[工作范文]09机械创新设计第六章ppt课件

1、第第6章章 机构方案创新设计机构方案创新设计6.1 组合创新机构组合创新机构 根本机构包括平面四杆机构、凸轮机构、齿轮机根本机构包括平面四杆机构、凸轮机构、齿轮机构、齿轮系与间歇运动机构等，这些机构所能实现的构、齿轮系与间歇运动机构等，这些机构所能实现的功能是非常有限的，但是，假设将它们组合起来，所功能是非常有限的，但是，假设将它们组合起来，所能实现的功能是很多的。能实现的功能是很多的。 机构的组合方式可划分为四种，串联组合，并联组机构的组合方式可划分为四种，串联组合，并联组合，复合式组合与叠加式组合。以下引见它们的组合合，复合式组合与叠加式组合。以下引见它们的组合方式与特点。方式与特点。 6

2、.1.1 串联组合机构串联组合机构 6.1.2 并联组合机构并联组合机构 6.1.3 复合组合机构复合组合机构 6.1.4 叠加组合机构叠加组合机构6.1.1 串联组合机构串联组合机构 是指假设干个单自在度的根本机构是指假设干个单自在度的根本机构A、B、C顺顺序联接，每一个前置机构的输出运动是后置机构的输序联接，每一个前置机构的输出运动是后置机构的输入，分为：入，分为： I型串联型串联联接点设在前置机构作简单运动的连联接点设在前置机构作简单运动的连架杆上；架杆上； II型串联型串联联接点设在前置机构作平面复杂运动联接点设在前置机构作平面复杂运动的构件上。的构件上。4O1O2O3AB122335

3、6CV5 前置机构为输出非匀速转动的椭圆齿轮机构，经过一对齿轮串联后置机构。前置机构为输出非匀速转动的椭圆齿轮机构，经过一对齿轮串联后置机构。使后置机构的自动曲柄使后置机构的自动曲柄3输入非匀速转动，使从动件输入非匀速转动，使从动件5近似实现匀速挪动。近似实现匀速挪动。 123467O1O3O5ABCD853 平面六连杆牛头刨床，它的输出构件5的近似等速运动特征较差，降低了工件外表加工质量的均匀性。 在前端添加一个转动导杆机构，目的在于使原曲柄3作变速运转，从而提高输出构件7的近似等速运动特征。 245O1O3BCD6315433S1S41r3R3ABO2P35P34C1C22图6-3 利用齿

4、条齿轮的大行程直移机构 图图6-3所示为齿轮齿条大行程直移机构，该机构由两个齿轮所示为齿轮齿条大行程直移机构，该机构由两个齿轮齿条机构串联组合而成，机架上装有固定齿条齿条机构串联组合而成，机架上装有固定齿条5，挪动台上装，挪动台上装有活动齿条有活动齿条4。 S4= (1+R3/ r3)S11ACB234Fr11E123AB54CFrD6913568D2D1O7O1BF1A274O4C1C2F2101 图6-4所示为曲柄滑块机构， 其增力效果难以提高。如图6-5所示，是六杆增力机构，其增力效果显著提高。其输出滑块与机架之间都存在横向力。图6-6所示的平面十杆机构被设计出来，它利用对称性消除了输出

5、滑块与机架之间摩擦与磨损。 图图6-7(a)所示为近似等速比传动的挪动从动件平面六杆任务机所示为近似等速比传动的挪动从动件平面六杆任务机构，它是在曲柄导杆机构的后端添加构，它是在曲柄导杆机构的后端添加PRP型型级组得到的，假设级组得到的，假设O1A/O1O30.5，那么从动件，那么从动件5的位移的位移S5在行程在行程H5的中部作近似的中部作近似等速比运动，如图等速比运动，如图6-7(b)所示。所示。 图图6-7近似等速比传动的挪动从动件平面六杆机构与传动特征近似等速比传动的挪动从动件平面六杆机构与传动特征(a) (b)123421S52V53a54q500O1O3315CS542A6BA1A2

6、B1B2DH51图6-8曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构12L53L54jL55jL51234520O5O3O1AB123456ab15B2bA1A2B1B22bS(a)(b) 该平面六杆机构在0的邻域具有近似等速比传动的特征，在此位置上，该机构的24阶传动函数的数值都为零。 图6-9转动导杆与齿轮传动和正弦函数输出的近似等速比机构1S62V63a64q6 (a)(b)A7451BCDEF2363S641234204图6-10转动导杆与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构12L53L54jL5O3O5O1B1231B2B32bb456Ad1d2a2a1A1A2A3A4B4B1(a)12342

7、0(b) 该平面六杆机构在0的邻域里具有近似等速比的传动特征 图图6-8曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构12L53L54jL55jL51234520O5O3O1AB123456ab15B2bA1A2B1B22bS(a)(b) 图6-8(a)为曲柄与摆动导杆型近似等速比平面六杆机构，在0的邻域具有近似等速比传动的特征，在此位置上，该机构的24阶传动函数的数值都为零。2O3O114y1O2x5H5PS3301234521S2V3a4a5a(a) (b)图6-11外行星轮轨迹式五杆滑块机构 滑块滑块5不仅获得了大的行程，而且在不仅获得了大的行程，而且在0的

