机构设计与运动仿真实践教程

本书以机械原理等课程介绍的机构设计知识为基础，综合运用三维CAD技术、运动仿真技术，结合典型工程案例循序渐进地介绍各类机构的设计、分析方法。全书共9章，内容包括概述、平面连杆机构数字化设计与仿真、凸轮机构数字化设计与仿真、齿轮机构及轮系数字化设计与仿真、间隙机构数字化设计与仿真、组合机构数字化设计与仿真、万向联轴节与螺旋机构的运动仿真、机构动力学分析、机械运动方案设计综合案例。附录中给出了实验报告与实训报告和练习。

   周海，男，博士，教授，硕士生导师。一直从事机械设计与制造的教学和研究工作。是江苏省 “青蓝工程”中青年学术带头人，江苏省“六大人才高峰”培养人选，中国机械工业教育协会机械学科教学委员会委员，中国机械工程学会特种加工分会理事，江苏省机械工程学会常务理事。

王旭华，女，南京航空航天大学研究生，副教授，1985.8-1996.9 盐城工业专科学校；1996.10-现在 盐城工学院，一直从事教学科研工作。

目 录 章 概 述 1 1.1 NX9.0运动仿真简介 1 1.1.1 NX9.0运动仿真主界面 1 1.2.1运动方案的建立与参数设置 3 1.2 装配建模 5 1.2.1 NX装配方法 5 1.2.2 WAVE几何链接器 8 第2章 平面连杆机构数字化设计与仿真 11 2.1平面连杆机构简介 11 2.1.1平面四杆机构的特点和基本类型 11 2.1.2平面连杆机构运动设计的基本问题 15 2.2连杆 15 2.2.1创建连杆 15 2.2.2连杆属性 17 2.3运动副 20 2.3.1运动副的定义 20 2.3.2运动副的类型 20 2.3.3Gruebler数与自由度 20 2.3.4旋转副 21 2.3.5滑动副 23 2.4运动驱动 24 2.5仿真解算与结果输出 25 2.5.1解算 25 2.5.2动画的播放及输出 26 2.5.3图表功能 27 2.6平面连杆机构运动学分析 29 2.6.1分析要求 29 2.6.2平面机构数字化模型的建立 30 2.6.3运动分析方案的建立 31 2.6.4运动方案分析 32 2.6.5运动结果分析 36 2.7砂箱翻转机构的设计及仿真 37 2.7.1设计要求 37 2.7.2平面机构数字化设计及模型的建立 38 2.7.3运动方案的建立并分析 39 2.8牛头刨床机构的设计及仿真 41 2.8.1设计要求 41 2.8.2平面机构数字化设计及模型的建立 42 2.8.3运动方案的建立并分析 43 2.9曲柄滑块机构的设计及仿真 45 2.9.1设计要求 45 2.9.2平面机构数字化设计及模型的建立 46 2.9.3运动方案的建立并分析 47 第3章 凸轮机构数字化设计与仿真 50 3.1凸轮机构简介 50 3.1.1 凸轮机构的组成 50 3.1.2 凸轮机构的分类 50 3.1.3从动件常用运动规律 52 3.2 凸轮机构数字化设计 53 3.2.1 凸轮机构设计的主要问题 53 3.2.2 凸轮机构的计算机辅助设计 53 3.2.3参数化曲线 54 3.3 凸轮机构运动副定义 56 3.3.1点在线上副 56 3.3.2线在线上副 57 3.4 对心直动滚子从动件凸轮机构设计 59 3.4.1凸轮机构主要结构参数及运动规律的确定 59 3.4.2建立凸轮机构的运动简图 59 3.4.3 建立凸轮机构的装配模型 62 3.4.4 直动盘形凸轮机构的运动仿真 62 3.5 绕线机凸轮机构建模与仿真 65 3.5.1凸轮机构主要结构参数及运动规律的确定 66 3.5.2建立凸轮的轮廓曲线 66 3.5.3凸轮机构装配模型的建立 68 3.5.4 凸轮机构的运动仿真 68 3.6 自动送料凸轮机构的建模与仿真 71 3.6.1凸轮机构主要结构参数及运动规律的确定 72 3.6.2圆柱凸轮数字化模型的建立 72 3.6.3圆柱凸轮机构装配模型的建立 74 3.6.4圆柱凸轮机构的运动仿真 75 第4章 齿轮机构及轮系数字化设计与仿真 78 4.1 齿轮机构概述 78 4.1.1齿轮机构的类型 78 4.1.2齿轮机构的特点 79 4.2 轮系概述 80 4.2.1轮系的类型 80 4.2.2轮系的特点 81 4.3 齿轮机构运动副定义 82 