机构的创新设计.ppt

机构创新设计 好的机械原理方案是否能实现，机构形式的的设计是关 键的环节，常用的设计方法有机构的选型和机构的构型两大 类。 机构形式设计的原则 机构的选型 机构的构型 机构形式设计的原则 机构应尽可能简单 机构运动链尽量简短 适当选择运动副 适当的选择原动机 选用广义机构 应尽量缩小机构尺寸 应使机构具有较好的动力学特性 采用传动角较大的机构 采用增力机构 采用对称布置的机构 机构形式设计的原则 1、机构运动链尽量简短优先选用构件数和运动副数最少的构 建 温故：机构具有确定运动的条件机构原动件数=机构自由度数 实现直线轨迹的机构 机构形式设计的原则 2、适当选择运动副 “扬长避短”； 一般情况下，应先考虑低副机构，而且尽量少采用移动副； 在执行构件的运动规律要求复杂，采用连杆机构很难完成精确 设计时，应尽量采用高副机构，如凸轮机构或连杆凸轮组合 机构。 温故：平面机构自由度的计算F=3n-(2 pl + ph)=3n-2 pl - ph 3适当选择原动机 新型电动机和新材料驱动器的出现，可大大的简化机构的 结构，甚至改变了传动机构的设计。 1.新型电动机 今天的一些电动机已与传统的形式有很大的不同，交流变 频调速技术的应用大大简化了机械变速机构。直线电动机可直 接输出直线运动，采用这种电动机将不再需要诸如滚珠丝杠等 直线传动机构，并且具有非常高的传动定位精度（m级）。 例如使用直线驱动器的电子打字机运行稳定、机构简单、不需 要调整。直接驱动电动机，不需要经齿轮等减速机构，而可直 接用于机器人的关节驱动，大大简化了机构的结构。即使是传 统的电动机，随着高磁性材料和化学加工方法的应用，其尺寸 也越来越小。如使用照相刻蚀、电镀方法制作的盒式录像机驱 动用新型无刷直流电动机厚度仅为4mm。其中4层绕组总厚度 为0.7mm，永久磁铁厚度为1mm。此外，还可采用硅技术（ IC制造技术）制作微型电动机。 2.新材料驱动器 由于新材料的出现，产生了许多新型驱动原理与 新型驱动器，它们给机构设计带来了新思想。 3.多自由度驱动器 多自由度机械需要多个原动件，每个原动件都需 要一个驱动器，有时多个驱动器间还需要有一些机 构作运动协调处理。多自由度驱动器在多自由度装 置中应用，可以减少驱动器的数目，省去这些作运 动协调的机构，降低装置的复杂程度，减小体积， 提高运动精度。如专门设计的光盘读写头二自由度 驱动器，可实现驱动光盘旋转并准确移动读写头到 所期望的轨道位置。 机构形式设计的原则 尽量缩小机构尺寸 连杆齿轮机构 机构形式设计的原则 尽量缩小机构尺寸 凸轮连杆机构 机构形式设计的原则 采用增力机构 机构形式设计的原则 采用对称布置的机构 机构的选型 按运动形式要求选择机构 机构选型一般先按执行构件的运动形式要求选择机构，同时还应考虑机构的功 能特点和原动机的形式。要实现不同的运动变换，应选择不同的机构。表61 列出了各种运动形式变换所对应的机构；表62列出了实现各种工作原理采用 同机构的性能、特点、价格对照表；63列出了各种机构的运动动力特性。 机构方案的评价 评价指标和评价体系。 典型机构的评价。 61 实现运动形式变换的常用机构 运动变换动变换 形式 常用机构应应用实实例与原理 等速转动变换为转动变换为 等速转动转动 1、连连杆机构 平行四边边形机构 双转动转动 机构 2、齿轮齿轮 机构 圆圆柱齿轮齿轮 机构 圆锥齿轮圆锥齿轮 机构 蜗轮蜗蜗轮蜗 杆机构 3、行星轮轮机构 摆线针轮摆线针轮 机构 谐谐波传动传动 机构 4、摩擦轮轮机构 5、挠挠性件传动传动 机构 链传动链传动 带传动带传动 绳传动绳传动 机车联动车联动 机构、联轴联轴 器 联轴联轴 器 减速器，变变速器 减速器，运动动的合成与分 