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序
目次
商品簡介
本書以機械原理等課程介紹的機構設計知識為基礎，綜合運用三維CAD技術、運動仿真技術，結合典型工程案例循序漸進地介紹各類機構的設計、分析方法。全書共9章，內容包括概述、平面連杆機構數字化設計與仿真、凸輪機構數字化設計與仿真、齒輪機構及輪系數字化設計與仿真、間隙機構數字化設計與仿真、組合機構數字化設計與仿真、萬向聯軸節與螺旋機構的運動仿真、機構動力學分析、機械運動方案設計綜合案例。附錄中給出了實驗報告與實訓報告和練習。
作者簡介
周海，男，博士，教授，碩士生導師。一直從事機械設計與製造的教學和研究工作。是江蘇省 “青藍工程”中青年學術帶頭人，江蘇省“六大人才高峰”培養人選，中國機械工業教育協會機械學科教學委員會委員，中國機械工程學會特種加工分會理事，江蘇省機械工程學會常務理事。__eol__王旭華，女，南京航空航天大學研究生，副教授，1985.8-1996.9 鹽城工業專科學校；1996.10-現在 鹽城工學院，一直從事教學科研工作。
序
前 言
隨著計算機技術的迅速發展，計算機輔助設計的廣泛應用改變了工程設計人員進行產品設計的方法和手段，人們更多地直接通過構建三維模型來進行產品設計，設計完成後，通過投影生成二維圖。因此，迫切需要將三維CAD技術引入到工程製圖的課程中，以適應現代工程的生產實踐需求。鑒於此，特編寫此書。
本書主要有以下特點：
（1）將三維CAD技術、運動仿真技術與機械原理等課程介紹的理論知識有機地融合為一體，建立了運動學分析、典型機構的設計、動力學分析為主線的教材體系。
（2）理論與實踐一體化，用理論教學中介紹的基本原理和設計方法，進行機構的設計與分析，以便學生加深對基礎理論的理解，將實踐教學與機構數字化設計能力培養有機地融為一體。
（3）將參數化設計、裝配設計等三維CAD技術和現代設計思想融入教材中，以利於現代工程設計意識和工程素質的養成。
（4）作為一本實踐教程，全書案例豐富，在各章中，以SIEMENS NX軟件為平臺，給出各類典型機構設計與分析的思路和操作步驟，有一定的示範性和指導意義。
本書由周海教授、王旭華副教授負責全書的統稿工作。具體編寫分工如下：周海編寫第4章、第9章，王旭華編寫第3章、第5章、第6章，嚴潮紅編寫第2章、第8章，王平編寫第7章，陽程編寫第1章。
本教材獲江蘇省高校品牌專業建設工程項目和國家自然科學基金項目（項目編號：51675457）資助；在編寫過程中，參考了國內外一些優秀教材，在此一併致謝。
編 者
隨著計算機技術的迅速發展，計算機輔助設計的廣泛應用改變了工程設計人員進行產品設計的方法和手段，人們更多地直接通過構建三維模型來進行產品設計，設計完成後，通過投影生成二維圖。因此，迫切需要將三維CAD技術引入到工程製圖的課程中，以適應現代工程的生產實踐需求。鑒於此，特編寫此書。
本書主要有以下特點：
（1）將三維CAD技術、運動仿真技術與機械原理等課程介紹的理論知識有機地融合為一體，建立了運動學分析、典型機構的設計、動力學分析為主線的教材體系。
（2）理論與實踐一體化，用理論教學中介紹的基本原理和設計方法，進行機構的設計與分析，以便學生加深對基礎理論的理解，將實踐教學與機構數字化設計能力培養有機地融為一體。
（3）將參數化設計、裝配設計等三維CAD技術和現代設計思想融入教材中，以利於現代工程設計意識和工程素質的養成。
（4）作為一本實踐教程，全書案例豐富，在各章中，以SIEMENS NX軟件為平臺，給出各類典型機構設計與分析的思路和操作步驟，有一定的示範性和指導意義。
本書由周海教授、王旭華副教授負責全書的統稿工作。具體編寫分工如下：周海編寫第4章、第9章，王旭華編寫第3章、第5章、第6章，嚴潮紅編寫第2章、第8章，王平編寫第7章，陽程編寫第1章。