8、位置作直到三阶的的位置作直到三阶的停歇。停歇。 图6-12内行星轮轨迹式五杆滑块机构(a) (b)yy(3)y(4)y02yO3O11y3xr2O22r3P45H5y图6-13曲柄摇块串接RPR的平面六杆机构O1A1a1A1A2O32BC45B1B2xb36(a) (b)01234125354j526.1.2 并联组合机构并联组合机构 两个或多个根本机构并列布置，称为机构并联式组合。按两个或多个根本机构并列布置，称为机构并联式组合。按根本机构输入和输出方式分：根本机构输入和输出方式分：a) a) 型并联；型并联；b)b)型并联；型并联； c)c)型并联型并联 并联式机构组合的特点是，两个子机构

9、并列布置，运动并并联式机构组合的特点是，两个子机构并列布置，运动并行传送。假设按输出运动的性质划分，又可分为简单型和复行传送。假设按输出运动的性质划分，又可分为简单型和复杂型。杂型。 型并联型并联型并联型并联型并联型并联一、一、I型并联式组合型并联式组合 型并联型并联 V形发动机是多曲柄形发动机是多曲柄滑块机构并联组合而滑块机构并联组合而成的，如图成的，如图6-14所示，所示，它实现了动力的合成，它实现了动力的合成，防止了死点的出现。防止了死点的出现。 123123OABAB4V3V31图6-14多曲柄滑块机构V形发动机 I型并联式组合相当于运动或动力的合成。型并联式组合相当于运动或动力的合成

10、。 124536O2P26P23CDABV1V35图6-15 襟翼支配机构 图6-15所示为某型飞机上所采用的襟翼支配机构，它用两个齿轮齿条机构作为输入机构，用两个直移电机输入运动，这样可以使襟翼5摆动速度加快。假设一个直移电机发生缺点，另一个直移电机可以单独驱动(这时襟翼摆动速度减半)，这样就增大了支配系统的平安程度。 图6-16 缝纫机针杆传动机构图6-17 钉扣机针杆传动1A123541B64CDA5O4EA41A11BD26C543A4A3E6 图6-16为由凸轮机构和曲柄滑块机构并联组合，实现缝纫机中的针杆3作复杂平面运动的两自在度机构，假想象改动从动件3的摆角，可以经过调整偏心凸轮

11、的偏心距来实现。 图6-17是由曲柄滑块机构和摆动导杆机构并联组合而成的钉扣机的针杆机构，原动件为曲柄1和曲柄6，从动件是针杆3，实现平面复杂运动的钉扣动作。 二、二、型并联式组合型并联式组合 型并联型并联 具有两路同时或异步传送运动、改善机构的受力形状或获得动平衡的特点。设计中的主要问题是两个并联机构的运动要协调配合，或对称布置。 图6-19 活塞机的齿轮杠杆机构图6-18 双棘爪机构1A1CB234Fr1D5A44645327689ABCDEFG845451 图图6-18所示是一所示是一个能使工件周期性个能使工件周期性转过转过90的无空程的的无空程的棘轮机构。棘轮机构。 图图6-19所示是

12、活所示是活塞机的齿轮杠杆机塞机的齿轮杠杆机构。利用对称性，构。利用对称性，消除了输出滑块与消除了输出滑块与机架之间的摩擦与机架之间的摩擦与磨损。磨损。 三、三、III 型并联组合型并联组合 型并联型并联 主要功能是实现两个及其以上的运动输出，主要功能是实现两个及其以上的运动输出，而这两个运动又相互配合，完成较复杂的动作。而这两个运动又相互配合，完成较复杂的动作。 曲柄摇块机构、齿轮机构、正弦机构与导杆机构组合的九杆机构，O1A1A1O3、O1A2A2O3、O3B1B1D、齿轮机构实现角位移的放大，导杆8在B1D的位置作直到三阶的停歇，滑块6在O4C2的位置作直到三阶的停歇。图6-20齿轮连杆组

13、合的平面九杆机构O1A1a13456S6CO49EA1A2xO32CBD78B1B2C2C13425111图6-21 冲压机的凸轮连杆机构 图6-21所示为冲压机凸轮连杆机构，凸轮1、推杆2与机架组成挪动从动件盘状凸轮机构，实现出料动作； 凸轮1、摆杆3与机架组成摆动从动件盘状凸轮机构，经过连杆4带动滑块5上下运动，实现对工件的冲压; 出料动作与冲压动出料动作与冲压动作之间存在时间协调，作之间存在时间协调，经过凸轮的轮廓设计经过凸轮的轮廓设计予以实现。予以实现。 图6-22 写R字的凸轮机构ACBD124536图6.23四瓣玫瑰线平面六杆机构 图图6-22是当两套凸轮机构联动时，输出运动实现了

