心调节机构11-49
4.2.3螺旋调节机构11-50
4.2.4摇杆调节机构11-50
5间歇运动机构11-51
5.1间歇转动机构11-51
5.1.1棘轮间歇机构11-51
5.1.2槽轮间歇机构11-52
5.1.3凸轮间歇机构11-54
5.1.4不完全齿轮间歇转动机构11-55
5.1.5偏心轮分度定位机构11-55
5.2间歇摆动机构11-55
5.2.1单侧停歇摆动机构11-55
5.2.2双侧停歇摆动机构11-56
5.2.3中途停歇摆动机构11-57
5.3间歇移动机构11-57
5.3.1单侧停歇移动机构11-57
5.3.2双侧停歇移动机构11-58
5.3.3中途停歇移动机构11-58
6换向、单向机构11-59
6.1换向机构11-59

       出版说明◆
　　《机械设计手册》（6卷本），自1991年面世发行，已四次更新，2010年第5版已经出版发行。截止2014年，手册累计发行35万套。作为国家级重点科技图书的《机械设计手册》，深受广大读者的欢迎和好评，在全国具有很大的影响力。该书曾获得中国出版政府奖提名奖（2013年）、中国机械工业科学技术奖一等奖（2011年）、全国优秀图书奖二等奖（1995年）、机械工业部科技进步奖二等奖（1997年），并多次获得全国优秀畅销书奖等奖项。1994年《机械设计手册》曾在台湾建宏出版社出版发行，在海外产生广泛影响。《机械设计手册》已成为机械设计领域的一种品牌大型工具书，已成为机械工程领域最具权威和最具影响力的大型工具书。
　　《机械设计手册》第5版是一部6卷本、共52篇的大型工具书。它与前4版相比，无论在体系上还是内容方面都有很大的变化。《机械设计手册》第5版在前4版的基础上，编入了国内外机械工程领域中的新标准、新材料、新工艺、新结构、新技术、新产品、新设计理论与方法，并重点充实了机电一体化系统设计、机电控制与信息技术、现代机械设计理论与方法等现代机械设计的最新内容。该版手册体现了国内外机械设计发展的最新水平，它精心诠释了常规与现代机械设计的内涵、全面荟萃了常规与现代机械设计的精华，它将引领现代机械设计创新潮流、成就新一代机械设计大师，为我国实现装备制造强国梦做出重大贡献。
　　《机械设计手册》第5版的主要特色是：体系新颖、系统全面、信息量大、内容现代、突显创新、实用可靠，简明便查。应该特别指出的是第5版手册具有高的科技含量和大量技术创新性的内容。手册中的许多内容都是编著者多年研究成果的科学总结。这些内容中有不少是国家863、973、985、科研重大专项，国家自然科学基金重大、重点和面上资助项目，有不少成果曾获得国际、国家、部委、省市科技奖励、技术专利，充分体现了手册内容的重大科学价值与创新性。如闻邦椿院士经过数十年研究创建的振动利用工程新学科，手册中编入了该类机械设计理论和方法。又如产品综合设计理论与方法是闻邦椿院士在国际上首先提出并依据八本专著综合后首次编入手册。该方法已经在高铁、动车及离心压缩机等机械工程中成功应用，获得了巨大的社会效益和经济效益。以综合设计方法作为手册的收尾篇是对所有设计容的系统化综合和运用，并对现代化大型机械产品的设计起到引领作用。闻邦椿院士在国际上首次按系统工程的观点对现代设计方法进行了分类，并由此选编了21种现代设计方法，构成了科学地论述和编纂现代设计理论与方法的专卷（手册第6卷），可谓之现代设计方法之大全。创新设计是提高机械产品竞争力的重要手段和方法，本版手册编入了29种创新思维方法、30种创新技术、40条发明创造原理。列举了大量的应用实例，为引领机械创新设计作出了示范。
　　在《机械设计手册》历次修订的过程中，出版社和作者都广泛征求和听取各方面的意见，广大读者在对《机械设计手册》给予充分肯定的同时，也指出《机械设计手册》版本厚重，不便翻阅和携带，希望能出版篇幅较小、针对性强、便查便携的更加实用的单行本。为满足读者的需要，出版社于2007年首次推出了《机械设计手册》第4版单行本。该单行本出版后很快受到读者的欢迎和好评。《机械设计手册》第5版已经面市，为了使读者能按需要、有针对性地选用《机械设计手册》第5版中的相关内容并降低购书费用，机械工业出版在总结《机械设计手册》第4版单行本经验的基础上推出了《机械设计手册》第5版单行本。
　　《机械设计手册》第5版单行本保持了《机械设计手册》第5版（6卷本）的优势和特色，依据机械设计的实际情况和机械设计专业的具体情况以及手册各篇内容的相关性，将原手册的6卷52篇进行精选、合并、重新整合为22个分册，分别为：《常用设计资料与零件结构设计工艺性》、《机械工程材料》、《零部件设计常用基础标准》《连接、紧固与弹簧》、《带、链、摩擦轮与螺旋传动》、《齿轮传动》、《减速器和变速器》、《机构、机架与箱体》、《轴及其连接件》、《轴承》、《起重运输零部件和操作件》、《润滑与密封》、《液压传动与控制》、《气压传动与控制》、《机电系统设计》、《工业机器人与数控技术》、《微机电系统设计与激光》、《创新设计与绿色设计》、《机械系统的振动设计》、《数字化设计》、《疲劳强度与可靠性设计》、《机械系统概念设计与综合设计》。各分册内容针对性强、篇幅适中、查阅和携带方便，读者可根据需要灵活选用。
　　《机械设计手册》第5版单行本是为了适应实现装备制造强国梦和广大读者的需要而编辑出版的，它将与《机械设计手册》第5版（6卷本）一起，成为机械设计人员、工程技术人员得心应手的工具书，成为广大读者的良师益友。
　　由于工作量大、水平有限，难免有一些错误和不妥之处，殷切希望广大读者给予指正。
　　机械工业出版社
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