机车车轮制动机构的创新设计

1、潍坊学院2011-2012学年第2学期机械创新设计试卷(论文类)考牛姓名学号年级所在院系专业班级考生成绩阅卷人(命题要求，内容要求，格式要求，其它要求，等等)1、试卷完成时间：不得迟于2012年6月29号。2、考试方式、分制与分数解释采用提交设计/论文的方式，成绩按优秀、良好、中等、 及格、不及格五级制评定。3、开卷考试要求：试卷采用b4纸质横向排版，论文或设计、字数不少于 3000o(2) 设计/论文必须横排。(3) 必须独立完成，若有雷同，均按零分处理。4、下列内容：(1) 运用创造原理与创新技法进行机构创新设计、结构创 新设计(2) 反求设计与技术引进的应用(3) 原理方案的创新设计(4

2、) 英他形式的创新设计或论文亦可机车车轮制动机构的创新设计摘要:运用机构再生运动链法，在归纳了原始机车车轮制动机构 的拓扑构造特性后，通过对原有机构进行一般化处理，应用机构的数 目综合理论，可得到与一般化运动链具有相同构件数和运动副数的全 部非同构运动链。再经由特定化和具体化程序，生成和演化出了多个 新型机车车轮制动机构的机构简圈。该法适用于多种类型的平面多杆 机构的创新设计，同时为研究现有设计并对其进 行创新性改进设计提供了一条实用的、可操作性强的有效途径。关键词:一般化运动链;再生运动链;拓扑构造;特泄化运动链构思新型机构是机械设计的重要内容之一，为了获得机械的预期 功能，设计人员必须具备

3、创造新机构或改变已有机构构思的能力，这 是设计过程屮最具创意的部分。图1为一种很有新意的车轮制动机 构。该机构制动力由一只气缸提供，为了防止出现两片制动闸瓦在制 动屮一片闸瓦已贴紧车轮但另一片闸瓦却因误差而不能同时抱紧车 轮的问题，设计者将该制动器设计成只有一个原动件的二自由度机 构。根据机构的最小阻力运动规律，当活塞向右运动吋，各构件将按 最小阻力方向运动，一口具中一片闸瓦与车轮接触后，机构的自由度 将变为1 ,于是另一片闸乩将迅速向车轮靠近并抱紧车轮，完成制 动过程。当活塞向左运动时，机构的自由度又恢复为2，两片闸瓦（4） 原始机构与其所对应的一般化机构，其自将以自适应的方式与车轮脱 开。

4、同时，该机构在换上厚度不同的新闸瓦后也不会影响到制动效果。该制动机构是一个非常有创意的机构。-g图1机车车絵制动机恂1分析原始机构，归纳其拓扑构造特性(1) 该制动机构是个自由度为2的平面机构(2) 该机构由7个杆件和8个运动副组成。(3) 该机构屮有7个转动副和1个移动副。(4) 机构屮有1个机架，2个钱支杆，3个平面运动杆件。(5) 该机构屮有2个气缸装置，由活塞杆和气缸组成，并以气缸 本身作为机架。2 一般化运动链机构一般化的口的是把包含有不同类型的杆件与运 动副的原始机构转化为只含有连杆和转动副的般化运动链。其一般 化原则如下：(1) 所有运动副都需转化成转动副。(2) 所有构件都需转

5、化成一般化连杆。(3) 原始机构与其所对应的一般化机图2机车车轮制动机构构，其 所有构件与运动副之间的一般动链副之间的关系应保持一致。(4) 原始机构与其所对应的一般化机构，其自由度应保持不变。由上 述一般化原则可得到一般化机构，再将一般化机构释放机架和原动件 斤，就得到一般化运动链。该机车车轮制动机构的一般化运动链如图 2所示。10 2机车车牝制动机拘的一箴化运劝傅3构思一般化运动链图谱应用机构数日综合理论，可得到与一般化运动链的杆数、运动副 数fi相同的全部可能的运动链图谱。设计者可查表或通过计算得到所 需的一般化运动链图谱。本文介绍通过计算來确定图谱的方法，其具 体过程如下：(1) 确定