14、书写是当两套凸轮机构联动时，输出运动实现了书写R字母。字母。 图图6-23为四瓣玫瑰线平面六杆机构。构件为四瓣玫瑰线平面六杆机构。构件2为相互垂直的十字导块，导杆为相互垂直的十字导块，导杆1与与机架机架6组成转动副、与十字导块组成转动副、与十字导块2组成挪动副，连杆组成挪动副，连杆3与滑块与滑块4、滑块、滑块5分别组成分别组成转动副、与十字导块转动副、与十字导块2组成挪动副。当导杆组成挪动副。当导杆1作定轴整周转动时，十字导块作定轴整周转动时，十字导块2的的几何中心几何中心D描画出四瓣玫瑰线。描画出四瓣玫瑰线。 6.1.3 复合组合机构复合组合机构 一个具有两个自在度的根底机构一个具有两个自在

15、度的根底机构A和一个具有一个自在度的附加机构和一个具有一个自在度的附加机构B衔接衔接在一同的组合方式称为复合式组合机构在一同的组合方式称为复合式组合机构 。 根底机构根底机构A的两个输入运动，一个来自机构的自动构件，另一个那么来自的两个输入运动，一个来自机构的自动构件，另一个那么来自附加机构。来自附加机构的输入有两种情况，一类是经过与附加构件附加机构。来自附加机构的输入有两种情况，一类是经过与附加构件B并接，并接，其逻辑简图如图其逻辑简图如图6-24(a)所示；另一类是经过附加机构所示；另一类是经过附加机构C的回接，其逻辑简图的回接，其逻辑简图如图如图6-24(b)所示。所示。 根底机构普通为

16、二自在度机构，如差动齿轮机构，五连杆机构，或引入空根底机构普通为二自在度机构，如差动齿轮机构，五连杆机构，或引入空间运动副的空间运动机构；附加机构如单自在度的连杆机构，凸轮机构，齿间运动副的空间运动机构；附加机构如单自在度的连杆机构，凸轮机构，齿轮机构等。轮机构等。 其主要功能是可以实现复杂运动规律或轨迹的输出，例如一定规律的停歇、其主要功能是可以实现复杂运动规律或轨迹的输出，例如一定规律的停歇、逆转、加速、减速、前进、倒退等。逆转、加速、减速、前进、倒退等。 (a) 构件并接式(b) 构件回接式 图图6-25所示是一类凸轮连杆组合机构。其中五杆机构所示是一类凸轮连杆组合机构。其中五杆机构AB

17、CD具有两个自在度，为根底机构，主输入由曲柄具有两个自在度，为根底机构，主输入由曲柄1实现，附加输实现，附加输入由固定凸轮的轮廓实现入由固定凸轮的轮廓实现,关键在于按输出的运动要求设计凸关键在于按输出的运动要求设计凸轮的轮廓。输出构件滑块轮的轮廓。输出构件滑块D的行程比单一凸轮机构推杆行程增的行程比单一凸轮机构推杆行程增大几倍，而凸轮机构压力角仍可控制在许用值范围内。该类大几倍，而凸轮机构压力角仍可控制在许用值范围内。该类组合机构可使输出滑块获得要求的运动规律。组合机构可使输出滑块获得要求的运动规律。BACD123455图6-25 凸轮连杆组合机构BACD123455BAC125BACD123

18、45115243F112223F25243FBACD123455BACD12345115243F112223F25243FACD345500.10.20.30.40.5i0.665i0.8i0.50.62 (a) 齿轮连杆组合机构(b) 齿轮4的角速度曲线BA124345CS3b25 图图6-26(a)所示是一类齿轮连杆机构，自在度为所示是一类齿轮连杆机构，自在度为2的差动轮系为根底机构，的差动轮系为根底机构，曲柄滑块机构为附加机构。曲柄滑块机构约束了构件曲柄滑块机构为附加机构。曲柄滑块机构约束了构件1、2之间的运动关系，之间的运动关系，此时，输出齿轮此时，输出齿轮4在行星轮在行星轮2的变速驱

19、动下运动。的变速驱动下运动。 内齿轮内齿轮4的角速度。当的角速度。当ABa50 mm，BCb2a，z2/z4i24，i24分分别等于别等于0.5、0.665与与0.8时，内齿轮时，内齿轮4输出的角速度曲线如图输出的角速度曲线如图6-26(b)所示。所示。由图可以见，当自动构件由图可以见，当自动构件1转动一周时，从动轮分别作变速转动、带瞬时转动一周时，从动轮分别作变速转动、带瞬时停歇的步进运动与带有反转的步进运动。停歇的步进运动与带有反转的步进运动。BA12345C25BA12345C25BA1245BA12425115243F14233F213233F图6-27 传动误差补偿机构213ABOC

20、42V12 图6-27所示是一种齿轮加工机床的误差补偿机构，由具有两个自在度的蜗杆机构蜗杆与机架组成的运动副是圆柱副作为根底机构，蜗杆1为自动件，凸轮机构为附加机构，而且附加机构的个构件又回接到自动蜗杆1上，蜗轮2是从动件。 当蜗杆1输入转动时，蜗轮2以及与蜗轮2并接的凸轮2 转动；凸轮的转动又使蜗杆1产生附加的往复挪动V，从而使蜗轮2的转速2根据蜗杆1的挪动方向而添加或减小。 2转= 1z1/z2 2移= s1/r2 2= 1z1/z2 s1/r212341234234234123233F112223F213233F求求i15 355353zznni33nn 21325351513zzzzn

