了得網工業技術_精密機械設計：運動學設計原理與實踐

編輯推薦

本書運用大量直觀的二維、三維模型來表達深刻的運動學原理，可使讀者迅速了解機械的工作原理，提高機械創新技能，掌握復雜機械分析和設計的能力。

內容簡介

這是一本教授如何采用簡單直觀的方法進行精密機械設計的圖書。本書作者道格拉斯·布蘭丁曾在柯達公司工作20餘年。書中的許多機械模型都來自於生產實踐，是作者長期工作的經驗總結。本書運用大量直觀的二維、三維模型來表達深刻的運動學原理，可使讀者迅速了解機械的工作原理，提高機械創新技能。

譯者的話
前言
背景
第1章物體間的二維連接1
1.1自由度1
1.2坐標軸2
1.3約束2
1.4沿一給定直線約束的功能等效性4
1.5過約束5
1.6轉動瞬心（虛擬轉軸）6
1.7微小位移7
1.8一對相交於給定點約束的功能等效性7
1.9虛擬轉軸的例子9
1.10平行約束9譯者的話
前言
背景
第1章物體間的二維連接1
1.1自由度1
1.2坐標軸2
1.3約束2
1.4沿一給定直線約束的功能等效性4
1.5過約束5
1.6轉動瞬心（虛擬轉軸）6
1.7微小位移7
1.8一對相交於給定點約束的功能等效性7
1.9虛擬轉軸的例子9
1.10平行約束9
1.11一對平行約束的功能等效性11
1.12精確約束11
1.13約束裝置12
1.14銷孔連接13
1.15反力14
1.16反力區域15
1.17重復精度和精度19
1.18螺紋：可調節的約束裝置20
1.19熱膨脹不敏感性設計21
1.20二維約束線圖圖示22
1.21串聯（級聯）22
1.22轉動約束23
1.23轉動自由度線R與約束線C的交點23
1.24移動自由度等效表示為轉動中心在無窮遠處的轉動自由度24
本章小結24

第2章三維約束裝置26
2.1球鉸26
2.2曲率匹配27
2.3單約束裝置28
2.4可調約束裝置30
2.5車輪31
2.6多約束裝置32
本章小結33

第3章物體間的三維連接34
3.1二維情況下的三維模型：約束圖34
3.2自由度線R與約束線C之間的關繫35
3.3移動自由度T等價於無窮遠處的轉動自由度R38
3.4一對相交自由度R：圓盤上的徑向線39
3.5兩平行自由度R：平行線構成的平面42
3.6冗餘線：過約束和欠約束43
3.7復合連接45
3.8耦合自由度R的矢量和47
3.9螺旋自由度48
3.10擬圓柱面50
3.11實例分析51
3.12小結：自由度（R）與約束（C）之間的對稱性54

第4件57
4.1理想柔性薄板57
4.2硬紙板模型60
4.3理想柔性細長杆61
4.4實際柔性連接中需要注意的問題61
4.5柔性連接中的約束與自由度線圖64
4.6柔性薄板的撓曲形狀66
4.7彈性屈曲67
本章小結71

第5章聯軸器72
5.1四約束聯軸器72
5.2三約束聯軸器73
5.3二約束聯軸器74
5.4單約束聯軸器77
5.5零約束聯軸器78
本章小結79

第6章機械裝置的自由度/約束(R/C)線圖80
6.1提供剛性精確卡緊定位的可拆連接（6C/0R）80
6.25C/1R84
6.34C/2R88
6.43C/3R92
6.5對偶線圖95
本章小結96

第7章結構98
7.1引言98
7.2剛性形狀與柔性形狀101
7.3薄板102
7.4“理想”杆102
7.5二維剛性103
7.6二維鉸鏈疊加103
7.7結構中的欠約束和過約束104
7.8三維剛性104
7.9三維鉸鏈疊加105
7.10六面體結構106
7.11五面體盒子和六面體盒子的比較106
7.12多面殼體108
7.13剛性節點110
7.14結構中的振動110
7.15制作紙板模型的方法與技巧111
7.16結構特征點113
7.17載荷路徑113
7.18機器和儀器中的結構件設計過程114
7.19剛性結構間的連接114
7.20柔性結構間的連接116
7.21與非剛性節點的連接116
7.22焊接引起的翹曲和變形117
附錄計算由於開放表面的對角線長度變化所引起的五面體盒的變形119
本章小結120

