机械创新设计 5

1、 第五章 机构的创新设计 3 一个机械的工作功能，通常是要通过传动装置和一个机械的工作功能，通常是要通过传动装置和机构来实现。本章主要介绍机构创新设计的实例。机构来实现。本章主要介绍机构创新设计的实例。 机构设计具有多样性和复杂性，一般在满足工作机构设计具有多样性和复杂性，一般在满足工作要求的条件下，可采用不同的机构类型。我们在进行要求的条件下，可采用不同的机构类型。我们在进行机构设计时，除了要考虑满足基本的运动形式、运动机构设计时，除了要考虑满足基本的运动形式、运动规律或运动轨迹等工作要求外，还应注意以下几个方规律或运动轨迹等工作要求外，还应注意以下几个方面的要求：面的要求：4（1）机构尽可

2、能简单）机构尽可能简单 可通过选用构件数和运动副较少的机构、适当选可通过选用构件数和运动副较少的机构、适当选择运动副、适当选用原动机等方法来实现；择运动副、适当选用原动机等方法来实现；（2）尽量缩小机构尺寸，以减少重量和提高机动性）尽量缩小机构尺寸，以减少重量和提高机动性能；能；（3）应使机构具有较好的动力学性能，提高效率。）应使机构具有较好的动力学性能，提高效率。5第一节第一节 常见机构分析常见机构分析 在实际的机构设计时，要求所选用的机构能实现在实际的机构设计时，要求所选用的机构能实现某种运动或某些功能，表某种运动或某些功能，表5-1、表、表5-2简要介绍了常见简要介绍了常见机构的运动、性

3、能、特点等，为我们的设计提供参考机构的运动、性能、特点等，为我们的设计提供参考。6第一节 常见机构分析78第二节第二节 各类机构简介各类机构简介一、增力机构一、增力机构1.杠杆杠杆“给我一个支点，我将推动地球给我一个支点，我将推动地球”这这句名言实际上就是杠杆原理的经典描句名言实际上就是杠杆原理的经典描述、人们在古代就已非常清楚杠杆增述、人们在古代就已非常清楚杠杆增力原理。如图力原理。如图5-1所示，其计算公式所示，其计算公式为：为：PllF219当当l1l2时，用较小的时，用较小的P可得到可得到较大的力较大的力F。如图。如图5-2所示下水所示下水道盖板的开启工具就是其中一道盖板的开启工具就是

4、其中一例。人们日常生活中使用的剪例。人们日常生活中使用的剪刀、钳子、扳手等工具也都是刀、钳子、扳手等工具也都是利用了杠杆增力原理。利用了杠杆增力原理。第二节第二节 各类机构简介各类机构简介10第二节第二节 各类机构简介各类机构简介11第二节第二节 各类机构简介各类机构简介12王王第二节第二节 各类机构简介各类机构简介13立立第二节第二节 各类机构简介各类机构简介146.滑轮滑轮图图5-7所示滑轮机构，所示滑轮机构，F与与P关系关系 F=2P ( 5-6)第二节第二节 各类机构简介各类机构简介157.液压增力液压增力图图5-8所示液压增力机构，所示液压增力机构，F与与P的关系为：的关系为：PAA

5、F21第二节第二节 各类机构简介各类机构简介16二、夹紧机构二、夹紧机构1.虎钳的快速夹紧机构虎钳的快速夹紧机构图图5-13所示为一种快速夹紧机构，所示为一种快速夹紧机构，它可以提高虎钳夹持工件效率，这它可以提高虎钳夹持工件效率，这种快速种快速 夹紧机构采用了一对具有相夹紧机构采用了一对具有相同曲面的转动凸轮和固定凸轮，手同曲面的转动凸轮和固定凸轮，手柄转动凸轮快进到预定位置，然后柄转动凸轮快进到预定位置，然后螺旋机构进行夹紧。虎钳的钳口位螺旋机构进行夹紧。虎钳的钳口位置可以借助夹压间距调节手轮进行置可以借助夹压间距调节手轮进行调节，以适宜不同的材料厚度，同调节，以适宜不同的材料厚度，同时也可

6、以调整夹紧力。时也可以调整夹紧力。 该机构可用作铣床、镗床、装配夹该机构可用作铣床、镗床、装配夹具的夹压机构，是一种夹紧力调节具的夹压机构，是一种夹紧力调节简单的快速夹紧装置。简单的快速夹紧装置。第二节第二节 各类机构简介各类机构简介172.铣床夹紧机构铣床夹紧机构图图5-14所示为一铣床快动夹所示为一铣床快动夹具，它利用两螺纹旋向相反具，它利用两螺纹旋向相反的螺旋副使左右两构件同步的螺旋副使左右两构件同步移动。移动。第二节第二节 各类机构简介各类机构简介18图图5-15所示为另一种铣床快动所示为另一种铣床快动夹具，当工件被夹紧后，因夹夹具，当工件被夹紧后，因夹具具BCD成一直线，机构（夹具成

