机械制造创新设计PPT课件.ppt

机构的创新设计方法 1 机构的构型目的当所选择的机构型式不能完全实现预期要求 或虽能实现功能要求但存在着或结构较复杂 或运动精度不当和动力性能欠佳 可在常用机构中选择一种功能和原理与工作要求相近的机构 在此基础上重新构筑机构的型式 2 一 机构创新的组合原理 创新的分类 1 突破性创新 采用全新的技术2 组合性创新 采用已有的技术进行重组 将一个基本机构与另一个或几个基本机构或基本杆组按一定方式有目的地进行组合 组合机构 克服单一机构性能方面的不足 也能充分发挥各基本机构的特点 3 组合法 串联组合前一级子机构的输出构件 作为后一级子机构的输入构件 依次串联的组合方式 后一级子机构的主动件为前一级子机构的一个连架杆 后一级子机构的主动件为前一级子机构的连杆 4 并联组合几个子机构共用同一个输入构件 而它们的输出运动又同时输入给一个多自由度的子机构 从而形成一个自由度为1的机构系统的组合方式 5 各子机构间无严格的运动协调配合关系 6 各子机构在动作的先后次序上有严格的要求 自动车床上三个并联凸轮的工作顺序有先后要求 7 各子机构有运动形式配合要求 磨床中的主轴运动 砂轮运动和 工件运动在运动形式上有配合要求 8 并联式组合机构的创新设计 该组合机构由摆动从动杆凸轮机构与移动从动杆凸轮机构的并联组合而成 当原动凸轮转动时 便可得到对工件的冲压动作和移动工件的送料动作 该设计将驱动摆杆的凸轮与驱动移动从动杆的凸轮合并为一个 将凸轮AB廓线设计为一段以O为圆心的圆弧 从而保证了当冲头在冲压工件时 工件不动 设计者必须先根据冲头与推杆的时序关系设计好工作循环图 再根据工作循环图来确定两只凸轮图在驱动轴上的安装位置 9 并联式组合机构的创新设计 并联式组合机构的创意出发点1 巧妙地利用机构的对称并列布置达致力改善机构的受力 10 并联式组合机构的创新设计 并联式组合机构的创意出发点2 利用运动的合成与分解来实现单一基本机构难以实现的复杂运动和特殊的工作要求 以某一基本机构为设计基础 将另一基本机构的运动作该机构的补充或加强进行运动合成 如果以运动分解为目的 两分解运动一定是非独立的 11 复合式组合机构的创新设计 基础机构 机构中至少有一个自由度为2的基本机构 为组合机构的主体 附加机构 用来封闭或约束基础机构 自由度为1的基本机构 12 复合式组合由一个或几个串联的基本机构去封闭一个具有两个或多个自由度的基本机构的组合方式 13 复合式组合机构的创新设计 图4 20所示机构为按图4 18b所示的方式复合的组合机构 该组合机构是由一个可沿轴向窜动的蜗杆机构和附加的凸轮机构复合组成 当蜗杆驱动蜗轮转动时 同时带动凸轮一齐转动 凸轮机构的从动杆随着凸轮廓线的变化作往复直线运动 反过来又驱动蜗杆沿其轴向左右窜动 蜗杆转动和移动合成使蜗轮转速变得时快时慢 14 叠加式组合机构的创新设计 叠加式组合机构的创新设计将一个机构安装在另一个机构的某一个运动构件上形成的组合机构称为叠加式组合机构 15 二 机构创新的变性原理 通过构件变异创新机构构件运动的充分利用改变机架的位置改变原动件的位置及性质改变构件的杆长改变构件的形状 通过运动副的变异创新机构改变运动副元素的形状改变运动副的约束利用运动副之间的等价变换 改变机构中运动副的数量和性质 16 变异法 更换原动件 双摇杆机构中 选连杆作为原动件 可把风扇转子的旋转转化为连架杆的摇动 17 运动倒置 18 改变构件结构形状 将摆动导杆机构中的直线导槽改为圆弧导槽 可获得较长时间的停歇 改变构件运动尺寸 槽轮直径变为无穷大 槽数无穷多时 演变为槽条机构 19 通过构件变异创新机构 机构构件变异的主要目的改善机构运动的不确定 解决机构由于结构原因无法正确运动的问题 开发新功能 开发新机构 改善机构的受力状态 提高构件强度或刚度 20 通过构件变异创新机构 1 构件运动的充分利用构件的功能 将输入运动转换为所需的输出运动构件的基本类型 机架 连架杆 连杆常用构件 连架杆少利用的构件 连杆机构创新的重要方向 充分利用连杆 21 1 构件运动的充分利用 K H V少齿差行星传动具有结构紧凑 体积小 传动比大的优点 如何将行星轮 连杆 的运动输出 如何设计性能优良 结构简单而紧凑的等速输出机构 是K H V少齿差行星传动创新的关键技术之一 22 1 构件运动的充分利用 所示的行星轮系中 太阳轮齿数Z1与行星轮齿数Z2相等 因为太阳轮固定不动 因此 无论杆怎样运动 行星轮相对于机架不转动 利用行星轮的这一运动特点 在行星轮安装一水平托架 可将工件从低工位托起 并维持工件的位置和状态不变将其送至高工位 23 2 利用机架位置的变换来创新机构 24 2 利用机架位置的变换来创新机构 变换机架位置 将不动构件与运动构件位置有意识的进行互换 常能产生出一些很有新意的创造性构思 牛头刨采用工件不动而刀具运动对工件进行加工 对于小型工件 出于切削运动机沟体积不大 这种方案是可行的 对于又长又大的工件 这种机构设计方案就显得什分笨重和不经济了 这时采用齿轮齿条机构计工件运动 而使刀具不动成为一种合理的选择 于是人们设计出了加工大型工件的龙门刨床 逆反原理的运用 25 2 利用机架位置的变换来创新机构 如果包装盒不动 要设计一台能将盒端翻盖3 4 5翻向盖体 并自动将盒封好的机构不是一件容易的事 但如果让包装盒运动起来 则只需将封装机构设计成像图示的两对固定在机器上的靠模板就行了 当包装食运动时 第一对靠模板将纸盒上翻盖3折向盒体 第二对模板依次将纸盒上翻盖4 5折向盒体 在翻盖5经过滚轮6时为其涂上胶水 则整个纸盒就包装好了 26 3 利用原动件的变化创新机构 同一机构选取不同的构件为原功件 可以获得不同的使用功能 曲柄滑块机构以曲柄为主动可用于各种泵 以滑块为主动可用于内燃机和蒸汽机 移动导杆机构以曲柄为主动可用作抽水唧筒 以移动导杆为主动可制成装卸机械中的抓斗 27 4 利用构件尺寸的变化来创新 合理的构件尺寸及配置关系可以提高机构的机械利益 达到省力工作的目的 28 5 利用构件形状变异进行创新 29 二 通过运动副的变异创新机构 机构运动副演化与变异的主要目的增加运动副的接触强度 减小运动副元素的磨擦 磨损 改善机构的受力状态 改善机构的运动和动力效果 开拓机构的各种新功能 寻求演化新机构的有效途径 30 二 通过运动副的变异创新机构 1 改变运动副元素的形状 低副 高副 31 2 利用变约束运动副 32 3 利用运动副的替代 1 低副与低副的替代从运动的