21、nnni1)1 (3521325115zzzzzznni6.1.4 6.1.4 叠加组合机构叠加组合机构 将一个机构安装在另一个机构的某个运动构件上的组合方式将一个机构安装在另一个机构的某个运动构件上的组合方式为叠加式机构组合，其输出的运动是假设干个机构输出运动的为叠加式机构组合，其输出的运动是假设干个机构输出运动的合成。合成。 这种组合的运动关系有两种情况，一种是各机构的运动这种组合的运动关系有两种情况，一种是各机构的运动关系是相互独立的称为运动独立式；另一种那么是各机构之间关系是相互独立的称为运动独立式；另一种那么是各机构之间的运动有一定的影响称为运动相关式。的运动有一定的影响称为运动相关

22、式。 组合方式的运动传送框图如上图，图中仅表示了最根本的组合方式的运动传送框图如上图，图中仅表示了最根本的机构叠加方式，在此根底上还可以继续叠加机构叠加方式，在此根底上还可以继续叠加C C、D D等一系列机构。等一系列机构。 一、运动独立式一、运动独立式 图图6-28 电动奔马电动奔马 由曲柄摇块机构由曲柄摇块机构ABC安装在两杆机构的转动构件安装在两杆机构的转动构件4上组合而成的。上组合而成的。由转动构件由转动构件4和曲柄和曲柄1输入转动，致使马的运动轨迹是旋转运动和平输入转动，致使马的运动轨迹是旋转运动和平面运动的叠加，产生了一种飞奔向前的动态效果。面运动的叠加，产生了一种飞奔向前的动态效

23、果。 工业机械手的手指工业机械手的手指A为一开为一开式运动链机构，安装在程度挪式运动链机构，安装在程度挪动的气缸动的气缸B上，而气缸上，而气缸B叠加叠加在链传动机构的回转链轮在链传动机构的回转链轮C上，上，链传动机构又叠加在链传动机构又叠加在“X形形连杆机构连杆机构D的连杆上。的连杆上。 使机械手的终端实现上下挪使机械手的终端实现上下挪动、回转运动、程度挪动以及动、回转运动、程度挪动以及机械手本身的手腕转动和手指机械手本身的手腕转动和手指抓取的多自在度、多方位动作抓取的多自在度、多方位动作效果，以顺应各种场所的作业效果，以顺应各种场所的作业要求。要求。 图6-29 圆柱坐标型工业机械手K向KJ

24、FGABCDEHGHSI 液压发掘机由液压发掘机由3套液压摆缸机构叠加组成。第一套使大转臂套液压摆缸机构叠加组成。第一套使大转臂4实现仰俯动作；第二套使小转臂实现仰俯动作；第二套使小转臂7实现伸缩摇摆；第三套机构实现伸缩摇摆；第三套机构使铲斗使铲斗10完成复杂的发掘动作。完成复杂的发掘动作。 二、运动相关式二、运动相关式 图图6-306-30是一电风扇摇头机构，电动机安装在双摇杆机构的是一电风扇摇头机构，电动机安装在双摇杆机构的一个摇杆上，电动机输出给蜗杆，蜗杆将转动传送给蜗轮，蜗一个摇杆上，电动机输出给蜗杆，蜗杆将转动传送给蜗轮，蜗轮与可以作整周转动的连杆固联，从而使得电扇获得摇头动作。轮与

25、可以作整周转动的连杆固联，从而使得电扇获得摇头动作。 图6-30 电风扇摇头机构(a) (b)32142ADBCHHnni11求传动比求传动比122112zznnnniHHH344334zznnnnnnniHHhHHH57275575757511)()()()(zznnnnizznnnnnnnnnnnniHhhhhHhHhHHhHhHHHHHH)1 (1)1)()()1 (573412115734121753412zzzzzznnizzzzzznnniiiHHHHhhhHHH6.2 机构同性变换原理机构同性变换原理 机构同性变换是指运动性能一机构同性变换是指运动性能一样而形状不同的一组机构样而

26、形状不同的一组机构机机构族。下面引见一样轨迹机构和构族。下面引见一样轨迹机构和一样运动规律机构，供机构创新一样运动规律机构，供机构创新设计选择。设计选择。 6.2.1同轨迹机构同轨迹机构 一、直线机构一、直线机构1.准确直线机构准确直线机构 图图6-33 对称五杆铰链机构对称五杆铰链机构图图6-322.近似直线导向机构近似直线导向机构 近似直线导向机构由平面连杆机构组成。在连杆上某一点能绘出一条与近似直线导向机构由平面连杆机构组成。在连杆上某一点能绘出一条与直线有许多交点的近似直线段。直线有许多交点的近似直线段。图图6-34 近似直线机构近似直线机构354二、圆机构二、圆机构1. 准确圆机构准

