一部顺应中国制造2025智能装备新要求、技术先进、数据可靠的现代化机械设计工具书，从新时代机械设计人员的实际需求出发，追求现代感，兼顾实用性、通用性，准确性，涵盖了各种常规和通用的机械设计技术资料，贯彻了新的国家及行业标准，推荐了国内外先进、智能、节能、通用的产品。
《现代机械设计手册》第一版自2011年3月出版以来，赢得了机械设计人员、工程技术人员和高等院校专业师生广泛的青睐和好评，荣获了2011年全国优秀畅销书（科技类）。同时，因其在机械设计领域重要的科学价值、实用价值和现实意义，《现代机械设计手册》还荣获2009年国家出版基金资助和2012年中国机械工业科学技术奖。
《现代机械设计手册》第一版出版距今已经8年，在这期间，我国的装备制造业发生了许多重大的变化，尤其是2015年国家部署并颁布了实现中国制造业发展的十年行动纲领中国制造2025，发布了针对中国制造2025的五大工程实施指南，为机械制造业的未来发展指明了方向。在国家政策号召和驱使下，我国的机械工业获得了快速的发展，自主创新的能力不断加强，一批高技术、高性能、高精尖的现代化装备不断涌现，各种新材料、新工艺、新结构、新产品、新方法、新技术不断产生、发展并投入实际应用，大大提升了我国机械设计与制造的技术水平和国际竞争力。《现代机械设计手册》第二版最重要的原则就是紧密结合中国制造2025国家规划和创新驱动发展战略，在内容上与时俱进，全面体现创新、智能、节能、环保的主题，进一步呈现机械设计的现代感。鉴于此，《现代机械设计手册》第二版被列入了十三五国家重点出版物规划项目。
在本版手册的修订过程中，我们广泛深入机械制造企业、设计院、科研院所和高等院校进行调研，听取各方面读者的意见和建议，最终确定了《现代机械设计手册》第二版的根本宗旨：一方面，新版手册进一步加强机、电、液、控制技术的有机融合，以全面适应机器人等智能化装备系统设计开发的新要求；另一方面，随着现代机械设计方法和工程设计软件的广泛应用和普及，新版手册继续促进传动设计与现代设计的有机结合，将各种新的设计技术、计算技术、设计工具全面融入传统的机械设计实际工作中。
《现代机械设计手册》第二版共6卷35篇，它是一部面向中国制造2025 ，适应智能装备设计开发新要求、技术先进、数据可靠、符合现代机械设计潮流的现代化的机械设计大型工具书，涵盖现代机械零部件及传动设计、智能装备及控制设计、现代机械设计方法及应用三部分内容，具有以下六大特色。
1.权威性。《现代机械设计手册》阵容强大，编、审人员大都来自设计、生产、教学和科研第一线，具有深厚的理论功底、丰富的设计实践经验。他们中很多人都是所属领域的知名专家，在业内有广泛的影响力和知名度，获得过多项国家和省部级科技进步奖、发明奖和技术专利，承担了许多机械领域国家重要的科研和攻关项目。这支专业、权威的编审队伍确保了手册准确、实用的内容质量。
2.现代感。追求现代感，体现现代机械设计气氛，满足时代要求，是《现代机械设计手册》的基本宗旨。现代二字主要体现在：新标准、新技术、新材料、新结构、新工艺、新产品、智能化、现代的设计理念、现代的设计方法和现代的设计手段等几个方面。第二版重点加强机械智能化产品设计（3D打印、智能零部件、节能元器件）、智能装备（机器人及智能化装备）控制及系统设计、数字化设计等内容。
（1）零件结构设计等篇进一步完善零部件结构设计的内容，结合目前的3D打印（增材制造）技术，增加3D打印工艺下零件结构设计的相关技术内容。
机械工程材料篇增加3D打印材料以及新型材料的内容。
（2）机械零部件及传动设计各篇增加了新型智能零部件、节能元器件及其应用技术，例如滑动轴承篇增加了新型的智能轴承，润滑篇增加了微量润滑技术等内容。
（3）全面增加了工业机器人设计及应用的内容：新增了工业机器人系统设计篇；智能装备系统设计篇增加了工业机器人应用开发的内容；机构篇增加了自动化机构及机构创新的内容；减速器、变速器篇增加了工业机器人减速器选用设计的内容；带传动、链传动篇增加并完善了工业机器人适用的同步带传动设计的内容；齿轮传动篇增加了RV减速器传动设计、谐波齿轮传动设计的内容等。
（4）气压传动与控制液压传动与控制篇重点加强并完善了控制技术的内容，新增了气动系统自动控制、气动人工肌肉、液压和气动新型智能元器件及新产品等内容。
（5）继续加强第5卷机电控制系统设计的相关内容：除增加工业机器人系统设计篇外，原机电一体化系统设计篇充实扩充形成智能装备系统设计篇，增加并完善了智能装备系统设计的相关内容，增加智能装备系统开发实例等。