7、一直线，机构（夹具）处于死点位置，无论反力）处于死点位置，无论反力Fa有多大有多大 ，夹具不会自动松脱，夹具不会自动松脱，保证了夹紧工件的牢固性。保证了夹紧工件的牢固性。第二节第二节 各类机构简介各类机构简介19图图5-16所示为三种双向快所示为三种双向快动夹具，它们的操作简单动夹具，它们的操作简单，装夹方便。利用夹具体，装夹方便。利用夹具体各构件的运动关系，工件各构件的运动关系，工件在一方向受力夹紧时，另在一方向受力夹紧时，另一方向也同时夹紧，构思一方向也同时夹紧，构思巧妙。巧妙。第二节第二节 各类机构简介各类机构简介20三、自锁机构三、自锁机构 电工电工 攀登的套钩（图攀登的套钩（图5-1

8、7），为保证电工的安全，必需具有自锁特性，），为保证电工的安全，必需具有自锁特性，应满足的自锁条件：应满足的自锁条件： a2bf 式中式中 f为套钩与电杆之间的摩擦系数。为套钩与电杆之间的摩擦系数。第二节第二节 各类机构简介各类机构简介21 螺旋千斤顶如图螺旋千斤顶如图5-18所示所示，在手柄加上不大的转矩可以，在手柄加上不大的转矩可以获得很大的轴向推力。在设计获得很大的轴向推力。在设计时，螺旋应具有自锁特性，以时，螺旋应具有自锁特性，以保证工件时的安全。保证工件时的安全。第二节第二节 各类机构简介各类机构简介22图图5-19所示简易夹砖装置，为所示简易夹砖装置，为保持砖在装夹搬运过程中不掉保

9、持砖在装夹搬运过程中不掉下，在设计时应具有自锁特性下，在设计时应具有自锁特性，其自锁条件为：，其自锁条件为： af（1-b）式中：式中：f为砖夹与砖之间在接为砖夹与砖之间在接触处的摩擦系数。触处的摩擦系数。第二节第二节 各类机构简介各类机构简介23爬杆机器人是由清华大学的学爬杆机器人是由清华大学的学生设计制造的。这种机器人模生设计制造的。这种机器人模仿尺蠖（仿尺蠖（huo)的动作向上爬行的动作向上爬行，其爬行机构只是简单的曲柄，其爬行机构只是简单的曲柄滑块机构（图滑块机构（图5-20所示）。其所示）。其中电机与曲柄转接，驱动装置中电机与曲柄转接，驱动装置运动。上下两个自锁套是实现运动。上下两个

10、自锁套是实现上爬的关键结构。上爬的关键结构。当自锁套有向下运动的趋势时，锥当自锁套有向下运动的趋势时，锥套、钢球与圆杆之间会形成套、钢球与圆杆之间会形成 可靠的可靠的自锁，使装置不下滑，而且上行时自锁，使装置不下滑，而且上行时自锁解除。自锁解除。第二节第二节 各类机构简介各类机构简介24爬杆机器人的爬爬杆机器人的爬 行过程如图行过程如图5-21所所示，图（示，图（a）为初始状态，上下自锁）为初始状态，上下自锁套位于最远极限位置，同时锁紧；套位于最远极限位置，同时锁紧；图（图（b）状态曲柄逆时针方向转运）状态曲柄逆时针方向转运 上上自锁套锁紧，下自锁套松开，被曲自锁套锁紧，下自锁套松开，被曲柄连

11、杆带动上爬；图（柄连杆带动上爬；图（c）状态曲柄）状态曲柄已越过最高点，下自锁套锁紧，上已越过最高点，下自锁套锁紧，上自锁套松开，被曲柄带动上爬。如自锁套松开，被曲柄带动上爬。如此周而复始，实现自动爬杆。用完此周而复始，实现自动爬杆。用完些简单的机构、结构巧妙地使机器些简单的机构、结构巧妙地使机器人爬人爬 杆，体现了独创性。杆，体现了独创性。第二节第二节 各类机构简介各类机构简介25四、泵机构1.曲柄摆动导杆机构型摆式叶片泵 如图5-22所示，圆盘1绕固定轴线B旋转，并与导块2用转运副D连接，导块2在叶片3的导槽a中往复移动，叶片3绕固定轴线A摆。当叶片3向右摆时，液体由吸入口b进入，由输出口

12、c流出。当叶片向左摆时，液体经过叶片3上的止回阀（图中未表示）流到叶片右方的输出腔中，而吸入口b被另一个止回阀（图中亦未画出）关闭，以阻止液体倒流。图5-22 曲柄摆动导杆机构型摆式叶片泵26 2.摇块机构摆动油泵 如图5-23所示，曲柄1带动滑块2在摇块3内上下移动时，摇块的腔设计成在左右摆动时正好与进出口相对应，并完成吸油和输出动作。其结构简单，设计巧妙。图（a）为运动简图。第二节 各类机构简介273.铰链四杆机构型 旋转叶片泵 图5-24所示为单腔半圈旋转式叶片泵，曲柄1固定轴线A旋转，叶片2固定轴线D摆动，连杆3与曲柄1和叶片2分别用回转副B和C铰接，泵有单腔d，当曲柄2转动时，叶片3使液体顺时针方向 流动，并将吸入腔和输出 腔隔开。叶片2上有一止回阀（图中未画出），用以在回程中使液体流回第二节 各类机构简介28 图5-25所示为双腔半圈旋转式