本教材獲江蘇省高校品牌專業建設工程項目和國家自然科學基金項目（項目編號：51675457）資助；在編寫過程中，參考了國內外一些優秀教材，在此一併致謝。
編 者
目次
目 錄
第1章 概 述 1
1.1 NX9.0運動仿真簡介 1
1.1.1 NX9.0運動仿真主界面 1
1.2.1運動方案的建立與參數設置 3
1.2 裝配建模 5
1.2.1 NX裝配方法 5
1.2.2 WAVE幾何鏈接器 8
第2章 平面連杆機構數字化設計與仿真 11
2.1平面連杆機構簡介 11
2.1.1平面四杆機構的特點和基本類型 11
2.1.2平面連杆機構運動設計的基本問題 15
2.2連杆 15
2.2.1創建連杆 15
2.2.2連杆屬性 17
2.3運動副 20
2.3.1運動副的定義 20
2.3.2運動副的類型 20
2.3.3Gruebler數與自由度 20
2.3.4旋轉副 21
2.3.5滑動副 23
2.4運動驅動 24
2.5仿真解算與結果輸出 25
2.5.1解算 25
2.5.2動畫的播放及輸出 26
2.5.3圖表功能 27
2.6平面連杆機構運動學分析 29
2.6.1分析要求 29
2.6.2平面機構數字化模型的建立 30
2.6.3運動分析方案的建立 31
2.6.4運動方案分析 32
2.6.5運動結果分析 36
2.7砂箱翻轉機構的設計及仿真 37
2.7.1設計要求 37
2.7.2平面機構數字化設計及模型的建立 38
2.7.3運動方案的建立並分析 39
2.8牛頭刨床機構的設計及仿真 41
2.8.1設計要求 41
2.8.2平面機構數字化設計及模型的建立 42
2.8.3運動方案的建立並分析 43
2.9曲柄滑塊機構的設計及仿真 45
2.9.1設計要求 45
2.9.2平面機構數字化設計及模型的建立 46
2.9.3運動方案的建立並分析 47
第3章 凸輪機構數字化設計與仿真 50
3.1凸輪機構簡介 50
3.1.1 凸輪機構的組成 50
3.1.2 凸輪機構的分類 50
3.1.3從動件常用運動規律 52
3.2 凸輪機構數字化設計 53
3.2.1 凸輪機構設計的主要問題 53
3.2.2 凸輪機構的計算機輔助設計 53
3.2.3參數化曲線 54
3.3 凸輪機構運動副定義 56
3.3.1點在線上副 56
3.3.2線在線上副 57
3.4 對心直動滾子從動件凸輪機構設計 59
3.4.1凸輪機構主要結構參數及運動規律的確定 59
3.4.2建立凸輪機構的運動簡圖 59
3.4.3 建立凸輪機構的裝配模型 62
3.4.4 直動盤形凸輪機構的運動仿真 62
3.5 繞線機凸輪機構建模與仿真 65
3.5.1凸輪機構主要結構參數及運動規律的確定 66
3.5.2建立凸輪的輪廓曲線 66
3.5.3凸輪機構裝配模型的建立 68
3.5.4 凸輪機構的運動仿真 68
3.6 自動送料凸輪機構的建模與仿真 71
3.6.1凸輪機構主要結構參數及運動規律的確定 72
3.6.2圓柱凸輪數字化模型的建立 72
3.6.3圓柱凸輪機構裝配模型的建立 74
3.6.4圓柱凸輪機構的運動仿真 75
第4章 齒輪機構及輪系數字化設計與仿真 78
4.1 齒輪機構概述 78
4.1.1齒輪機構的類型 78
4.1.2齒輪機構的特點 79
4.2 輪系概述 80
4.2.1輪系的類型 80
4.2.2輪系的特點 81
4.3 齒輪機構運動副定義 82
4.3.1齒輪副 82
4.3.2齒輪/齒條副 83
4.4直齒錐齒輪機構設計 84
4.4.1 參數計算 84
4.4.2 建立直齒錐齒輪機構數字化模型 85
4.4.3 運動仿真 86
4.5 2K-H型行星輪系設計 87
4.5.1 行星輪系的設計 87
4.5.2 建立2K-H型行星輪系數字化模型 88