传感器篇增加了机器人传感器、航空航天装备用传感器、微机械传感器、智能传感器、无线传感器的技术原理和产品，加强传感器应用和选用的内容。
控制元器件和控制单元篇和电动机篇全面更新产品，重点推荐了一些新型的智能和节能产品，并加强产品选用的内容。
（6）第6卷进一步加强现代机械设计方法应用的内容：在3D打印、数字化设计等智能制造理念的倡导下，逆向设计数字化设计等篇全面更新，体现了智能工厂的全数字化设计的时代特征，增加了相关设计应用实例。
增加绿色设计篇；创新设计篇进一步完善了机械创新设计原理，全面更新创新实例。
（7）在贯彻新标准方面，收录并合理编排了目前最新颁布的国家和行业标准。
3.实用性。新版手册继续加强实用性，内容的选定、深度的把握、资料的取舍和章节的编排，都坚持从设计和生产的实际需要出发：例如机械零部件数据资料主要依据最新国家和行业标准，并给出了相应的设计实例供设计人员参考；第5卷机电控制设计部分，完全站在机械设计人员的角度来编写注重产品如何选用，摒弃或简化了控制的基本原理，突出机电系统设计，控制元器件、传感器、电动机部分注重介绍主流产品的技术参数、性能、应用场合、选用原则，并给出了相应的设计选用实例；第6卷现代机械设计方法中简化了烦琐的数学推导，突出了最终的计算结果，结合具体的算例将设计方法通俗地呈现出来，便于读者理解和掌握。
为方便广大读者的使用，手册在具体内容的表述上，采用以图表为主的编写风格。这样既增加了手册的信息容量，更重要的是方便了读者的查阅使用，有利于提高设计人员的工作效率和设计速度。
为了进一步增加手册的承载容量和时效性，本版修订将部分篇章的内容放入二维码中，读者可以用手机扫描查看、下载打印或存储在PC端进行查看和使用。二维码内容主要涵盖以下几方面的内容：即将被废止的旧标准（新标准一旦正式颁布，会及时将二维码内容更新为新标准的内容）；部分推荐产品及参数；其他相关内容。
4.通用性。本手册以通用的机械零部件和控制元器件设计、选用内容为主，主要包括机械设计基础资料、机械制图和几何精度设计、机械工程材料、机械通用零部件设计、机械传动系统设计、液压和气压传动系统设计、机构设计、机架设计、机械振动设计、智能装备系统设计、控制元器件和控制单元等，既适用于传统的通用机械零部件设计选用，又适用于智能化装备的整机系统设计开发，能够满足各类机械设计人员的工作需求。
5.准确性。本手册尽量采用原始资料，公式、图表、数据力求准确可靠，方法、工艺、技术力求成熟。所有材料、零部件和元器件、产品和工艺方面的标准均采用最新公布的标准资料，对于标准规范的编写，手册没有简单地照抄照搬，而是采取选用、摘录、合理编排的方式，强调其科学性和准确性，尽量避免差错和谬误。所有设计方法、计算公式、参数选用均经过长期检验，设计实例、各种算例均来自工程实际。手册中收录通用性强、标准化程度高的产品，供设计人员在了解企业实际生产品种、规格尺寸、技术参数，以及产品质量和用户的实际反映后选用。
6.全面性。本手册一方面根据机械设计人员的需要，按照基本、常用、重要、发展的原则选取内容，另一方面兼顾了制造企业和大型设计院两大群体的设计特点，即制造企业侧重基础性的设计内容，而大型的设计院、工程公司侧重于产品的选用。因此，本手册力求实现零部件设计与整机系统开发的和谐统一，促进机械设计与控制设计的有机融合，强调产品设计与工艺技术的紧密结合，重视工艺技术与选用材料的合理搭配，倡导结构设计与造型设计的完美统一，以全面适应新时代机械新产品设计开发的需要。
经过广大编审人员和出版社的不懈努力，新版《现代机械设计手册》将以崭新的风貌和鲜明的时代气息展现在广大机械设计工作者面前。值此出版之际，谨向所有给过我们大力支持的单位和各界朋友表示衷心的感谢！
主编
第11篇 机构
第1章机构的基本知识和结构分析
1.1机构的定义和组成11-3
1.1.1机构相关名词术语和定义11-3
1.1.2运动副及分类11-3
1.2机构运动简图11-5
1.2.1定义11-5
1.2.2构件运动的规范符号11-5
1.2.3构件及机构简图11-6
1.2.4机构运动简图的绘制11-17
1.3机构自由度计算11-18
1.3.1机构自由度的定义11-18
1.3.2平面机构自由度的计算11-18
1.3.3公共约束的意义和判定方法11-22
1.3.4单闭环空间机构自由度的计算11-22
1.3.5多闭环空间机构自由度的计算11-25
1.4平面机构高副低代11-29
1.4.1高副低代满足条件11-29
