机械创新设计第四章

第四章机构组合原理与创新1．基本机构：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇机构等2．组合机构：由基本机构组合为新的机构3．机构的组合：几种基本机构的组合体，组合体中的各基本机构还保持各自特性。

基本机构组合→新机构→组合机构基本机构的组合体→机构的组合4．组合方式：①串联式机构组合；②并联式机构组合；

③复合式机构组合；④叠加式机构组合第一节串联式机构组合与创新一、串联式机构组合的原理与创新方法1．串联组合：若干机构顺序联接，前置机构的输出为后置机构的输入2．联接方式：①联接点设在前置机构中作简单运动的连架杆上，称为I型串联②联接点设在前置机构中作复杂平面运动的构件上，称为Ⅱ型串联3．框图表示：图4-1图4-1串联式机构组合a)Ⅰ型串联b)Ⅱ型串联二、串联式机构组合的主要功能分析一）I型串联式组合1．前置子机构为连杆机构输出构件为连架杆，可实现的运动有往复摆动、往复移动变速转动输出，可有急回运动特征常用的后置机构：（1）连杆机构

可利用变速转动输入获得等速转动的输出，还可以利用杠杆原理确定合适的铰接位置，在不减小γ的情况下实现增程、增力的作用。（2）凸轮机构作为后置机构，可获得变速凸轮、移动凸轮，使后置机构的从动件获得更多的运动规律。2．前置子机构为凸轮机构输出运动为从动件的移动或摆动，但行程较小后置子机构可以是：连杆机构、齿轮机构、槽轮机构、凸轮机构（3）齿轮机构：利用摆动或移动输入，获得从动齿轮或齿条的大行程摆动和移动，还可利用变速转动的输入进一步通过后置的齿轮机构进行增速或减速。（4）槽轮机构（5）棘轮机构利用变速转动输入，减小槽轮转位的速度波动利用往复摆动和移动拨动棘轮间歇转动。后置子机构利用凸轮机构输出构件的运动规律改善后置机构的运动特性，或使其运动行程增大。3．前置子机构为齿轮机构输出运动为转动或移动后置子机构可以是各种类型的基本机构，齿轮机构、连杆机构、凸轮机构4．前置子机构可以是非圆齿轮机构、槽轮机构等5．I型串联式机构组合的用途：（1）改善输出构件的运动和动力特性（2）放大运动或力6．I型串联式机构组合实例（一）改善输出构件的运动和动力特性例4-1双曲柄机构与槽轮机构的串联组合类似机构：转动导杆槽轮机构，凸轮槽轮机构，椭圆齿轮槽轮机构，双槽轮机构双曲柄机构图4-2双曲柄机构与槽轮机构的串联组合双曲柄机构槽轮机构图4-3槽轮角速度变化曲线α─槽轮动程时的转角。i─从动槽轮与其主动构件的角速比。图4-4转动导杆槽轮机构1—曲柄2—导杆3—主动拨盘4—拨销5—槽轮