4.5.3 行星輪系的運動仿真 89
4.6 3K型行星輪系設計 90
4.6.1 參數計算 90
4.6.2 建立3K型行星輪系裝配模型 93
4.6.3 3K型行星輪系運動仿真 94
第5章 間隙機構數字化設計與仿真 96
5.1間隙機構簡介 96
5.1.1 棘輪機構 96
5.1.2 槽輪機構 97
5.1.3凸輪式間歇運動機構 98
5.1.4 不完全齒輪機構 99
5.1.5間歇運動機構設計的基本問題 99
5.2 棘輪機構建模與仿真 100
5.2.1棘輪機構主要結構參數的確定 100
5.2.2 建立凸輪機構的裝配模型 100
5.2.3棘輪機構運動仿真 102
5.3 槽輪機構的設計與仿真 103
5.3.1槽輪機構主要結構參數的確定 103
5.3.2繪製槽輪機構草圖 105
5.3.3槽輪機構裝配模型的建立 106
5.3.4 槽輪機構的運動仿真 107
5.4 不完全齒輪機構的設計 108
5.4.1主要結構參數的確定 108
5.4.2不完全齒輪機構裝配模型的建立 109
5.4.3不完全齒輪機構的運動仿真 111
第6章 組合機構數字化設計與仿真 113
6.1組合機構簡介 113
6.1.1機構的組合方式 113
6.1.2 組合機構的類型及功能 114
6.2運動函數 115
6.2.1 Step函數 115
6.2.2余弦函數――簡諧運動 116
6.3封裝選項 117
6.4 凸輪-連杆組合機構的設計與仿真 118
6.4.1設計依據 118
6.4.2 建立凸輪-連杆組合機構的運動簡圖 119
6.4.3 心臟線凸輪-連杆組合機構的運動仿真 120
6.5 齒輪-連杆組合機構的設計 121
6.5.1單排內嚙合式行星輪系-連杆組合機構裝配模型的建立 121
6.5.2單排內嚙合式行星輪系-連杆組合機構的運動仿真 122
6.6 凸輪―齒輪組合機構的設計 124
6.6.1 設計依據 124
6.6.2固定凸輪周轉輪系裝配模型的建立 125
6.6.3建立凸輪-齒輪組合機構的裝配模型 126
6.6.4 凸輪-齒輪組合機構運動仿真 127
第7章 萬向聯軸節與螺旋機構的運動仿真 128
7.1 簡介 128
7.1.1 萬向聯軸節簡介 128
7.1.2 螺旋機構簡介 128
7.2 運動副定義 129
7.2.1 萬向節副 129
7.2.2 螺旋副 130
7.2.3 柱面副 130
7.3 雙萬向聯軸節的建模與仿真 131
7.3.1 建立雙萬向聯軸節的裝配模型 131
7.3.2 建立雙萬向聯軸節的運動學仿真 133
7.4 手動夾爪機構的建模與仿真 134
7.4.1手動夾爪機構運動簡圖 134
7.4.2 建立手動夾爪機構的裝配模型 135
7.4.2手動夾爪機構的運動仿真 136
第8章 機構動力學分析 139
8.1載荷 139
8.1.1標量力 139
8.1.2矢量力 142
8.1.3標量扭矩 145
8.1.4矢量扭矩 146
8.2 重力與摩擦力 147
8.2.1 重力 148
8.2.2 摩擦力 149
8.3 NX動力學仿真案例 152
第9章 機械運動方案設計綜合案例 156
9.1 機械運動方案設計過程 156
9.2 車床四方刀架體銑夾具設計 157
9.2.1 設計依據 157
9.2.2 運動方案設計 157
9.2.3結構方案設計 158
9.2.4結構設計 159
9.2.5運動仿真、干涉檢查 159
附錄：實驗報告與實訓報告 162
附錄A 《理論力學》實驗報告 162
A.1平面連杆機構運動分析實驗報告 162
附錄B《機構與零部件設計Ⅰ》實驗報告 166
B1 凸輪機構數字化設計與仿真實驗報告 166
B2 牛頭刨床主體機構設計與虛擬仿真實驗報告 170
B3 行星輪系的數字化設計與仿真實驗報告 173
