第四章 机构的组合与创新设计ppt课件

1、第四章 机构的组合与创新设计,第一节 机构组合的基本概念,第二节 机构组成原理与机构创新设计,第三节 机构串联组合与创新设计,第四节 机构并联组合与创新设计,第六节 机构叠加组合与创新设计,第七节 机构封闭组合与创新设计,第八节 其他类型的机构组合与创新设计,第五节 复合式机构组合与创新,第一节 机构组合的基本概念,一、基本机构的概念,1、最简机构 把由2个构件和1个运动副组成的开链机构称为最简单的机构，简称最简机构。其要素是组成机构的最多构件为2且为开链机构。,原动机的机构简图为最简机构,2、基本机构 把含有3个构件以上、且不能再进行拆分的闭链机构称为基本机构。其要素是闭链且不可拆分性。,3

2、、基本机构的应用 1） 基本机构的单独使用 基本机构可以直接应用在机械装置中，只有一些简单机械中才包含一个基本机构，如空气压缩机中包含一个曲柄滑块机构。 2 ）互不连接的基本机构的组合,若干个互不连接、单独工作的基本机构可以组成复杂的机械系统。各基本机构之间进行运动协调设计。,图示压片机由三个独立 工作的机构组成，各机 构之间的运动必须满足 协调关系,3）各基本机构互相连接的组合 各基本机构通过某种连接方法组合在一起，形成一个较复杂的机械系统，这类机械是工程中应用最广泛、也是最普遍的。,基本机构的连接组合方式主要有：串联组合、并联组合、叠加组合和封闭组合等。其中串联组合是应用最普遍的组合。,常

3、用的机构组合方法如下。 1、利用机构的组成原理，不断连接各类杆组 2、按照串联规则组合基本机构 3、按照并联规则组合基本机构 4、按照叠加规则组合基本机构 5、按照封闭规则组合基本机构 6、上述方法的混合连接， 可得到复杂的机构系统。,串联组合,并联组合,第二节 机构组成原理与机构创新设计,一、II级杆组的类型 n=2，Pl=3的杆组，为II级杆组。 当内接副为转动副时，两个外接副可同时为转动副，也可以一个为转动副，另一个为移动副，或者两个外接副同时为移动副,II级杆组分类图,内接副为转动副,内接副为移动副, 级杆组分类图,3R杆组(以三个内接副开始),2RP杆组,R2P杆组,3P杆组,三、机

4、构组成原理与机构创新设计 1、机构组成原理 把基本杆组依次连接到原动件和机架上，可以组成新机构。机构组合原理为创新设计一系列的新机构提供了明确的途径。,2、机构组成原理与机构创新 把前述的各种II级杆组和III级杆组连接到原动件和机构上，可以组成基本机构；再把各种II级杆组和III级杆组连接到基本机构的从动件上，可以组成复杂的机构系统。,+,RRP杆组连接到原动件和机架上,连接级杆组,+,+,=,RRR杆组连接到原动件和机架上,RRR杆组连接机构的从动件 和机架上,连接级杆组到一个原动件和机架上,3R3R杆组连接到三个原动件(并联机构),3R2RP杆组连接到一个原动件和机架上,杆组类型很多,把

5、基本杆组连接到原动件和 机架上可组成新机构。把基本杆组再连接到 机构的从动件和机架上可组成复杂机构。,第三节 机构的串联组合与创新设计 一、机构的串联组合 1、基本概念 前一个机构的输出构件与后一个机构的输入构件刚性连接在一起，称之为串联组合。前一个机构称为前置机构，后一个机构称为后置机构。其特征是前置机构和后置机构都是单自由度的机构。,2、串联组合分类,二、机构串联组合基本思路 1、实现后置机构的速度变换 2、实现后置机构的加速度变换 3、串联时运动链尽量要短（在满足要求前提下）,I型串联组合,II型串联组合,前置机构中做简单运动的构件与后置机构的 原动件连接。,前置机构中做复杂运动的构件与

6、后置机构的 原动件连接。,减少连杆机构的速度,改变滑块的运动规律,组合实例：,二、串联式机构组合的主要功能分析,型串联式组合,常用于改善输出构件的运动和动力特性；,并可以实现增力、增程和各种特殊的运 动规律；,双曲柄机构； 槽轮机构,双曲柄机构工作，通过主动拨盘，带动槽轮作间歇运动。通过对双曲柄机构进行尺寸综合，使得从动曲柄 E点的变化速度能够中和槽轮的转速变化，实现槽轮的近似等速转位。,组成机构,组合方式,型串联式组合方式；槽轮机构的主动拨盘 固接在双曲柄机构ABCD中的从动曲柄上。,工作过程,双曲柄机构与槽轮机构的串联组合,1）用于改善输出构件的运动和动力特性,牛头刨床导杆机构,转动导杆机