1.4.2高副低代方法11-29
1.4.2.1曲线接触的高副机构11-29
1.4.2.2曲线和直线接触的高副机构11-30
1.5平面机构的组成原理和结构分析11-31
1.5.1平面机构的组成原理11-31
1.5.2平面机构基本杆组分类11-31
1.5.2.1无油缸和气缸的基本杆组的分类11-31
1.5.2.2含油缸、气缸基本杆组分类11-32
1.5.3平面机构级别的判定11-32
1.5.3.1不含油缸、气缸机构的判别11-32
1.5.3.2含油缸、气缸机构的判别11-36
第2章基于杆组解析法对平面机构的运动分析和受力分析
2.1机构运动分析11-38
2.1.1平面机构运动分析解析法基本方法简介11-38
2.1.2杆组法运动分析数学模型和子程序11-38
2.1.2.1杆组法运动分析数学模型11-38
2.1.2.2杆组法运动分析子程序11-43
2.1.2.3应用实例11-47
2.1.3高级机构的运动分析11-49
2.1.4基于瞬心法对平面机构的速度分析11-51
2.1.4.1速度瞬心和机构中瞬心的数目11-51
2.1.4.2机构中瞬心位置的确定11-51
2.1.4.3速度瞬心在平面机构速度分析中的应用实例11-52
2.2平面机构的力分析11-53
2.2.1基于杆组解析法对机构的受力分析11-54
2.2.1.1杆组法受力分析数学模型11-54
2.2.1.2杆组法受力分析子程序11-55
2.2.1.3杆组法受力分析例题11-57
2.2.2计及运动副摩擦时机构的受力分析11-58
2.2.2.1移动副的摩擦受力分析法11-58
2.2.2.2转动副的摩擦受力分析法11-59
2.2.2.3应用实例11-60
第3章连杆机构的设计及运动分析
3.1平面连杆机构的类型及其应用11-62
3.1.1平面四杆机构的结构形式11-62
3.1.2平面四杆机构的基本特性11-63
3.1.3平面四杆机构的应用示例11-64
3.2平面连杆机构的运动分析11-65
3.2.1速度瞬心法运动分析11-65
3.2.2解析法运动分析11-66
3.3平面连杆机构设计11-68
3.3.1刚体导引机构设计11-68
3.3.2函数机构设计（解析法）11-71
3.3.3轨迹机构的设计11-75
3.4气液动连杆机构11-77
3.4.1气液动连杆机构位置参数的计算和选择11-77
3.4.2气液动连杆机构运动参数和动力参数的计算11-78
3.4.3气液动连杆机构的设计11-79
第4章齿轮机构设计
4.1基本概念11-80
4.1.1瞬心及瞬心线11-81
4.1.2齿轮副的节曲面11-83
4.1.3齿轮副的齿面11-84
4.2瞬心线机构11-86
4.2.1瞬心线机构数学模型11-86
4.2.2瞬心线机构连续运动的封闭条件11-86
4.2.3解析法设计瞬心线机构11-87
4.2.3.1已知中心距和一个构件的瞬心线函数11-87
4.2.3.2已知中心距和一个构件的运动规律11-89
4.3共轭曲线机构设计及应用实例11-91
4.3.1平面啮合共轭曲线机构11-91
4.3.1.1共轭曲面的定义及成形原理11-91
4.3.1.2平面啮合共轭曲线机构11-92
4.3.2共轭曲线机构设计相关数学基础11-93
4.3.2.1常用矢量代数11-93
4.3.2.2坐标变换11-94
4.3.3平面共轭曲线机构设计11-98
4.3.3.1基于运动学法设计共轭曲线机构11-98
4.3.3.2基于包络法设计共轭曲线机构11-102
4.3.3.3基于齿廓法线法设计共轭曲线机构11-104
4.3.4共轭曲线机构诱导法曲率的计算11-109
4.3.5平面啮合的根切界限曲线条件方程11-112
4.4定轴齿轮机构的应用11-114
4.4.1齿轮传动机构的类型及应用11-114
4.4.2定轴齿轮机构传动比计算11-116
4.4.3齿轮结构设计11-117
4.5行星齿轮机构设计11-120
4.5.1行星轮系基础知识11-120
4.5.2行星轮系各构件角速度之间的关系11-121
4.5.3行星轮系各轮齿数和行星轮数的选择11-123
4.5.4行星轮系的均载装置11-125
第5章凸轮机构设计
5.1凸轮机构的基础知识11-128
5.1.1凸轮机构的组成及常用名词术语11-128
5.1.2凸轮机构的类型特点及封闭方式11-129
5.1.3凸轮机构设计的相关问题11-132
5.1.3.1凸轮机构的压力角11-132
