机械系统创新设计-4.1原则特性评价.ppt

第四章 机构的创新设计 机构创新虽然没有固定的模式可以依循，但创新的方向不 外乎两个: 1)构造全新的新机构：这类创新设计也称为机构的构则没计： 2)对已知机构进行变性创造。也称为机构的变异设计 由于机构运动形式的多样性与复杂性，能实现同一运动功 能的机构不止一种：建立机构评价和选优的标淮成为确保原理 方案解能高质量实现的重要环节：因此，本章在探讨机构创新 设计的具体方法前，首先讨论与机构创新设计相关的两个问题 ： 1)机构形式设计的般原则。 2)常用基本机构的特性及一般评价标准。 4.1 机构设计的一般原则 机构的形式设计要解决的关键问题是：构 造什么样的机构去实现原理方案所提出来的运 动要求。这是机构设计中最富有创造性、最直 接影响方案的可靠性和经济性的重要环节。因 此，机构形式设计，在保证机构能满足基本运 动要求的同时，还应满足机构设计的一些一般 性原则，这些原则也是评价机构性能好坏的重 要标准之一。 机构设计的一般性原则： 1、机构应尽可能的简单 例：如图41所示，三种能够实现直线轨迹运动的机 构，其中图41a中 ABBCBE，E点能精确实现直 线轨迹。图b为E点能实现近似直线轨迹的曲柄摇杆机 构。图c为有E点能精确实现直线轨迹的八杆机构。由 于八杆机构运动副较多，运动累积误差大，在同一制 造条件下，八杆机构的实际运动误差大约为机构的2- 3倍。 图41三种能够实现直线轨迹运动的机构 a）曲柄小滑块机构；b）曲柄摇杆机构；c）八杆机构 2、机构尺寸应尽可能地小 在满足相同工作要求的前提下，不同的机 构，其尺寸、质量和结构的紧凑性是大不相 同的。例如，在传递相同功率并且设计合理 的条件下，行星轮系的外形尺寸比定轴轮系 小；在从动件要求作较大行程的直线移动的 条件下，齿轮齿条机构比凸轮机构更容易实 现体积小，质量轻的目标。 n3、注意运动副的选择类型 运动副元素的相对运动是产生摩擦和磨损的主要原 因。运动副的数量和类型对机构运动、传动效率和机构的 使用寿命起着十分重要的作用。 4、选择合适的原动机，尽可能减少运动转换机 构的数量 目前工程上使用的原动机主要有三类： 内燃机 气、液马达，活塞气、液缸，摆动式气、液缸 电动机 5、应使机构具有良好的传力条件和动力特性 在进行机构形式设计时，应选择效率高的机构类型， 并保证机构具有较大的传动角和较大的机械增益，从而可 以减小机构中构件的截面尺寸和质量，减小原动机的功率 。机构形式设计要注意运动副组合带来的过约束。过约束 会造成机械装配困难，增大运动副中的摩擦与磨损。图4 2显示了几种构型，其过约束数计算如下： 图42a中，由于导轨由三个平面副组成，每个平面副的约 束数为3，而导轨只能保留一个移动自由度，即约束只能为5 ，故其过约束数为3354。 图42b中，由于导轨由两个圆柱副组成，每个圆柱副的约 束数为2，故其过约束数为4253。 图42c中，由于导轨由三个圆柱平面副组成，每个圆柱平 面副的约束数为2，故其过约束数为3251。 图42d中，由于导轨由一个圆柱副和一个球体平面副组成 ，每个圆柱副的约束数为2，球体平面副的约束为1，故其过 约束数为4150。 4.2常用基本机构的特性及评价 机械产品的动作功能总是通过机构将原动机的输出运 动经过必要的转换来实现的。在目前的条件下，尽管有这 样那样类型的原动机，绝大多数的机构产品仍然愿意采用 运动特性好、能量转换率高的笼型异步电动机。因此，能 将连续转动转换为其他运动形式的机构仍然是设计者最常 采用的机构。掌握好这些常用机构的运动特性，熟悉它们 所能实现的功能，了解它们的特点，对于设计者正确地选 用或从中获得启示来创新机构都是十分必要的。表41给 出了原动件是转动的常用机构功能表，可供设计者设计时 选用参考。 表41常用机构的运动转换及功能表 从表41中可以看出： 满足同一运动输出形式或具有相同功能 特点的机构有很多。根据专家们的经验，可 以从运动性能、工作性能、动力性能、经济 性和结构性能五个方面对机构进行评价。 表