解 减速器，无级变级变 速 减速、输输送 减速、输输送、无级变级变 速 等速转动变换为变转动变换为变 速转动转动1、连连杆机构：双曲柄机构 转动导转动导 杆机构 2、非圆齿轮圆齿轮 机构 惯惯性筛筛、刨床、自动动机 压压力机 等速转动变换为转动变换为 往复摆动摆动 1、连连杆机构： 曲柄摇摇杆机构 曲柄摇块摇块 机构、 摆动导摆动导 杆机构 2、摆动摆动 从动动件凸轮轮机构 3、气、液动动机构 破碎机 液压摆压摆 缸，自动动装卸 牛头头刨床 续续表 等速转动变换为转动变换为 往复移动动 1、连连杆机构 曲柄滑块块机构 移动导动导杆机构 2、移动动从动动件导导杆机构 3、不完全齿轮导齿轮导 杆机构 冲、压压、锻锻等机械装置 缝纫缝纫机针头针头机构 配气机构 等速转动变换为单转动变换为单 向移动动 1、齿轮齿轮、齿齿条机构 2、螺旋机构 3、链传动链传动 机构 4、带传动带传动 机构 压压力机，千斤顶顶 输输送机，升降机 输输送机 等速转动变换为间转动变换为间 歇运动动 1、棘轮轮机构 2、槽轮轮机构 3、不完全齿轮齿轮机构 4、蜗蜗杆式分度机构 5、凸轮轮式分度机构 6、气、液动动机构 机床的进给进给，单单向离合器 车车床刀架转转位，电电影放影机 转转位工作台 转转位工作台 转转位工作台 分度，定位 实现实现特定的运动轨动轨迹 1、连连杆机构 四连连杆机构 平行边边杆机构 2、凸轮轮机构 3、行星齿轮齿轮机构 4、滑轮轮机构 利用连连杆曲线实现轨线实现轨 迹 直线导线导引，升降机 实现实现方型轨轨迹，直线线移送 利用行星齿轮齿轮的轨轨迹 导导引升降装置 实现实现加压缩紧压缩紧 1、连连杆机构 2、凸轮轮机构 3、螺旋机构 4、斜面机构 5、棘轮轮机构 6、气、液动动机构 利用转动转动副的死点位置 利用反行程自锁锁的性质质 利用反行程自锁锁的性质质 超越离合器 利用阀阀控制 实现实现运动动的合成与分解 1、差动连动连杆机构 2、差动齿轮动齿轮 机构 3、差动动螺旋机构 4、差动动棘轮轮机构 数学运算 汽车车用差速器 微调调 62 实现各种工作原理采用不同机构的性能、特点、价格对照 机构类类 型 控制方法与价格比较较 开关控制速度控制力的控制 价格 比较较 机械类类 机构 各种离合 器 连连杆机构的 杠杆比或齿齿 哗哗机构的传传 动动比 连连杆机构的 杠杆比或齿齿 哗哗机构的传传 动动比 便宜 液压类压类 机构 各类换类换 向 阀阀 流量调调解阀阀 溢流阀阀、压压 力开关，减 压阀压阀 贵贵 气压类压类 机构 各类换类换 向 阀阀 不易控制 溢流阀阀、压压 力开关，减 压阀压阀 便宜 电电磁类类 机构 开关、继继 电电器 变压变压 器、变变 阻器 变压变压 器、变变 阻器 贵贵 63 常用机构的运动及动力特性 机构类类型 运动动及动动力特性 连连杆机构 可以输输出转动转动 、移动动、摆动摆动 、间间歇运动动，可以实现实现 一定的轨轨迹与位置要求 ，利用死点楞以用作夹紧夹紧 、自锁锁装置；由于运动动副是面接触，故承载载能力 大，加工精度高，但动动平衡困难难，不宜用于高速 凸轮轮机构 可以输输出任意的运动规动规 律的移动动、转动转动 、摆动摆动 ，但动动程不在，由于运动动副 是高副，又需要靠力或形封闭闭运动动副，故不适应应于重载载 齿轮齿轮 机构能实现实现 定传动传动 比及变传动变传动 比，功率及转转速的范围围都很大，传动传动 比准确可靠 。 