5.1.3.2基圆半径Rb、圆柱凸轮最小半径Rmin和滚子半径Rr11-134
5.1.3.3凸轮理论轮廓的最小曲率半径cmin与Rb的关系11-137
5.1.3.4滚子半径Rr的确定11-137
5.2从动件运动规律及数学模型11-138
5.2.1常用从动件运动规律分类11-138
5.2.2基本运动规律的参数曲线11-140
5.2.3常用组合运动规律应用11-145
5.3盘形凸轮工作轮廓的设计11-145
5.3.1作图法11-145
5.3.2解析法11-149
5.4空间凸轮的设计11-152
5.5圆弧凸轮工作轮廓设计11-153
5.5.1单圆弧凸轮（偏心轮）11-153
5.5.2多圆弧凸轮11-153
5.6凸轮及滚子结构、材料、强度、精度、表面粗糙度及工作图11-155
5.6.1凸轮及滚子结构11-155
5.6.2常用材料、热处理及极限应力11-157
5.6.3凸轮机构强度计算11-158
5.6.4强度校核及许用应力11-158
5.6.5凸轮精度及表面粗糙度11-158
5.6.6凸轮工作图11-158
第6章间歇机构设计
6.1棘轮机构11-160
6.1.1棘轮机构的常见形式11-160
6.1.2外啮合齿啮式棘轮机构运动设计11-161
6.2槽轮机构的设计11-163
6.2.1槽轮机构的常见形式11-163
6.2.2平面槽轮机构运动设计11-165
6.2.3球面槽轮机构运动设计11-167
6.2.4椭圆齿轮槽轮组合机构运动设计11-168
6.2.5行星齿轮槽轮组合机构运动设计11-169
6.3不完全齿轮机构设计11-174
第7章空间机构设计
7.1空间机构基础知识11-179
7.1.1空间机构的组成原理11-179
7.1.2空间机构的数学基础11-183
7.1.2.1回转变换矩阵11-183
7.1.2.2多项式方程解法11-187
7.1.2.3非线性方程组解法(牛顿法)11-188
7.2空间机构的运动分析11-188
7.2.1运动分析基础11-188
7.2.2空间机构的位移分析11-191
7.2.3空间机构的速度、加速度分析11-194
7.3空间机构的受力分析11-196
7.3.1空间闭链机构的受力分析11-196
7.3.1.1空间闭链机构的静力分析11-196
7.3.1.2空间闭链机构的动力分析11-199
7.3.2空间开链机构的受力分析11-200
7.3.2.1空间开链机构的静力分析11-200
7.3.2.2空间开链机构的动力分析11-201
7.4空间闭链机构设计11-201
7.4.1空间闭链机构设计基本问题11-201
7.4.1.1设计空间与约束条件11-201
7.4.1.2设计要求与可行方案数目11-202
7.4.1.3型综合与尺寸综合11-202
7.4.2空间闭链机构的设计方法11-202
第8章组合机构设计
8.1组合机构的组合方式及其特性11-207
8.2凸轮连杆组合机构11-213
8.2.1固定凸轮-连杆机构11-213
8.2.2转动凸轮-连杆机构11-214
8.2.3联动凸轮-连杆机构11-217
8.3齿轮-连杆组合机构11-218
8.3.1行星轮系与Ⅱ级杆的组合机构11-218
8.3.2四杆机构与周转轮系的组合机构11-221
8.3.3五杆机构与齿轮机构的组合机构11-224
8.4凸轮-齿轮组合机构11-226
8.4.1周期变速运动的凸轮-齿轮机构11-226
8.4.2按预定轨迹运动的凸轮-齿轮机构11-227
8.4.3周期停歇运动的凸轮-齿轮机构11-228
8.5链-连杆组合机构11-229
第9章机构选型范例
9.1匀速转动机构11-231
9.1.1定传动比匀速转动机构11-231
9.1.2有级变速机构11-236
9.1.3无级变速机构11-238
9.2非匀速转动机构11-240
9.3往复运动机构11-243
9.4急回运动机构11-251
9.5行程放大机构11-252
9.6可调行程机构11-256
9.7间歇运动机构11-259
9.8超越止动及单向机构11-269
9.9换向机构11-271
9.10差动补偿机构11-275
9.11气、液驱动机构11-279
9.12增力及加持机构11-284
9.13实现预期轨迹的机构11-292
参考文献11-300
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