附錄C 運動分析與動畫設計實踐 176
參考文獻 186
第1章 概 述 1
1.1 NX9.0運動仿真簡介 1
1.1.1 NX9.0運動仿真主界面 1
1.2.1運動方案的建立與參數設置 3
1.2 裝配建模 5
1.2.1 NX裝配方法 5
1.2.2 WAVE幾何鏈接器 8
第2章 平面連杆機構數字化設計與仿真 11
2.1平面連杆機構簡介 11
2.1.1平面四杆機構的特點和基本類型 11
2.1.2平面連杆機構運動設計的基本問題 15
2.2連杆 15
2.2.1創建連杆 15
2.2.2連杆屬性 17
2.3運動副 20
2.3.1運動副的定義 20
2.3.2運動副的類型 20
2.3.3Gruebler數與自由度 20
2.3.4旋轉副 21
2.3.5滑動副 23
2.4運動驅動 24
2.5仿真解算與結果輸出 25
2.5.1解算 25
2.5.2動畫的播放及輸出 26
2.5.3圖表功能 27
2.6平面連杆機構運動學分析 29
2.6.1分析要求 29
2.6.2平面機構數字化模型的建立 30
2.6.3運動分析方案的建立 31
2.6.4運動方案分析 32
2.6.5運動結果分析 36
2.7砂箱翻轉機構的設計及仿真 37
2.7.1設計要求 37
2.7.2平面機構數字化設計及模型的建立 38
2.7.3運動方案的建立並分析 39
2.8牛頭刨床機構的設計及仿真 41
2.8.1設計要求 41
2.8.2平面機構數字化設計及模型的建立 42
2.8.3運動方案的建立並分析 43
2.9曲柄滑塊機構的設計及仿真 45
2.9.1設計要求 45
2.9.2平面機構數字化設計及模型的建立 46
2.9.3運動方案的建立並分析 47
第3章 凸輪機構數字化設計與仿真 50
3.1凸輪機構簡介 50
3.1.1 凸輪機構的組成 50
3.1.2 凸輪機構的分類 50
3.1.3從動件常用運動規律 52
3.2 凸輪機構數字化設計 53
3.2.1 凸輪機構設計的主要問題 53
3.2.2 凸輪機構的計算機輔助設計 53
3.2.3參數化曲線 54
3.3 凸輪機構運動副定義 56
3.3.1點在線上副 56
3.3.2線在線上副 57
3.4 對心直動滾子從動件凸輪機構設計 59
3.4.1凸輪機構主要結構參數及運動規律的確定 59
3.4.2建立凸輪機構的運動簡圖 59
3.4.3 建立凸輪機構的裝配模型 62
3.4.4 直動盤形凸輪機構的運動仿真 62
3.5 繞線機凸輪機構建模與仿真 65
3.5.1凸輪機構主要結構參數及運動規律的確定 66
3.5.2建立凸輪的輪廓曲線 66
3.5.3凸輪機構裝配模型的建立 68
3.5.4 凸輪機構的運動仿真 68
3.6 自動送料凸輪機構的建模與仿真 71
3.6.1凸輪機構主要結構參數及運動規律的確定 72
3.6.2圓柱凸輪數字化模型的建立 72
3.6.3圓柱凸輪機構裝配模型的建立 74
3.6.4圓柱凸輪機構的運動仿真 75
第4章 齒輪機構及輪系數字化設計與仿真 78
4.1 齒輪機構概述 78
4.1.1齒輪機構的類型 78
4.1.2齒輪機構的特點 79
4.2 輪系概述 80
4.2.1輪系的類型 80
4.2.2輪系的特點 81
4.3 齒輪機構運動副定義 82
4.3.1齒輪副 82
4.3.2齒輪/齒條副 83
4.4直齒錐齒輪機構設計 84
4.4.1 參數計算 84
4.4.2 建立直齒錐齒輪機構數字化模型 85
4.4.3 運動仿真 86
4.5 2K-H型行星輪系設計 87
4.5.1 行星輪系的設計 87
4.5.2 建立2K-H型行星輪系數字化模型 88
4.5.3 行星輪系的運動仿真 89
4.6 3K型行星輪系設計 90
4.6.1 參數計算 90
4.6.2 建立3K型行星輪系裝配模型 93