挠挠性件性传动传动 机构 链传动链传动 瞬时传动时传动 比是变变化的，不适应应于高速；带传动带传动 有弹弹性滑动动，有吸振 和过载过载 保护护作用，两者都可以实现远实现远 距离传动传动 螺旋机构可实现实现 微动动、增力、定位等功能；工作平稳稳，精度高，但效率低 蜗蜗杆机构传动传动 比大，体积积小；但效率低，可以实现实现 反程自锁锁 气、液动动机构 常用于驱动驱动 、压压力、阀阀、阻尼等机构；利用流量变变化可以实现变实现变 速；利用 流体的可压缩压缩 性，可以实现实现 吸振、缓缓冲、阻尼、控制、记录记录 等功能；但有 密闭闭性要求 电电控机构利用电电、磁元件作为为中介，可使机构快速启动动与停止；多用于控制装置 间间歇运动动机构常用的棘轮轮机构、槽轮轮机构，它们们可以实现间实现间 歇进给进给 、转转位、分度；但有 刚刚性冲击击，比已用于高速、精密要求的蜗蜗杆与凸轮轮式分度机构转转位平稳稳， 冲击击小，但设计设计 加工难难度大 机构的构型 基本思路：以通过选型初步确定的机构方案雏型，通过组合、 变异、再生等方法进行突破，获得新的机构。 利用组合原理构型新机构 利用机构的变异构型新机构 利用再生运动链法构型新机构 广义机构创新设计 构型创创新设计设计 概念 机构构型、选选型 为为了一个原理，可以采用不同的机构 ，如杠杆原理可以采作连连杆机构、齿轮齿轮 机 构、滑轮轮机构等。 可利用机构的变变异、组组 合、再生等创创新方法构造出新型机构来。 要实现实现 不同的运动变换动变换 ，应选择应选择 不同的机 构或结结构。 运动转换动转换 形式（一） 等速转动转动 等速转动转动 可以采用的机构有连连杆机构（平行四边边形机 构），齿轮齿轮 机构，挠挠性件机构（皮带传动带传动 、链传链传 动动，绳传动绳传动 ），摩擦轮传动轮传动 。 等速转动转动 变变速转动转动 一般的连连杆机构，非圆齿轮圆齿轮 机构。 等速转动转动 往复摆动摆动 连连杆机构，摆动摆动 从动动件凸轮轮机构，气、 液动动机构。 运动转换动转换 形式（二） 等速转动转动 单单向移动动 齿轮齿齿轮齿 条件机构，螺旋机构，链传动链传动 机 构，带传动带传动 机构。 等速转动转动 间间歇运动动 棘轮轮机构，槽轮轮机构，不完全机构，气 、液压传动压传动 机构。 实现实现 运动动合成与分解 差动连动连 杆机构，差动齿轮动齿轮 机构，差动动螺 旋机构。 机构的运动动及动动力特性（一） 连连杆机构：承载载能力大，加工精度高，但不宜 用于高速。 凸轮轮机构：可以输输出任意运动规动规 律的 移动动，但动动程不大，办办适应应于轻载轻载 。 螺旋机构： 可实现实现 微动动、增力。工作平稳稳，精度高，但效率 低。 蜗蜗杆机构：传动传动 比大，体积积小，但效率低， 可以实现实现 行程自锁锁。 机构的运动动及动动力特性（二） 齿轮齿轮 机构：功率与转转速的范围围大，传动传动 比 精确度高，传动传动 可靠，效率高。 气、液压传动压传动 ：运动动形式比较较灵活，控制方便，但制造使作要 求高，有密闭闭性要求。 电电器机构：利用电电器、磁 元件作为为中介，可使机构快速启动动，多用于控制 系统统。 间间歇机构：可以实现间实现间 歇进给进给 、转转位、 分度；但有刚刚性冲击击，设计设计 加工的难难度较较大。 各种类类型机构的性能、特点、价格 机构类型控制方法与价格比较 开关控制 速度控制 力的控制价格比较 机械类机构离合器杠杆比，传 动比 杠杆比，传动 比 便宜 液压类 机构换向阀流量阀溢流阀、压力开 关，减压阀 贵 气压类 机构换向阀不易控制溢流阀，压力开 关、减压阀 便宜 电磁类机构开关，继 电器 变压 器、 变阻器 变压 器、变阻 器 贵 机构构型的注意事项项 应应尽量满满足或接近功能目标标：满满足某一 规规定原理要求或运动动形式变换变换 要求的机 构种类类很多，宜采用多选选淘汰法确定。 要力求结结构简单简单 ：运动链动链 要短，构件与 运动动副数量要少，结结构尺寸要适度，布局 要紧紧凑。 要方便制造，提高精度：低副机构要比高 副机构容制造，在低副机构中，转动转动