7、构ABD； 摆动导杆机构BCE； 摇杆滑块机构CFG；,组成机构,组合方式,型串联式组合,后置机构BCE中，输入构件为 BE，输出构件为CF。,当曲柄1匀速转动时，经过3个 基本机构的串联，中和了后继 机构的转速变化，滑块4在某区段内实现近似匀速往复移动。,前置机构ABD中，曲柄1为主动 件，绕轴A匀速转动，从动件2 输出非匀速转动。,工作过程,机构CFE为摇杆滑块机构，输 入构件为CF，输出构件为滑块。,椭圆齿轮连杆机构（用于毛纺针梳机导条机构 ）,组成机构,组合方式,椭圆齿轮机构；齿轮机构；曲柄导杆机构,型串联式组合,工作过程,前置机构是椭圆齿轮机构，输出非匀速转动，中间串 联一个齿轮机构

8、，用于减速，使后置机构的主动曲柄 3输入非匀速转动，后置机构是曲柄导杆机构，将转动 转变为移动，使从动件5近似实现匀速移动以满足工作 要求。,对于改善输出构件运动特性的型串联式机构组合，设计时应解决两方面的问题：,按照后置机构输出的运动规律实际要求， 确定前置机构应输出的运动规律。,2.按已经确定的运动规律，对前置机构进行 尺寸综合。,2）实现增力、增程和各种特殊的运动规律,增力机构,组成机构,组合方式,曲柄摇杆机构ABCD，摇杆滑块机构DCE,型串联式组合,连杆BC所受力为F，连杆CE所受力为P，则滑块所产生的冲压力为Q 。（式中减小和S，增大L均能增大Q力，设计时可根据要求确定、S和L）,

9、Q = P cos =,FL,S,cos,Q = P cos,组合目的,是增加输出 构件、滑块E 的冲压能力。,工作过程,利用齿轮齿条的大行程直移机构,组成机构,组合方式,两组齿轮齿条机构,型串联式组合,气缸中活塞杆移动，推动齿轮3在固定齿条1上滚动， 同时与3齿轮同轴的齿轮5带动活动齿条2移动。,工作过程,用于增力、增程、增速要求的串联式组合 ，创新设计的主要问题是应根据增力、增 程、增速的具体要求选择不同的方法：,若选择连杆机构，则按杠杆原理确定支点 的位置，即确定相关杆的长度比；若选择 齿轮机构，就需要确定适当的齿数比。,2. 型串联式组合,后置子机构的输入构件一般与前置子机 构中作平面

10、复杂运动的连杆在某一点联接。,主要是利用前置子机构与后置子机构联接点 处的特殊运动轨迹，使机构的输出构件实现所 要求的运动规律。,在曲柄摇杆机构OABD中， 连杆E点的轨迹上有一段近似直线，以F点为转动中心的导杆，在图示的位置，其导向槽与E点轨迹的近似直线段重合，当E点沿直线部分运动时导杆停歇。,具有运动停歇的多杆机构,组成机构,组合方式,曲柄摇杆机构OABD； 五杆机构DBEF,型串联式组合,工作过程,型并联：每个基本机构具有各自的输入构件， 而共有一个输出构件。,第四节 并联式机构组合与创新,一、并联式机构组合原理,两个或多个基本机构并列布置，称为机构并联式组合。,运动传递框图,型并联：各

11、个机构有共同的输入构件，但却有 各自的输出构件。,特点：两个机构并列布置，运动并行传递。,型并联：各个基本机构有共同的输入和输出 构件。,二、并联式机构组合的主要功能分析,1. 型并联式组合：,相当于运动的合成，其主要功能是对输出构件运动形式的补充、加强和改善。,V型发动机的双曲柄滑块机构,两个曲柄滑块机构,曲柄可实现无死点的定轴回转运动，并且还具有良好的平衡、减振作用。,组成机构,组合方式,型并联式组合,工作过程,两气缸作V型布置，它 们的轴线通过曲柄回转的固定轴线，分 别向两个活塞输入运动时，通过连杆带动曲柄作定轴回转运动。,组合目的,缝纫机针杆传动,原动件曲柄1和凸轮4输入运动，通过构件

12、2和5，带动针杆3作上下往复移动和摆动运动。,组成机构,组合方式,组合目的,工作过程,凸轮机构、曲柄滑块机构,型并联式组合,实现从动件作复杂平面运动。,钉扣机针杆传动,组成机构,组合方式,组合目的,工作过程,摆动导杆机构、曲柄滑块机构,型并联式组合,原动件曲柄1和曲柄6输入运动，通过构件2和5、4，带动针杆3作上下往复移动和摆动运动。,实现从动件作复杂平面运动。,2.型并联式组合,是将一个运动分解为两个运动，再将这两个运动 合成为一个运动输出。,用于改善输出构件的运动状态和运动轨迹，还可以改善机构的受力状态，使机构获得自身的动平衡。,周期性转过90无空行程的棘轮机构,原动件8输入一定的位移，使