第8章卷幅傳送中的精確約束121
8.1卷幅的分類121
8.2二維問題122
8.3每個輥子都是一個獨立約束123
8.4邊緣導引125
8.5弧形卷幅127
8.6卷幅在輥子表面上必要的“轉動”128
8.7卷幅與輥子之間的連接：銷接和鉚接129
8.8帶法蘭的輥子130
8.9零約束卷幅支撐131
8.10在卷幅平面圖上增加“連接” 134
8.11懸臂136
8.12實例：卷幅傳送裝置的平面示意圖分析137
8.13雙輥皮帶傳送140
8.14鼓形輥子143
本章小結144

前言

這是一本教授如何采用簡單直觀的方法進行機械(或結構)拓撲結構概念設計的專著。本書作者道格拉斯·布蘭丁（Douglass LBlanding）曾經在柯達公司工作長達20餘年。書中的許多機械模型都來自於生產實踐，是作者長期工作的經驗總結。
全書內容共分為8章。第1章從簡單的二維裝置(本質都是平面機構)出發，介紹了運動學中的一些基本概念，如自由度、約束、瞬心、反力等，並引出了約束線圖的概念。第2章簡單介紹了幾種典型的三維約束裝置，作為由平面裝置向空間裝置的過渡。第3章是全書的重點，從空間三維的角度繫統介紹了約束線圖分析法的基本原理。第4～7章分別給出了該方法件、聯軸器、復雜裝置和結構設計中的應用。第8章，也是本書的後一章，則列舉了一個如何應用約束圖譜法設計紡織機的具體實例。
在本書中，讀者可以學習到大量與機械運動學設計相關的準則和技巧。全書通過全面繫統地探索那些歷史悠久但又有些抽像晦澀的運動設計原理(廣泛用於精密儀器設計實踐中己逾百年)，可使讀者從中獲取一繫列獨特而強大的可用在任何機械(無論何種類型和尺寸)設計中的原則和技巧。而所有技巧的核心在於約束線圖分析法的運用。該方法可將機械連接的約束及自由度用一組空間線圖來表示，以達到可視化的目的。事實上，無論是精密儀器、辦公用品，還是汽車、飛機、空間站等，任何機械裝置都可找到這類線圖。了解這些設計原理不僅對求解疑難設計問題有幫助，同時也有助於設計質優價廉的新裝置。這是一本教授如何采用簡單直觀的方法進行機械(或結構)拓撲結構概念設計的專著。本書作者道格拉斯·布蘭丁（Douglass LBlanding）曾經在柯達公司工作長達20餘年。書中的許多機械模型都來自於生產實踐，是作者長期工作的經驗總結。
全書內容共分為8章。第1章從簡單的二維裝置(本質都是平面機構)出發，介紹了運動學中的一些基本概念，如自由度、約束、瞬心、反力等，並引出了約束線圖的概念。第2章簡單介紹了幾種典型的三維約束裝置，作為由平面裝置向空間裝置的過渡。第3章是全書的重點，從空間三維的角度繫統介紹了約束線圖分析法的基本原理。第4～7章分別給出了該方法件、聯軸器、復雜裝置和結構設計中的應用。第8章，也是本書的後一章，則列舉了一個如何應用約束圖譜法設計紡織機的具體實例。
在本書中，讀者可以學習到大量與機械運動學設計相關的準則和技巧。全書通過全面繫統地探索那些歷史悠久但又有些抽像晦澀的運動設計原理(廣泛用於精密儀器設計實踐中己逾百年)，可使讀者從中獲取一繫列獨特而強大的可用在任何機械(無論何種類型和尺寸)設計中的原則和技巧。而所有技巧的核心在於約束線圖分析法的運用。該方法可將機械連接的約束及自由度用一組空間線圖來表示，以達到可視化的目的。事實上，無論是精密儀器、辦公用品，還是汽車、飛機、空間站等，任何機械裝置都可找到這類線圖。了解這些設計原理不僅對求解疑難設計問題有幫助，同時也有助於設計質優價廉的新裝置。