6、 mmax设n为原始机构的运动副数h ;n为原始机构jl的连杆数 h ;“皿为附随于一个连杆的最多运动副数式(3)、式(4)只适合于一般化运动链中无复合佼链的情况。m m + 2gwnjw 2nl -3(1)m - l2皿-3 w m 石牛- 1 <2)巳知m "z =7显然r与皿的关系谕足 武.由此給m.m巧-皿+ 2 " - 7 + 2= 3。<2>确定二剧杆个散na和三刖杼个数n3巳知乂 7 .n/8 代入上式可彳昴at2 = s. n、 2线过不答对于本例所示的7杆8副双自由度机车车轮制动机构，可得到 如图3所示的一般化运动链图谱。由于图3(a)是

7、一个三杆环路运动 链，应予剔除，所以图3屮共有5个符合要求的一般化运动链图谱。4特定化运动链i吾i谱运动链特定化的冃的是在满足一定的设计要求 下，从一般化运动链图谱中，指定杆件和运动副的具体类型，以获得 满足设计要求的可行机构运动链形式4. 1确定设计约束(1) 必须有一个固定杆作为机架。(2) 必须有一个气缸。(3) 气缸必须与机架连接或以其木身作为机架。(4) 活塞杆一端与气缸组成移动副，其另一端不能与固定杆饺接。(5) 必须有两个双副杆作为执行构件(制动片)，它必须与固定杆饺 接4. 2分配构件类型根据以上设计耍求(约束)，下而就可以将固定杆、气缸及制动片等3 种构件分别指定到图3中的5

8、个非同构运动链屮。为节省篇幅，本 文仅从图3中选定一个一般化运动链进行说明，其他可依此类推。具体步骤如下：1）确定固定杆g后的非同构机构对于图3中所选定的运动链（见图 的，当取不同的构件为机架时，根据约朿条件，具非同构的机构形式 有一种，如图4所示;同理可推出图3屮其余的一般化运动链在确定 了固定杆g后的非同构机构（此处略）。（2）确定气缸q与活塞杆h后的非同构机构针对图4 ,结合设计 要求，经过分析后可得到如图5所示的分配了气缸q与活塞杆h图4咦定丁阖定杆&启的非冋杓机恂（3）确定执行构件z后的非同构机构针对图5 ,结合设计要求，可 得到如图6所示的确定了执行构件z后的非同构机构。综

9、上所述，共可得到如上图6所示的共计6种可用的特定运动 链图谱。定tc认"ju日妗*pj枳谢5绘出新型机车车轮制动装置机构图谱利用机构一般化原则进行逆 推，将再生出的特定化运动链图谱还原为具体的机构构造简图。针对 图6所示的6个非同构机构可得到6种（如图7所示）新型车轮制 动机构简图。设计人员可根据主要技术性能指标及具体结构条件，通 过分析比较，从屮选取合理的结构形式。6结束语本文仅针对图4所示的一般化运动链就可得出6种新型机车车 轮制动机构，依次类推，由图3共可再得出10种新型机车车轮制 动机构(去除具中的原始机构)。所以，再生运动链法创新设计可基于e 某一现存的机械装置，系统地确定

10、出与该装置具有相同功能的不同的 机构形式，可以得到所有可能的设计方案。木文旨在通过对机车车轮 制动装置的创新设计，试图揭示机械创新设计的规律性，并为下一步 建立相应的知识模型，采用计算机智能与人类专家智能相结合的设计 系统奠定一定的基础。w(» '(0(0图7輪脳網参考文献1颜鸿森著，姚燕安，王玉新，郭可谦译.机械装置的创造性设m. 北京:机械工业出版社，20022罗绍新.机械创新设计m.北京:机械工业出版社，2-33吕仲文.机械创新设计m.北京z机械工业出版社，2°°54张春林，曲继方，张美麟.机械创新设计m.北京:机械工出版社, 19995大永，蒋劲茂，彭颖红等.辑弯成型过程仿真与参数优化j.