13、摇杆1和3每次转过45，当构件8往复一个行程时，两个棘爪轮换推动棘轮转45，则棘轮得到双倍即90角位移。,组成机构,组合方式,组合目的,工作过程,两个曲柄滑块机构,型并联式组合，机构中对应构件的尺寸相等。,改善输出构件的运动状态和运动轨迹,活塞机齿轮杠杆机构,齿轮转动时，通过连杆BE、DE，将运动传递给活塞，使活塞沿气缸内壁作往复移动。,组成机构,组合方式,组合目的,工作过程,两个曲柄滑块机构ABE、CDE组合,型并联式组合，同时与两个相啮合 的齿轮机构连接，机构对称布置。,若机构中的两齿轮和两连杆的质量分别相等，则气 缸壁将不会受到因构件的惯性力而引起的动压力， 改善构件的受力状态。,压力机

14、的螺旋杠杆机构,由两个双滑块机构,构件1输入转动，使滑块A和C向内或向外移动，通 过连杆AB、CB，从而使移动构件2沿导轨P上下移动， 完成加压工作。,组成机构,组合方式,组合目的,工作过程,用于改善构件受力状况,型并联式组合，机构对称布置。,自动输送机械装置（输送轨迹为矩形）,原动件的输入轴上分别安装有两个凸轮，其中端面凸轮1控制输送托架左右往复移动，盘形凸轮2控制输送托架上下移动，从而使被输送的物料5沿矩形轨迹运动。,组成机构,组合方式,组合目的,工作过程,端面凸轮机构、盘形凸轮机构,型并联式组合,获得输出构件特定的运动轨迹,3. 型并联组合,是将一个运动分解为两个输出运动。,主要功能是实

15、现两个运动输出，而 这两个运动又相互配合，完成较复杂 的工艺动作。,设计时应注意两个并联机构动作的 协调和时序的控制。,共同的输入构件主动杆1作往复摆动，一个从动件是大滑块2，杆1的滚子在大滑块的曲线形沟槽内运动，使大滑块左右往复移动。另一个从动件是小滑块4，由摇杆1经连杆3推动，使其在导槽内往复移动。即大滑块在右端位置先接受来自送料机构的工件，然后向左移动，再由小滑块将工件推出，使工件进入下一工位。,实现两个运动输出，而这两个运动又相互配合，完成较复杂的工艺动作。,组成机构,组合方式,组合目的,工作过程,双滑块驱动机构,凸轮机构、连杆机构, 型并联组合,丝织机的开口机构,当主动构件曲柄1转动

16、时，通过摇杆3将运动传给两个摇杆滑块机构，使两个从动件滑块5和7实现上下往复移动，实现丝织机织物的开口动作。,组成机构,组合方式,组合目的,工作过程,两个摇杆滑块机构组合，共同连接 于曲柄摇杆机构。, 型并联组合,完成较复杂的工艺动作。,冲压机凸轮连杆机构,凸轮机构、凸轮连杆机构,当主动件凸轮转动时，推杆2实现左右移动；同时摆杆3实现摆动，并由摆杆的摆动而带动连杆4运动，使从动件滑块5实现上下移动。,（设计时应注意2 与5的时序关系）,组成机构,组合方式,组合目的,工作过程, 型并联组合，两个盘 状凸轮固接在一起,完成较复杂的工艺动作。,第五节 复合式机构组合与创新,一、复合式机构组合原理,是

17、指以两自由度的机构为基础机构，单自由 度的机构为附加机构，再将两个机构中某些构件 并接在一起，组成一个单自由度的组合机构。,一般是不同类型基本机构的组合，并且各种 基本机构融为一体，成为一种新机构，主要功能 是实现比较特殊的运动规律，如停歇、逆转、加 速、减速、前进、倒退以及增力、增程等。,是一种比较复杂的组合形式，基础机构的两个输入运动，一个来自机构的主动构件，另一个则来自附加机构。,来自附加机构的输入有两种情况：,一种是通过与附加机构的构件并接，称构件并接复合式组合。,另一种是通过附加机构的回接，称机构回接复合式组合。,基础机构：一般为二自由度机构，如差动齿 轮机构、五连杆机构；,复合式机