27、确圆机构 图图6-35 图图6-36 2. 近似圆机构近似圆机构 图图6-37当机构尺寸满足以下条件时：当机构尺寸满足以下条件时：CD=BC=CM=1，AB=0.，AD=1.41，M轨迹为近似圆轨迹为近似圆形。形。 6.2.2 同运动规律机构同运动规律机构机构的构造不同而运动规律一样的一组机构是同性异形机构机构的构造不同而运动规律一样的一组机构是同性异形机构中的重要组成部分，称为同运动规律机构。中的重要组成部分，称为同运动规律机构。一、动平行轴转速传送机构与平行四边形机构一、动平行轴转速传送机构与平行四边形机构 apPHd2b图图6-38 少齿差行星减速器少齿差行星减速器二、十字滑块联轴器机构

28、和双回转滑块导杆机构二、十字滑块联轴器机构和双回转滑块导杆机构 图图6-39 十字滑块机构十字滑块机构三、反向双曲柄椭圆机构与椭圆齿轮机构三、反向双曲柄椭圆机构与椭圆齿轮机构图图6-40 反向双曲柄椭圆机构反向双曲柄椭圆机构图图6-41 反向曲柄机构与椭圆齿轮机构反向曲柄机构与椭圆齿轮机构 PA+PDPA+PB常数。椭圆上任一点到两焦点间隔之和为一常数，且常数。椭圆上任一点到两焦点间隔之和为一常数，且等于长轴。因此，瞬心等于长轴。因此，瞬心P的轨迹就是以的轨迹就是以A和和B为焦点的椭圆。为焦点的椭圆。 i21=2/1=b2-a2/-b2+a2+2abcos1 四、偏心轮与连杆机构四、偏心轮与连

29、杆机构 图图6-42 图图6-436.3 机构简化变换原理机构简化变换原理6.3.1机构省略简化变换机构省略简化变换 图图6-45所示为自动消费线中常用的所示为自动消费线中常用的“工件抓取传送安工件抓取传送安装，其功能是将加工自动线中上一道工序加工完成装，其功能是将加工自动线中上一道工序加工完成的构件，用的构件，用“抓取器按给定的倒抓取器按给定的倒U字型运动轨迹传送字型运动轨迹传送到下一道工序中去。到下一道工序中去。W工件图6-45 工业抓取传送机构 是由根底机构和约束机构组成的封锁式组合机构，根底机构为三挪动副差动五杆机构，由三个挪动副保证执行件W沿x、y两个方向的运动相互独立，自在度等于2

30、；约束机构为联动凸轮机构。 联动凸轮带动五杆机构运动，由于滑块Dy和滑块Dx与抓取器W组成相互垂直的两个挪动副，所以滑块Dy和滑块Dx的运动合成，即为抓取器W的倒U字型运动。 O1OAxByBxCxCyDyDxAyWxyO2图6-46差动连杆联动凸轮封锁组合机 受力形状好、通用性强受力形状好、通用性强等。等。 DxDyyx1124576WO3 构件4、5、6、7组成根底机构，联动凸轮1、1 与构件2、3、7组成凸轮机构。当给定自动联动凸轮1、1 等速转动后，迫使其挪动从动件2、3同时沿x、y的方向挪动。二者的协调运动，带动构件5运动，使构件5上的机械手M在固定坐标系中的轨迹为倒U字形。 图6-

31、47 工业抓取传送机构 用于轻载、公用用于轻载、公用设备中，那么该机设备中，那么该机构省略部分运动链。构省略部分运动链。 6.3.2 行程变换机构行程变换机构 在工程实际中，要求机械的执行件实现往复大行程在工程实际中，要求机械的执行件实现往复大行程S是经常遇到的。运用简单的根本机构实现往复大行是经常遇到的。运用简单的根本机构实现往复大行程程S比较困难，因此常出现复杂的机械设计。采用比较困难，因此常出现复杂的机械设计。采用“机机构行程变换，可以实现用较简单的机构处理往复大构行程变换，可以实现用较简单的机构处理往复大行程行程S的问题。的问题。 1凸轮与连杆行程变换机构凸轮与连杆行程变换机构图6-4

32、8增大行程角的转动导杆凸轮机构DECBA1233452齿轮与凸轮行程变换机构齿轮与凸轮行程变换机构图图6-49为凸轮机构与齿轮齿条行程倍增串联的组合机构，由固为凸轮机构与齿轮齿条行程倍增串联的组合机构，由固定齿条定齿条5、挪动齿条、挪动齿条4和齿轮和齿轮3等组成。当齿轮等组成。当齿轮3的位移的位移S3时，挪动时，挪动齿条齿条4的行程的行程S42S3。3连杆与齿轮行程变换机构连杆与齿轮行程变换机构 图图6-50所示为齿轮齿条倍增机构与对心曲柄滑块机构串联的所示为齿轮齿条倍增机构与对心曲柄滑块机构串联的组合机构，在印刷机送纸机构中得到运用。组合机构，在印刷机送纸机构中得到运用。图6-49凸轮与齿轮