4.6.3 3K型行星輪系運動仿真 94
第5章 間隙機構數字化設計與仿真 96
5.1間隙機構簡介 96
5.1.1 棘輪機構 96
5.1.2 槽輪機構 97
5.1.3凸輪式間歇運動機構 98
5.1.4 不完全齒輪機構 99
5.1.5間歇運動機構設計的基本問題 99
5.2 棘輪機構建模與仿真 100
5.2.1棘輪機構主要結構參數的確定 100
5.2.2 建立凸輪機構的裝配模型 100
5.2.3棘輪機構運動仿真 102
5.3 槽輪機構的設計與仿真 103
5.3.1槽輪機構主要結構參數的確定 103
5.3.2繪製槽輪機構草圖 105
5.3.3槽輪機構裝配模型的建立 106
5.3.4 槽輪機構的運動仿真 107
5.4 不完全齒輪機構的設計 108
5.4.1主要結構參數的確定 108
5.4.2不完全齒輪機構裝配模型的建立 109
5.4.3不完全齒輪機構的運動仿真 111
第6章 組合機構數字化設計與仿真 113
6.1組合機構簡介 113
6.1.1機構的組合方式 113
6.1.2 組合機構的類型及功能 114
6.2運動函數 115
6.2.1 Step函數 115
6.2.2余弦函數――簡諧運動 116
6.3封裝選項 117
6.4 凸輪-連杆組合機構的設計與仿真 118
6.4.1設計依據 118
6.4.2 建立凸輪-連杆組合機構的運動簡圖 119
6.4.3 心臟線凸輪-連杆組合機構的運動仿真 120
6.5 齒輪-連杆組合機構的設計 121
6.5.1單排內嚙合式行星輪系-連杆組合機構裝配模型的建立 121
6.5.2單排內嚙合式行星輪系-連杆組合機構的運動仿真 122
6.6 凸輪―齒輪組合機構的設計 124
6.6.1 設計依據 124
6.6.2固定凸輪周轉輪系裝配模型的建立 125
6.6.3建立凸輪-齒輪組合機構的裝配模型 126
6.6.4 凸輪-齒輪組合機構運動仿真 127
第7章 萬向聯軸節與螺旋機構的運動仿真 128
7.1 簡介 128
7.1.1 萬向聯軸節簡介 128
7.1.2 螺旋機構簡介 128
7.2 運動副定義 129
7.2.1 萬向節副 129
7.2.2 螺旋副 130
7.2.3 柱面副 130
7.3 雙萬向聯軸節的建模與仿真 131
7.3.1 建立雙萬向聯軸節的裝配模型 131
7.3.2 建立雙萬向聯軸節的運動學仿真 133
7.4 手動夾爪機構的建模與仿真 134
7.4.1手動夾爪機構運動簡圖 134
7.4.2 建立手動夾爪機構的裝配模型 135
7.4.2手動夾爪機構的運動仿真 136
第8章 機構動力學分析 139
8.1載荷 139
8.1.1標量力 139
8.1.2矢量力 142
8.1.3標量扭矩 145
8.1.4矢量扭矩 146
8.2 重力與摩擦力 147
8.2.1 重力 148
8.2.2 摩擦力 149
8.3 NX動力學仿真案例 152
第9章 機械運動方案設計綜合案例 156
9.1 機械運動方案設計過程 156
9.2 車床四方刀架體銑夾具設計 157
9.2.1 設計依據 157
9.2.2 運動方案設計 157
9.2.3結構方案設計 158
9.2.4結構設計 159
9.2.5運動仿真、干涉檢查 159
附錄：實驗報告與實訓報告 162
附錄A 《理論力學》實驗報告 162
A.1平面連杆機構運動分析實驗報告 162
附錄B《機構與零部件設計Ⅰ》實驗報告 166
B1 凸輪機構數字化設計與仿真實驗報告 166
B2 牛頭刨床主體機構設計與虛擬仿真實驗報告 170
B3 行星輪系的數字化設計與仿真實驗報告 173
附錄C 運動分析與動畫設計實踐 176
參考文獻 186
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