18、构组合中：,附加机构：为各种基本机构，如单自由度的连 杆机构、凸轮机构、齿轮机构等。,二、复合式机构组合主要功能分析,1.构件并接复合式组合,组成：,基础机构：差动轮系 附加机构：凸轮机构,凸轮-行星机构,关系：,从动杆2和行星齿轮3联在一起，2的摆动中心 和3的回转中心重合。,当系杆4为主动件以等角速度转动时，中心 轮5则因凸轮的轮廓曲线变化可获得极其多样 化的运动规律。,输入运动（基础机构）,基础机构的系杆4； 附加机构的从动杆2,工作过程,凸轮连杆机构,组成：,基础机构：5连杆机构 附加机构：凸轮机构,关系：,凸轮机构中的摆杆和连杆机构中的连杆BC并接,输入运动（基础机构）,基础机构的曲

19、柄AB；附加机构的摆杆BC,输出构件滑快D的行程比单一凸轮机构 推杆行程增大几倍。,工作过程,齿轮连杆机构,组成：,基础机构：差动轮系 附加机构：曲柄滑块机构,关系：,连杆BC与行星轮2并接,输入运动（基础机构）,基础机构的系杆3；附加机构的连杆BC,工作过程,主动件3转一周时，从动件1步进一定的角度。,步进转角的大小、逆转角度的大小、停 歇时间的长短可以通过选择不同的齿数比 和不同的杆长比来实现。,2. 机构回接复合式组合,蜗杆凸轮机构,基础机构：蜗杆机构 附加机构：凸轮机构,附加机构的一个构件从动杆又回接到主动构件蜗杆上。,蜗杆转动，从而使蜗轮以及与蜗轮并接的凸轮实现 转动；凸轮的转动又使

20、蜗杆实现往复移动， 从而使蜗轮的转速根据蜗杆的移动方向而增 加或减小。,组成：,关系：,输入运动（基础机构）,基础机构的蜗杆转动；附加机构的从动杆回接。,工作过程,第六节 叠加式机构组合与创新,一、叠加式机构组合的原理,将一个机构安装在另一个机构的某个运动构件 上的组合形式为叠加式机构，其输出的运动是若 干个机构输出运动的合成。,这种组合的运动关系有两种情况：,各机构的运动关系是相互独立的，常见于各种机械手。,各机构之间的运动有一定的影响。,主要功能是实现特定的输出，完成复杂的工艺动作。,运动独立式,运动相关式,二、叠加式机构组合的主要功能分析,1.运动独立式,曲柄摇块机构ABC、两杆机构,机

21、构工作是分别由转动构件4和曲柄1输入转动，致使马的运动轨迹是旋转运动和平面运动的叠加。,组成：,关系：,输入运动,工作过程,由曲柄摇块机构ABC安装在两杆 机构的转动构件4上组合而成的。,转动构件4和曲柄1,电动玩具马,组成：,关系：,输入运动：,工作过程：,液压挖掘机机构,3套液压摆缸机构,叠加组成,3套液压缸工作,（1-2-3-4、4-5-6-7、7-8-9-10）,第一套液压摆缸机构1234以挖掘机机身1为机架，输出 构件是大转臂4，该机构的运动可以使大转臂4实现仰俯动作。 第二套液压摆缸机构是4567，叠加在第一套机构的大转 臂4上，该机构的输出构件是小转臂7，其运动结果可使小转臂7

22、实现伸缩摇摆。 第三套机构是由7一89一10组成的液压摆缸机构，叠加在第 二套机构的小转臂7上、最终使铲斗10完成复杂的挖掘动作。,2.运动相关式,叠加式机构组合所形成的机构，除一般 的分析综合外，常涉及到控制、驱动和传 感器等方面的知识。,电风扇摇头机构,组成：,关系：,输入运动：,工作过程：,蜗轮蜗杆机构、双摇杆机构,蜗轮与连杆固接,蜗杆转动,电机向蜗杆输入转动后，使得电扇 在实现蜗杆快速转动的同时又以慢的速度摆动（两个机构的运动又通过蜗轮与连杆的固接互相影响）。,1) I型叠加机构,三、机构的叠加组合分类,2) II型叠加机构,1) I型叠加机构,基础机构,附加机构,2) II型叠加机构,基础机构,附加机构,四、 机构叠加组合的关键问题,2、II型叠加组合机构中，动力源安装在基础机构的可动构件上，驱动附加机构的一个可动构件，按附加机构数量依次连接即可。,1、选定附加机构与基础机构，确定附加机构与基础机构之间的连接方法。或者附加机构的输出构件与基础机构的哪一个构件连接。,3、I型叠加机构的连接方式较为复杂，但也有规律性。,图中,附加机构的蜗轮与基础机构的行星轮连接,第七节 机构的封闭组合与创新设计 一、机构的封闭组合 1、基本概念 一个两自由度机构中的两个输入构件或两个输出构件或一个输入构件和一个输出构件,用单自由度的机构连接起来，形成一个自由度的机构系统，称为封闭式