33、齿条行程倍增机构图6-50 印刷机大行程送纸机构CB435ADEFG125ABC4F5D1E236.3.3简化变换机构简化变换机构 简化变换是指用简单的机构、动力源等替代现有的机构的简化变换是指用简单的机构、动力源等替代现有的机构的一种设计方法。一种设计方法。1近似替代变换近似替代变换 图图6-51为两种直线机构。图为两种直线机构。图6-51(a) 机构实现的是准确直机构实现的是准确直线轨迹；而图线轨迹；而图6-51(b) 机构实现的是近似直线轨迹。机构实现的是近似直线轨迹。 实践上，由于图实践上，由于图6-51(a) 所示机构中运动副数量多，运动所示机构中运动副数量多，运动积累误差大，在同一

34、制造精度条件下，它的实践轨迹误差为图积累误差大，在同一制造精度条件下，它的实践轨迹误差为图6-51(b) 所示机构的所示机构的23倍。倍。 为此，机构设计应遵照运动链最短原那么。为此，机构设计应遵照运动链最短原那么。 图6-51两种直线导引机构E(b)ABDC1234(a)FBACDE123546782动力源替代变换动力源替代变换 动力源的选择有利于减少传动链的长度、简化构造并改善动力源的选择有利于减少传动链的长度、简化构造并改善传动质量。以气液压动力源替代电动机，既可省去减速机构传动质量。以气液压动力源替代电动机，既可省去减速机构和运动转换机构，又可减少振动与噪音。和运动转换机构，又可减少振

35、动与噪音。 图图6-52(a)采用电机作为动力源，为了使执行件采用电机作为动力源，为了使执行件K作行程为作行程为S的等速直线运动，采用双曲柄机构和曲柄滑块机构串联，执的等速直线运动，采用双曲柄机构和曲柄滑块机构串联，执行构件只能作变速运动。行构件只能作变速运动。 图图6-52 (b)采用液压动力源，由液压油缸和齿轮齿条组成。采用液压动力源，由液压油缸和齿轮齿条组成。具有体积小，构造简单，挪动速度均匀，传动平稳等优点。具有体积小，构造简单，挪动速度均匀，传动平稳等优点。图6-52实现等速直线运动的两种传动方案KS(a)K1K21ABCD623451SK(b)1234ABCDE图图6-53所示为钢

36、板叠放机构，动作要求是将轨道上的钢板顺滑到叠放槽所示为钢板叠放机构，动作要求是将轨道上的钢板顺滑到叠放槽中图中右侧未示出。中图中右侧未示出。图图6-53(a)为平面六杆机构，采用电动机作为原动机，带动机构中的曲柄为平面六杆机构，采用电动机作为原动机，带动机构中的曲柄转动未画出减速安装；转动未画出减速安装；图图6-53 (b)为凸轮连杆机构，采用液压缸作为原动件，直接带动执行构为凸轮连杆机构，采用液压缸作为原动件，直接带动执行构件运动。件运动。显然，后者比前者简单得多。显然，后者比前者简单得多。图6-53 钢板叠放机123456ABCDE排料 (a) 平面六杆机构 (b) 凸轮连杆机构123AB

37、S21排料C(a) (b) (c)1234图6-54 平面四杆增力机构123412343构件布置变换构件布置变换构件布置变换是指采用一样数量的构件但布置方案构件布置变换是指采用一样数量的构件但布置方案不同，以获得更好的运动规律或增力效果。不同，以获得更好的运动规律或增力效果。图图6-54所示为所示为3种型式的平面四杆增力机构，在可动种型式的平面四杆增力机构，在可动区间内，它们具有不同的增力比。区间内，它们具有不同的增力比。2134图6-55电磁机构4运用电磁或重力运用电磁或重力电磁机构比其他机构更简单，如开关、电磁振动机、电磁机构比其他机构更简单，如开关、电磁振动机、电动按摩器、电动理发器、电

38、动剃须刀等；利用重力电动按摩器、电动理发器、电动剃须刀等；利用重力也可以简化机构的设计。也可以简化机构的设计。图图6-55所示为电磁开关。电磁铁所示为电磁开关。电磁铁1通电后吸合杆通电后吸合杆2，接，接通电路通电路3。断电后，杆。断电后，杆2在返位弹簧在返位弹簧4作用下，脱离电作用下，脱离电磁铁，电路断开。磁铁，电路断开。 图图6-56巧妙地利用了重力设计在斜坡上任务的自动矿车。巧妙地利用了重力设计在斜坡上任务的自动矿车。 矿车经过钢丝绳与滑轮衔接在重锤上，空载时被自动拽到坡上。矿车经过钢丝绳与滑轮衔接在重锤上，空载时被自动拽到坡上。 装上重物变得繁重的矿车抑制重锤的拽力，从坡上滑下来。装上重

