机械创新设计课程 6 机构再生设计与创新

1、6 机构再生设计与创新6.4 机构再生设计6.1 一般化运动链6.2 杆型类配6.3 运动链组合再生运动链法创新设计流程原始机构机构一般化原那么一般化运动链 杆型类配再生运动 链一般化原那么再生新机构组合运动链约束条件6.1一般化运动链“刚性杆+转动副一般化原那么将非刚性构件转化为“刚性构件(弹簧、带、链将非杆形构件转化为一般化杆二副杆、三副杆等将非转动副转化成转动副将复合铰链转化成为简单铰链解除机架，复原成运动链转化前后自由度保持不变机构一般化图例6.1.2 常用机构的一般化含有平面高副的机构含有复合铰链的机构含有液压油缸的机构含有弹簧的机构含有带、链的机构6.2 杆型类配6.2.1 杆型机

2、构的一般化杆件6.2.2 杆型类配n2+n3+n4+nn=N (5-1)2n2+3n3+4n4+nnn=2P (5-2)式中：n2,n3,n4,nn分别表示为二副杆、三副杆、四副杆、n副杆。N为运动链的构件数包含机架的构件数P为运动链中副的总数用式5-2减去2式5-1得：n3+2n4+n-2)nn=2(P-N) (5-3)假设运动链中的杆数与副数，那么多副杆的数目及其组合关系就很容易判断。二副杆数为：n2=N-n3-n4-nn (5-4)杆型类配时应注意机构结构退化问题：六杆机构退化成四杆机构或五杆机构，八杆机构退化成六杆机构。对策：内环路数目和含副数最多的杆型的限制以六杆七副运动链为例。ab

3、cdefg外环路：a-d-e-f-g内环路：a-b-c-d和b-c-e-f-g内环路数目：L=P-N+1=7-6+1=2为防止退化每内环路至少包含4个运动副，这样就约束了运动链中不同杆型的组合方式，也限制了运动链中含副数最多的杆型，即nmax=nL+1八杆十副运动链内环数目：L=P-N+1=10-8+1=3含副数最多的杆：nmax=nL+1=n3+1=n4nmax=4,再按式53和式54进行杆型类配八杆十副运动链的杆型类配方案类配方案n2n3n44405216026.3 运动链组合在杆型类配方案确定之后，怎样把各种杆型连接起来组合成各种结构类型的运动链，就是运动链的组合问题。假设以运动链的形式

4、进行组合将会很不方便，例如，一个二副杆具有两个外接副，其中一个副可以连接一个二副杆，另一个副可以连接多副杆；也可以两个外接副都连接二副杆，或两个外接副都连接多副杆。组合极其不便，引入拓扑图及缩图概念。图中的点：运功链中的杆图中的线：运功链中的副abcdefgAB三度点：点与三条线相连，如A,B二度点：点与两条线相连，如C,D,E,F。CDEF6.3.1 图的概念六杆七副运动链全图6.3.2 图的组合1 构造缩图六杆七副运动链的缩图N=6,P=7内环数目：L=P-N+1=7-6+1=2含副数最多的杆：nmax=nL+1=n2+1=n3缩图八杆杆十副运动链的缩图N=8,P=10内环数目：L=P-N

5、+1=10-8+1=3含副数最多的杆：nmax=nL+1=n3+1=n4类配方案n2n3n44405216022 构造全图六杆七副运动链构造全图nmax=n3,L=2)缩图构造全图之一构造全图之二型缩图123形缩图的全图Y形缩图构造Y形缩图的全图Y-1Y-2Y-3Y-4Y-5Y-6V形缩图V-1V-2V-3V-4V-5O形缩图O-1O-26.3.3 运动链的组合六杆七副运动链16种结构八杆十副运动链16种结构八杆十副运动链6.4 机构再生设计6.4.1 气动压紧机构(六杆机构)再生设计对图示气动压紧机构进行再生设计,要求压紧杆是与机架相连的移动构件,气缸部件为动力源,气缸与机架固接或铰接。51

6、2346按照一般化原那么：转动副替代移动副，复合铰链以简单铰链取代，解除机架成为运动链。651234原始机构一般化运动链651234复合铰链A,假设构件3看作三副构件复合铰链A,假设构件2或4看作三副构件123456ABC变异结构链123456ABC瓦特链123456BC史蒂芬逊链123456ABC假设将转动副B,C间距离变为零，那么变异结构链可成为变异结构链A123456BC确定设计约束气缸与机架固接，那么活塞杆为主动件，且与机架组成移动副；压紧杆为输出构件，其也与机架组成移动副。气缸与机架铰接，即连架杆相连的构件为活塞杆，且与气缸形成移动副，压紧杆为输出构件与机架组成移动副。组合运动链12

