机械创新设计-5-机构创新设计

1、第5章 机构创新设计 一个好的机械原理方案能否实现，机构设计是关键。机构设计中最富有创造性、最关键的环节，是机构形式的设计。机构创新设计v 5.1 简单动作功能机构设计v 5.2 机构组合创新设计方法 v 5.3 机构变异设计v 5.4 机构再生运动链方法 5.1 简单动作功能 用来实现运动和力的简单转换5.1.1 简单动作功能机构的特点与应用v主要指人类最初创造的各种工具和简单简单的器械。如杠杆杠杆、斜面斜面、滚轮滚轮。尤其是轮子轮子是人类最伟大的创造发明，现代的各种机器中，是离不开旋转的轮子轮子和轴轴的。v特点：只用极少的构件（一般不成为典型的“机构”），实现简单而巧妙的动作。v举例：电视

2、机调节盒盖双动操作器。 圆珠笔按钮 录音机的联动按键 魔方 百叶窗 拉链 安全带带扣 举例：要实现特定的动作功能 巧妙的构思。笔套上有凸块圆珠笔按钮圆珠笔按钮功能原理分析对齐笔套槽时笔芯齿轮与按钮齿轮错开笔芯齿轮在笔套内时的情况笔芯齿轮在笔套内时的情况笔芯齿轮在笔套内时的情况错开时缩回（外）对齐时探出（内）笔芯齿轮在笔套内笔芯齿轮在笔套内外的情况比较外的情况比较拉链功能原理分析简单几何体简单几何体的组合 剖开看简单几何体的组合 合上看v举例：钥匙与锁举例：钥匙与锁弹子锁钥匙与锁芯v一把钥匙开多把锁？弹簧弹簧弹子1钥匙锁芯弹子2v简单动作功能具有广泛的用途和宽阔的空间。简单动作功能通常通过两个零

3、件之间接触表面形状的巧妙组合实现，求解动作功能时针对所要实现的动作功能（运动规律、运动轨迹），对零件的几何形体进行构思。v 也叫几何形体组合法v对简单动作功能优秀设计案例的分析可以获得很多灵感，学到很多巧妙的设计方法。 5.1.2 机械零件自由度分析 5.2 机构组合创新设计方法v 5.2.1 机构串联组合方法v串联组合多个基本机构顺序连接 前机构输出后机构输入 机构串联组合实现两个目的： 1）改善原有机构的运动特性 2）使组合机构具有各基本机构的特性 1改善原有机构的运动特性槽轮机构转位或分度角速度变化大前面加上主动拨盘前面双曲柄机构 主动拨盘变速转动减小槽轮转速不均匀性v曲柄旋转一周滑块往

4、复两次 六杆机构A点轨迹8字形曲线v 5.2.1 机构串联组合方法2.使组合机构具有各基本机构的特性串联组合V带+齿轮+棘轮+螺旋等传动 原动机单向等速回转 输出件低速、单向、间歇、直线运动v椭圆齿轮+曲柄滑块组合机构 等速变速 变速的曲柄滑块往复运动速度 5.2 机构组合创新设计方法v 5.2.2 机构并联组合方法机构并联组合由两个或多个结构相同的基本机构并列布置 5.2 机构组合创新设计方法v 5.2.2 机构并联组合方法1.型并联 原动机功率不足多台原动机+多套传动系统 中华世纪坛3000吨192个轮子 16个驱动轮飞机两或四个发动机 满足功率 替补动力 5.2 机构组合创新设计方法v

5、5.2.2 机构并联组合方法1.型并联 V形发动机2汽缸布置 90 v飞机襟翼操纵机构两个油缸各推动一个齿条加快摆动速度替补摆动 （速度减少1/2） 双保险可靠性提高 5.2 机构组合创新设计方法v 5.2.2 机构并联组合方法2.型并联 主动件或原动机的运动分成两个再合成一个 汽缸压力机左右两套一个汽缸推动执行构件5最大压力 关键两套机构同步 螺旋压力机左右两套螺旋螺距相同旋向相反螺距相同旋向相反（双向） 优点增力轴向力可以平衡 缺点向下压力对螺杆影响较大 5.2 机构组合创新设计方法主动油缸连杆连杆摇杆滑块机构3、4、5执行构件5v 5.2.2 机构并联组合方法3.型并联 一个主动运动分解

6、为两个或多个输出运动 v细纱机1个电动机400-500个纱锭v加工光学透镜的抛光机1个电动机4套连杆v双滑块驱动送料机构主动件1推动大滑块2和小滑块4沟槽作用运动规律不同 5.2 机构组合创新设计方法v 5.2.2 机构并联组合方法3.型并联同步关键v桥式起重机跨度大30m 两端轮子必须同步 5.2 机构组合创新设计方法v 5.2.2 机构并联组合方法3.3.型并联型并联同步关键同步关键v桥式起重机桥式起重机跨度大跨度大30m30m 几种方案几种方案保持两端轮子同步保持两端轮子同步 a a）低速轴集中驱动）低速轴集中驱动大传动装置大传动装置负重负重 b b）高速轴集中驱动）高速轴集中驱动轻轻传