4.3.1齿轮副 82 4.3.2齿轮/齿条副 83 4.4直齿锥齿轮机构设计 84 4.4.1 参数计算 84 4.4.2 建立直齿锥齿轮机构数字化模型 85 4.4.3 运动仿真 86 4.5 2K-H型行星轮系设计 87 4.5.1 行星轮系的设计 87 4.5.2 建立2K-H型行星轮系数字化模型 88 4.5.3 行星轮系的运动仿真 89 4.6 3K型行星轮系设计 90 4.6.1 参数计算 90 4.6.2 建立3K型行星轮系装配模型 93 4.6.3 3K型行星轮系运动仿真 94 第5章 间隙机构数字化设计与仿真 96 5.1间隙机构简介 96 5.1.1 棘轮机构 96 5.1.2 槽轮机构 97 5.1.3凸轮式间歇运动机构 98 5.1.4 不接近齿轮机构 99 5.1.5间歇运动机构设计的基本问题 99 5.2 棘轮机构建模与仿真 100 5.2.1棘轮机构主要结构参数的确定 100 5.2.2 建立凸轮机构的装配模型 100 5.2.3棘轮机构运动仿真 102 5.3 槽轮机构的设计与仿真 103 5.3.1槽轮机构主要结构参数的确定 103 5.3.2绘制槽轮机构草图 105 5.3.3槽轮机构装配模型的建立 106 5.3.4 槽轮机构的运动仿真 107 5.4 不接近齿轮机构的设计 108 5.4.1主要结构参数的确定 108 5.4.2不接近齿轮机构装配模型的建立 109 5.4.3不接近齿轮机构的运动仿真 111 第6章 组合机构数字化设计与仿真 113 6.1组合机构简介 113 6.1.1机构的组合方式 113 6.1.2 组合机构的类型及功能 114 6.2运动函数 115 6.2.1 Step函数 115 6.2.2余弦函数――简谐运动 116 6.3封装选项 117 6.4 凸轮-连杆组合机构的设计与仿真 118 6.4.1设计依据 118 6.4.2 建立凸轮-连杆组合机构的运动简图 119 6.4.3 心脏线凸轮-连杆组合机构的运动仿真 120 6.5 齿轮-连杆组合机构的设计 121 6.5.1单排内啮合式行星轮系-连杆组合机构装配模型的建立 121 6.5.2单排内啮合式行星轮系-连杆组合机构的运动仿真 122 6.6 凸轮―齿轮组合机构的设计 124 6.6.1 设计依据 124 6.6.2固定凸轮周转轮系装配模型的建立 125 6.6.3建立凸轮-齿轮组合机构的装配模型 126 6.6.4 凸轮-齿轮组合机构运动仿真 127 第7章 万向联轴节与螺旋机构的运动仿真 128 7.1 简介 128 7.1.1 万向联轴节简介 128 7.1.2 螺旋机构简介 128 7.2 运动副定义 129 7.2.1 万向节副 129 7.2.2 螺旋副 130 7.2.3 柱面副 130 7.3 双万向联轴节的建模与仿真 131 7.3.1 建立双万向联轴节的装配模型 131 7.3.2 建立双万向联轴节的运动学仿真 133 7.4 手动夹爪机构的建模与仿真 134 7.4.1手动夹爪机构运动简图 134 7.4.2 建立手动夹爪机构的装配模型 135 7.4.2手动夹爪机构的运动仿真 136 第8章 机构动力学分析 139 8.1载荷 139 8.1.1标量力 139 8.1.2矢量力 142 8.1.3标量扭矩 145 8.1.4矢量扭矩 146 8.2 重力与摩擦力 147 8.2.1 重力 148 8.2.2 摩擦力 149 8.3 NX动力学仿真案例 152 第9章 机械运动方案设计综合案例 156 9.1 机械运动方案设计过程 156 9.2 车床四方刀架体铣夹具设计 157 9.2.1 设计依据 157 9.2.2 运动方案设计 157 9.2.3结构方案设计 158 9.2.4结构设计 159 9.2.5运动仿真、干涉检查 159 附录：实验报告与实训报告 162 附录A 《理论力学》实验报告 162 A.1平面连杆机构运动分析实验报告 162 附录B《机构与零部件设计Ⅰ》实验报告 166 B1 凸轮机构数字化设计与仿真实验报告 166 B2 牛头刨床主体机构设计与虚拟仿真实验报告 170 B3 行星轮系的数字化设计与仿真实验报告 173 附录C 运动分析与动画设计实践 176 参考文献 186