39、物变得繁重的矿车抑制重锤的拽力，从坡上滑下来。 在坡的下端导轨面推进车上的销子，靠它将车斗反倒卸载，车子空载时又在坡的下端导轨面推进车上的销子，靠它将车斗反倒卸载，车子空载时又重新向上爬去。重新向上爬去。 料门料斗G导轨面图6-56 自动装卸矿车 气缸气缸1、2驱动摆杆驱动摆杆3摆动，摆杆摆动，摆杆3的上端铰接一个平衡重锤的上端铰接一个平衡重锤4，重锤重锤4的上部为放置工件的的上部为放置工件的A1位置，挡块位置，挡块6使重锤使重锤4倾斜，倾斜， 这这样便于工件放入。样便于工件放入。 在工件放入后的转运途中，重锤在工件放入后的转运途中，重锤4分开挡块分开挡块6，由于平衡重，由于平衡重锤的作用，重

40、锤锤的作用，重锤4作程度挪动，工件到达取出位置作程度挪动，工件到达取出位置A2。A2436A1215图6-57 运用平衡重锤作用的平移机构5利用振动及惯性力利用振动及惯性力 振动在散状物料的捣实、装卸、保送、挑选、等工艺中得振动在散状物料的捣实、装卸、保送、挑选、等工艺中得到广泛运用。到广泛运用。 图图6-58为用于预应力混凝土制品的锚头安装。带轮为用于预应力混凝土制品的锚头安装。带轮2上有上有曲柄摇杆机构的曲柄，摇杆是绕支点曲柄摇杆机构的曲柄，摇杆是绕支点O转动的板簧转动的板簧5。摇杆是。摇杆是绕支点绕支点O转动的板簧转动的板簧5，板簧，板簧5的一端插入锤杆的一端插入锤杆7的槽中，两面的槽中

41、，两面垫以橡胶块垫以橡胶块6。锤杆。锤杆7在基座孔中上下挪动。锤头在基座孔中上下挪动。锤头8和砧座和砧座3可可以改换，以顺应各种任务。摇杆的长度可用螺钉以改换，以顺应各种任务。摇杆的长度可用螺钉4调理，以防调理，以防止共振。止共振。图6-58 振动式锚头安装3456781O2 惯性激振器惯性激振器4安装在底盘安装在底盘5上，它的箱体上，它的箱体内一对传动比为内一对传动比为1的齿轮，使激振器的的齿轮，使激振器的两根主轴作等速反向旋转，轴的两端装有两根主轴作等速反向旋转，轴的两端装有偏心块，在它们之间有一定的相位角。偏心块，在它们之间有一定的相位角。 电动机装在电机架电动机装在电机架6上。而电机架

42、上。而电机架6那么那么安装在底盘安装在底盘5上，螺旋槽体上，螺旋槽体1与上圆盘与上圆盘2用用螺栓紧固在一同，上圆盘螺栓紧固在一同，上圆盘2与底盘与底盘5是用板是用板簧簧3联接的，板簧联接的，板簧3为提升机的主振弹簧为提升机的主振弹簧(也称共振弹簧也称共振弹簧)，整个机器支承在隔振弹，整个机器支承在隔振弹簧上。簧上。 当电机经带带动惯性激振器的两根主轴当电机经带带动惯性激振器的两根主轴作等速反向旋转时，便可产生垂直方向的作等速反向旋转时，便可产生垂直方向的激振力和绕垂直轴的激振力矩，使该提升激振力和绕垂直轴的激振力矩，使该提升机的槽体产生垂直振动和绕垂直轴的改动机的槽体产生垂直振动和绕垂直轴的改

43、动振动。通常采用的激振频率为振动。通常采用的激振频率为7001 000次次/min。 67排料1给料23456.4 运动链的型与运用运动链的型与运用6.4.1 运动链的型运动链的型 当运动链中某个构件被指定为机架时，便构成了机构。假设当运动链中某个构件被指定为机架时，便构成了机构。假设平面运动链是单环的平面运动链是单环的L1，那么运动副的数目，那么运动副的数目P一定等于一定等于构件的数目构件的数目N，该类机构的自在度，该类机构的自在度F3(N1)2PL1PH；假；假设平面运动链是多环设平面运动链是多环L1的，那么该类机构的自在度的，那么该类机构的自在度F3(N1)2PL1PH，环路数，环路数L

44、PN1。 对于单自在度的平面四杆运动链，对于单自在度的平面四杆运动链，F3(41)24101，LPN14411，假设全为转动副，假设全为转动副4R，那么，那么只需独一的运动链型，如图只需独一的运动链型，如图6-60(a)所示；所示； 假设存在一个挪动副假设存在一个挪动副P，那么有，那么有RRRP、RRPR两种运动链型，两种运动链型，如图如图6-60(b)、(c) 所示。所示。ABadcb1423DC1234ABCBACa12b34(a)(b)(c) 假设存在二个挪动副P，那么有RRPP、RPRP、PRPR、PRRP四种运动链型，如图6-60(d)(g) 所示。 BAC1234AB1234ABC

45、12343124AB图6-60 四杆运动链的型(d) (e)(f) (g)对于单自在度的平面六杆机构，对于单自在度的平面六杆机构，F3(61)27101，LPN17612，可以构成二个封锁的环，可以构成二个封锁的环(L1、L2)。假设全为转动副，存在四类运动链型，。假设全为转动副，存在四类运动链型，如图如图6-57所示。所示。图图6-61(a)为瓦特型，第一环为瓦特型，第一环L1有构件有构件NL14，第二环，第二环L2有构件有构件NL24；图图6-61(b)为斯蒂芬逊型，第一环为斯蒂芬逊型，第一环L1有构件有构件NL14，第二环，第二环L2有构件有构件NL25；图图6-61(c)有一个复合铰链