此外，本書還提供了豐富的設計實例，以便於讀者迅速了解機械的工作原理，提高機械創新的技能以及駕馭復雜機械分析與設計的能力。
正如本書作者所言：“一幅圖片抵得上一千個單詞，一個模型抵得上一千幅圖片。”本書盡管蘊含了深刻的運動學原理，但運用的是大量線框形式表達的二維、三維機械模型。另外，全文鮮有公式，並不像一般工科教材專著那樣公式通篇，這使得本書的可讀性非常強。
精密機械設計：運動學設計原理與實踐前言前言本書通過全面繫統地探索那些歷史悠久但有些抽像晦澀的運動學設計原理(廣泛用於精密儀器設計實踐中已逾百年)，可使讀者從中獲取一組獨特而功能強大的法則和技巧。這些法則與技巧可用在任何機械設計中，無論何種類型和尺寸，無論設計的儀器精密與否。所有技巧的核心在於約束線圖分析法的運用。該方法可將機械連接的約束及自由度用一組空間線圖來表示，以達到可視化的目的。這些線圖的空間關繫一經揭開，就可以發現在它們之間遵循一個相當簡單的“法則”。盡管並不是新的，卻並不為人們所熟知。事實上，無論是精密儀器、辦公用品還是大型車輛等，任何機械裝置都可找到這類線圖。通過學習識別機器中的這些線圖，機械設計工程師將能夠以全新的視角來了解機器的工作原理，從而往往會令他們給出其各自領域內特異問題的完美解答。這些原理集成在一起，就是本書所提到的“精確約束設計原理”。它將使設計者對機器的性能有更為深刻的理解，從而有助於設計者更容易地設計質優價廉的新裝置。
精確約束設計原理將各種看似不同領域的機器設計問題整合在一起。例如，表現約束和自由度的線圖既可以在機構的構件連接中找到，也可以發現於單個結構內部。因此，諸如結構分析與機構設計這兩個不同的領域完全可以歸於同類，因為對二者而言都可采用相同的分析技巧。
精確約束設計原理不僅僅可以應用於機器構件(部件)間的機械連接，有時，我們需要跳出機器本身來審視這些連接，例如汽車的輪胎與道路之間的“連接”。當工程師在設計汽車懸架機構時，為了確定諸如汽車轉向軸位置這類幾何特性，應當認真考慮這種連接。與之類似的例子是，當工廠生產線上需要傳送一個又薄又長的卷幅(或柔性板材)——比如紙——時，我們必須將卷幅本身也作為機器的一個組成部分，並考慮傳送過程中卷幅與輥子之間的機械連接關繫。本書後一章就是探討精確約束設計原理如何在卷幅傳送裝置中應用。
本書可以給機器設計者以靈感。受眾讀者群包括與機器(汽車、農業機械、飛機、空間站、望遠鏡、辦公設備、精密儀器等)設計相關的工程師、設計師、科研人員、技師以及維修人員等，也可以是那些對機械痴迷或者希望能更好地理解機器工作原理的人員。本書的主題源於一些基本的運動學原理，看似抽像的理論通過豐富多彩的實例來補充。讀者從中定能極大地加深對機器工作原理的理解，提高創新設計高性能、低成本機器以及分析了解現有復雜機器的能力。
作者編寫本書的目的就是將有關機器設計的運動學法則與技巧集成在一起，變成一個能使位於工程實踐線的工程師受益的繫統實用教程。這些法則有些為大家所共知，有些則不然。其中的一些技巧則是全新的體驗。例如，約束線圖分析技巧是新的，所有這些法則與技巧以書中的方式來集成也肯定是新的。集成後所謂的“精確約束設計原理”，更是一種具有實用價值的方法論。它從運動學中的迷霧中衝出，將運動學設計原理應用到機械設計問題的各個層面，而並不僅僅用在精密儀器的設計中。
在對精確約束設計原理進行闡述的過程中，本書首先介紹基本概念，然後

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