7、动轴转速高传动轴转速高 c c）中轴集中驱动）中轴集中驱动机构复杂机构复杂v分别驱动除中间轴除中间轴自重小自重小分组性分组性好好安装维修方便安装维修方便可实现稳定运行可实现稳定运行v普遍采用 5.2 机构组合创新设计方法减速器减速器减速器第二级减速v 5.2.2 机构并联组合方法3.3.型并联型并联同步关键同步关键v电影放映机的输片机构电影放映机的输片机构凸轮凸轮主动轴主动轴 圆弧部分圆弧部分从动件停歇从动件停歇歪盘动歪盘动横横向抓片向抓片v航天飞船对接器对接机构对接模拟器的并联机器人完成主动抓取、对正、拉紧、锁住、卡紧等。v并联机构并联机器人 5.2 机构组合创新设计方法v 5.2.3 机构

8、叠加组合方法 将一个机构安装在另一个机构的某个运动件上将一个机构安装在另一个机构的某个运动件上输出输出各机构输出运动的合成各机构输出运动的合成两种运动关系两种运动关系 运动独立式运动独立式运动相关式运动相关式 电扇运动电扇运动旋转旋转+ +摇摆摇摆v轴中轴结构轴1运动移动+转动v液压挖掘机三套液压摆缸机构 5.2 机构组合创新设计方法v 5.2.4 机构反馈组合方法从主机构的运动过程中提取信息，实时反馈，从主机构的运动过程中提取信息，实时反馈，使运动适当变化使运动适当变化反馈反馈提高车床螺旋传动精度提高车床螺旋传动精度校正板校正校正曲线 5.2 机构组合创新设计方法凸轮机构的从动件推动凸轮机构

9、的从动件推动蜗杆蜗杆作轴向移动作轴向移动，使，使蜗轮产生附蜗轮产生附加转动，加转动，从而使误差得到校正。从而使误差得到校正。原动件：凸轮蜗轮固接误差校正v变异设计变异设计改变现有设计的某些参数，创造新的设改变现有设计的某些参数，创造新的设计方案计方案重要手段重要手段借鉴借鉴成功率高成功率高v机构变异的主要目的 1）改变机构运动的不确定性 2）开发机构的新功能 3）研发新机构，改善机构的受力状态，提高机构的强度、刚度或精度。v常采用的演化变异方法： 1）利用构件的运动性质进行演化变异 2）改变构件的结构形状和尺寸 3）在构件上增加辅助机构 4）改变构件的运动性质 5.3 机构变异设计v5.3.1

10、 机架变异 1.1.全转动副的四杆机构机架变异全转动副的四杆机构机架变异44种种 曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 a a、c c 双曲柄机构双曲柄机构 b b 双摇杆机构双摇杆机构 d d曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构工作台工作台180 180 正反转正反转双曲柄机构双曲柄机构起重、堆料、传送物件起重、堆料、传送物件E点近似直线点近似直线 5.3 机构变异设计CDCD转动转动180180E E点近似直线移动点近似直线移动v5.3.1 机架变异 2.2.含一个移动副的四杆机构机架变异含一个移动副的四杆机构机架变异曲柄滑块机构变异曲柄滑块机构变异 b-d b-d 曲柄导杆机构曲柄导杆机构 ee移动导移动导杆机

11、构杆机构汽车自动卸料机构汽车自动卸料机构aa双摇杆机构双摇杆机构bb曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 5.3 机构变异设计曲柄v5.3.1 机架变异2.2.双滑块机构机架变异双滑块机构机架变异aa双滑块机构双滑块机构椭圆绘图仪椭圆绘图仪 bb双转块机构双转块机构十字滑块联十字滑块联轴器轴器CC正弦机构正弦机构测量测量DD正切机构正切机构测量测量 5.3 机构变异设计v5.3.1 机架变异 3.3.其它机构机架变异其它机构机架变异定轴轮系定轴轮系行星轮系行星轮系螺旋传动变异螺旋传动变异固定不同零件固定不同零件aa螺母固定螺母固定丝杆移动丝杆移动+ +转动转动 bb丝杆转动丝杆转动螺母移动螺母移动CC丝杆

12、固定丝杆固定螺母移动螺母移动+ +转动转动 DD螺母转动螺母转动丝杆移动丝杆移动 5.3 机构变异设计v5.3.2 运动副尺寸变异 1.1.扩大转动副尺寸扩大转动副尺寸加大连杆销轴尺寸加大连杆销轴尺寸泵、压缩机、冲泵、压缩机、冲床等床等颚式破碎机颚式破碎机曲柄摇杆机构曲柄摇杆机构 2.2.扩大移动副尺寸扩大移动副尺寸 冲床滑块扩大冲床滑块扩大正弦机构正弦机构 冲床滑块扩大冲床滑块扩大曲柄滑块机构曲柄滑块机构 往复凸轮分度机构往复凸轮分度机构改善机构受力状改善机构受力状态和动力效果态和动力效果 5.3 机构变异设计v5.4.1 概述 1.1.颜鸿森教授提出颜鸿森教授提出适用新方案提出法适用新方案提出法主要步骤：主要步骤：1 1）从一个性能良好的原始机构出