46、，第一环有一个复合铰链，第一环L1有构件有构件NL14，第二环，第二环L2有构件有构件NL24；图图6-61(d)有两个复合铰链，第一环有两个复合铰链，第一环L1有构件有构件NL14，第二环，第二环L2有构件有构件NL24。(a) (b) (c) (d)图6-61 六杆运动链的型123456L2L1123456L1L2123456L1L2142365L1L2 假设引入14个挪动副，那么运动链的型将添加很多，中选择不同的构件为机架、为自动件时，机构的运用将进一步增多。假设引入一个挪动副，那么图6-61(a) 所示的运动链可派生出表51中序号为16的运动链；图6-61(b) 所示的运动链可派生出表

47、51中序号为710的运动链；图6-61(c) 所示的运动链可派生出表51中序号为1120的运动链；图6-61(d) 所示的运动链仅能派生出表51中序号为21的运动链。这些运动链为压力机、剪切机、举升机以及物料保送机提供了广大的选择空间。 序号再生运动链平面六杆液压剪切机构序号再生运动链平面六杆液压剪切机构12265341123645361425546132表5-17R与6R1P平面六杆运动链 序号再生运动链平面六杆液压剪切机构序号再生运动链平面六杆液压剪切机构34序号再生运动链平面六杆液压剪切机构序号再生运动链平面六杆液压剪切机构56165342213456265314523164154362

48、123456245361543261序号再生运动链平面六杆液压剪切机构序号再生运动链平面六杆液压剪切机构78序号再生运动链平面六杆液压剪切机构序号再生运动链平面六杆液压剪切机构910431625431625316254432615436125246351465321124635例如，设计一四腿水陆两栖动物，能在陆地和水中自动爬行。例如，设计一四腿水陆两栖动物，能在陆地和水中自动爬行。动力为手动发条，尾巴能转动，如图动力为手动发条，尾巴能转动，如图6-62所示。所示。察看水陆两栖动物，发现四足运动规律是，察看水陆两栖动物，发现四足运动规律是，(1) 四足交替运四足交替运动；动；(2) 左右两脚同

49、时合拢，再同时分别，但相隔左右两脚同时合拢，再同时分别，但相隔180；(3) 每每个脚都有抬起和向前运动的动作。个脚都有抬起和向前运动的动作。求解步行机构，求解步行机构，(1) 由知输入条件，可知机构的自在度由知输入条件，可知机构的自在度F1；(2) 假设选取图假设选取图6-63作为机构的型，作为机构的型， (3) 设后腿和机架为三个运设后腿和机架为三个运动副的连杆，其他为二个运动副的连杆，画出步行机构如图动副的连杆，其他为二个运动副的连杆，画出步行机构如图6-64所示。所示。求解变速机构，由发条释放能量，经过齿轮机构传送动力，求解变速机构，由发条释放能量，经过齿轮机构传送动力，带动步行机构运

50、动，同时带动尾巴的转动，三维图如图带动步行机构运动，同时带动尾巴的转动，三维图如图6-65所所示。示。 图6-62自动爬行乌龟图6-64 自动爬行乌龟原理机构1曲柄；2后腿杆；3连杆；4前翼杆；5外壳；6手轮；7、8、9、11直齿圆柱齿轮；10、12圆锥齿轮；13尾巴；14发条图6-65自动爬行乌龟三维动画手轮7811423491011121356图6-63 步行机构145623(a) (b) (c) 图6-66 七杆运动链的型 NL14，NL27 NL14，NL26 NL15，NL255123467L1L21234675L1L21236574L1L21236574L1L215342L1L27

51、6NL14，NL26 NL15，NL25(d) (e)图6-69 八杆运动链的型6.4.2 运用平面运动链创新设计机构运用平面运动链创新设计机构 当平面运动链中某个构件被指定为机架时，便构成了平面当平面运动链中某个构件被指定为机架时，便构成了平面铰链机构，平面铰链机构运用起来直观、方便，简单，容易铰链机构，平面铰链机构运用起来直观、方便，简单，容易被人们所接受。被人们所接受。 上节已对运动链的型作了引见，运用平面运动链创新设计上节已对运动链的型作了引见，运用平面运动链创新设计机构的步骤如下机构的步骤如下:了解现有的含挪动副和高副的平面机构与平面铰链机构的转了解现有的含挪动副和高副的平面机构与平面铰链机构的转换关系，即将含挪动副和高副的平面机构转换成平面铰链机换关系，即将含挪动副和高副的平面机构转换成平面铰链机构。构。对平面铰链机构进展求解，求出当自在度和杆件数知时的解对平面铰链机构进展求解，求出当自在度和杆件数知时的解数，并列出每一个解的运动链的型。数，并列出每一个解的运动链的型。指定所解出的运动链的型中某个构件为