7、3456ABC瓦特链按照约束条件气缸与机架固接，那么活塞杆为主动件，且与机架组成移动副；压紧杆为输出构件，其也与机架组成移动副。画决策树机架气缸 63 活塞3输出构件主动件153515方案号 有效方案 12、4、52662气缸 15 3按照约束条件气缸与机架铰接，即连架杆相连的构件为活塞杆，且与气缸形成移动副，压紧杆为输出构件与机架组成移动副。画决策树123456ABC瓦特链机架 6活塞24输出构件主动件2351方案号 有效方案 12、4、5263256325123456BC史蒂芬逊链按照约束条件气缸与机架固接，那么活塞杆为主动件，且与机架组成移动副；压紧杆为输出构件，其也与机架组成移动副。画

8、决策树机架气缸 63 活塞5输出构件主动件133513方案号 有效方案 1325522645123456BC史蒂芬逊链按照约束条件气缸与机架铰接，即连架杆相连的构件为活塞杆，且与气缸形成移动副，压紧杆为输出构件与机架组成移动副。画决策树气缸 13 5机架 6(2)活塞4输出构件主动件 23513方案号 有效方案 452513232256656241326342122123456ABC变异结构链变异结构链和变异结构链均存在复合铰链A123456BC瓦特链有效方案运动简图斯蒂芬森链有效方案运动简图斯蒂芬森链有效方案运动简图变异结构链有效方案运动简图确定原始机构1)本田再生运动链法创新设计应用2)川

9、崎3)五十铃0分析三种已有设计，归纳拓扑构造特性：1悬挂装置是F=1的平面机构2机构组成：6构件7运动副 R ：a，b，c，e，f，P：g3机构有6个转动副4机构有1个移动副5机构有1个固定机架Gr：构件16机构有1个铰支杆Li：构件27机构有1个摆动杆Li：构件3，其一端与机架铰接，另一端与后轮联接；8机构有1个平面运动杆Li：构件49机构有1个减震装置，由活塞杆构件5和汽缸体构件6组成。五十铃悬挂简图转化原始机构为一般化运动链一般化原那么:1)把所有的运动副转化成一般化运动副2)把所有的构件转化成一般化连杆3)原始机构与其对应的一般化机构：构件与运动副一致4)原始机构与其对应的一般化机构：

10、自由度数不变一般化图例机构一般化方法的流程图把五十铃后轮悬置机构一般化一般化流程图1)固定件1转化成二副杆杆12)主动件曲柄2为三副杆杆23)摆动杆3为三副杆杆34)连杆4为二副杆杆45)活塞和缸体5、6为二副杆杆5和杆66移动副为转动副7固定件机架释放123456六杆七副非同构运动链求取一般化运动链图谱六杆七副运动链求取可用特定化运动链图谱(引入约束摆杆与固定杆相连)再生出特定化运动链图谱设计要求:1)必须有一个固定杆为机架2)必须有一个减震器3)必须有一个摆动杆用于安装摩托车后轮4)固定杆、减震器和摆动杆必须是不同构件将不同的构件赋于固定杆、减震器及摆动杆1指定固定杆Gr：六副七杆非同构运

11、动链a六副七杆非同构运动链b2减震器Ss-Ss3摆动杆SW可用特定化运动链图谱求取可用机构图谱获取新型机构图谱删除原始机构:b)川崎,e)本田,f)五十铃再生运动链设计应注意的问题构件相似性判断构件相似性定义两个具有相同运动副数目的构件,假设它们与运动链中其他构件的连接关系均相同,那么称此两构件相似.构件平行相似性定义运动副数目相同的两构件与其他构件的位置关系相同,那么称此两构件平行相似。a和c中，构件1和3、构件2和4；b构件1、2、3平行相似。构件相似关系继承性定义在运动链组成结构发生变化的过程中，运动副数目未发生变化的相似构件，在新结构中保持原有的相似关系，这种相似关系的传递性称之相似关

12、系的继承性。构件相似关系第一判断规那么假设具有相同运动副数目的两构件，同时分别与两组平行相似构件或一组相似构件、一组平行构件相联系，那么此两构件相似。构件相似关系第二判断规那么假设两组平行相似构件的两端同时与两组相似构件或一组相似构件和一个构件相联接，那么此两组平行相似构件彼此相似。多级方案筛选再生链习题再生链习题瓦特连杆机构斯蒂芬森连杆机构减震器摆动杆(sw)全连接全连接化J=(3/2)L-(F+3)/2L8纯转动副平面连杆机构可能组合综合用简单链系斯蒂芬森生成滑块机构瓦特生成滑块机构凸轮生成机构三种六杆式新型越野摩托车a、c、d9 机械的总体设计实例粒状巧克力糖包装机设计9.1原始资料产品包装材料:0.008mm金色铝箔卷筒纸生产能力的要求：每班570kg，120/min，无级调速70-130块/min1机械手及进、出糖机构送糖盘7在输料带取得糖块，机械手反向旋转至工位1，顶糖、折边送至工位2，落下或由拨糖杆推下9.2包装工艺确实定第一次：使纸紧贴糖面会粘模破纸第二次