转动导杆机构槽轮机构图4-5凸轮槽轮机构1—主动拨盘2—槽轮3—固定凸轮4—弹簧A—拨销反凸轮机构槽轮机构图4-6椭椭圆齿齿轮槽槽轮结结构1—主主动椭椭圆齿齿轮2——带有有转臂臂的椭椭圆齿齿轮3—槽槽轮A—拨拨销椭圆齿轮机构槽轮机构图4-7双双槽轮轮机构构的串串联1—前前置槽槽轮机机构的的主动动拨盘盘2——前置置槽轮轮3—向向置槽槽轮A、、B——拨销销槽轮机构槽轮机构图4-8牛牛头刨刨床导导杆机机构转动导杆机构六杆机构例4-2图图4-8所所示为为牛头头刨床床的导导杆机机构转动导导杆+摆动动导杆杆目的：：使滑滑枕4实现现近似似匀速速往复复移动动（原原动件件匀速速转动动）例4-3毛毛纺针针梳机机导条条机构构图图4-9椭圆齿齿轮机机构+圆柱柱齿轮轮机构构+（（变形形）正正弦机机构变传动动比定定传动动比目的：：使从从动件件近似似实现现匀速速移动动总结：：对于于要求求改善善输出出构件件运动动特性性的I型串串联式式机构构组合合的设计计的步步骤（1））按照照后置置子机机构输输出的的运动动规律律的要要求，，确定定前置置子机机构应输输出的的运动动规律律。（2））按确确定的的运动动规律律，对对前置置子机机构进进行尺尺寸综综合（二））放大大运动动和增增力例4-4增增力机机构铰链四四杆机机构+摇杆杆滑块块机构构图4-9毛毛纺针针梳机机导条条机构构椭圆齿轮机构齿轮机构正弦机构图4-10增增力力机构构曲柄摇杆机构摇杆滑块机构受力分分析：：设BC，，CE为二二力杆杆对杆CD有有：FL=PS对滑块块有：：故减小小α和和S，，增大大L均均能增增大Q力。。例4-5共共轭凸凸轮连连杆机机构图图4-11凸轮机机构+连杆杆机构构（ABCD））+摇摇杆滑滑块机机构（（DFE））增大大滑块块9的的行程程例4-6齿齿轮齿齿条大大行程程直移移机构构齿轮齿齿条机机构+齿轮轮齿条条机构构活塞行行程为为A设设齿齿轮模模数相相等摩擦忽忽略不不计图4-11共共轭轭凸轮轮连杆杆机构构共轭凸轮机构曲柄摇杆机构曲柄滑块机构曲柄滑块机构图4-12利利用用齿条条齿轮轮的大大行程程直移移机构构齿条齿轮机构齿条齿轮机构齿轮3转的的圈数数为活动齿齿条2的行行程二）Ⅱ型串联联组合合后置子子机构构的输输入构构件与与前置置子机机构中中作平平面复复杂运运动的的连杆杆联接接。例4-7具具有运运动停停歇的的多杆杆机构构铰链四四杆机机构+滑块块导杆杆图图4-13实现导导杆转转动过过程中中停歇歇例4-8链链链四四杆机机构+连杆杆滑块块图图4-14实现曲曲柄1回转转1周周，滑滑块5可往往复移移动两两次齿轮3的分分度圆圆周长长齿轮5的分分度圆圆周长长图4-13具具有有停歇歇的六六杆机机构曲柄摇杆机构摆动导杆机构图4-14实实现现从动动件两两次动动程的的六杆杆机构构曲柄摇杆机构往复移动滑块机构例4-9行行星轮轮系+连杆杆滑块块图图4-15实现滑滑块运运动中中的停停歇（2））直线线轨迹迹或曲曲弧线线轨迹迹可使使后置置子机机构的的输出出构件件实现现运动动的停停歇，，自交交曲线线轨迹迹可使使后置置子机机构的的输出出构件件实现现两个个行程程。总结：（1）Ⅱ型串联联组合的的主要问问题是如如何确定前置置机构中中连杆的的运动轨轨迹问题题，（如如何实现现特殊的的运动轨轨迹，如如何按预预定轨迹迹对连杆杆机构进进行尺寸寸综合的的问题，，）可采采用解析析法、实实验法或或直接从从连杆图图谱中查查取。图4-15行行星齿齿轮连杆杆机构第二节并并联联式机构构组合与与创新一、并联联式机构构组合原原理与创创新方法法两个或多多个基本本机构并并列布置置，称为为机构并并联组合合。I型并联联；各各基基本机构构输入构构件独立立，输出出构件共共用Ⅱ型并联联：各各基本机机构有共共同的输输入和输输出构件件。Ⅲ型并联联：各各机构有有共同的的输入，，独立的的输出。。简单型并并联：两两个子机机构类型型、形状状和尺寸寸完全相相同，并并且对称布布置。用途途：：改善受受力及动动力特性性，过死死点。复杂型并并联：两两个不同同类型或或相同类类型不同同尺寸的的子机构构的关联以以实现性性质复杂杂的、合合成的运运动。如果按输输出运动动的性质质划分有有：并联式机机构组合合的特点点：两个个子机构构并列布布置，运运动并行行传递。。图4-16并并联式式机构组组合a)ⅠⅠ型并联联b)ⅡⅡ型并并联c)ⅢⅢ型并并联图4-17V型双双缸发动动机曲柄滑块曲柄滑块图4-18襟襟翼操操纵机构构齿条齿轮齿条齿轮图4-19缝缝纫机机针杆传传动Ⅰ型复杂杂型并联联摆动凸轮曲柄滑块图4-20钉钉扣机机针杆传传动Ⅰ型复杂杂型并联联摆动导杆杆曲柄滑块块2．Ⅱ型型并联式式组合将一个运运动分解解为两个个运动，，再将这这两个运运动合成成为一个个运动输输出。例4-14双双棘爪爪机构由两个曲曲柄滑块块机构并并联组合合而成例4-15活活塞机机的齿轮轮杠杆机机构由两个曲曲柄滑块块机构与与齿轮机机构组合合而成例4-16压压力机机螺旋杠杠杆机构构特点：机机构类型型相同，，对应构构件的尺尺寸相同同，对称称布置。。例4-17矩矩形轨轨迹输送送机构两个凸轮轮机构组组合3．Ⅲ型型并联组组合将一个运运动分解解为两个个输出运运动，主主要问题题是机构构动作的的协调和和时序的的控制。。图4-21双双棘爪爪机构曲柄滑块块曲柄滑块块图4-22活活塞机机的齿轮轮杠杆机机构曲柄滑块曲柄滑块图4-23压压力机机的螺旋旋杠杆机机构双滑块双滑块图4-24矩矩形轨轨迹输送送机构Ⅱ型并联联（复杂杂型）端面凸轮轮机构平底直动动盘形凸凸轮例4-18双双滑块块驱动机机构凸轮机构构与连杆杆机构并并联组合合例4-19丝丝织机机开口机机构两个摇杆杆滑块机机构并联联组合图4-27所示示冲压机机凸轮连连杆机构构由一个凸凸轮机构构和一个个凸轮连连杆机构构并联组组合而成成图4-25冲冲压机机机构Ⅲ型并联联（复杂杂型）反移动凸轮摇杆滑块图4-26丝丝织机机构开口口机机构构曲柄摇杆杆摇杆滑块块摇杆滑块块图4-27冲冲压机机的凸轮轮连杆机机构移动从动动件盘形形凸轮Ⅲ型并联联（复杂杂型）摆动从动动件…摆动滑块块第三节复复合合式机构构组合与与创新一、复合合式机构构组合原原理与创创新方法法一个具有有两个自自由度的的基础机机构A和和一个附附加机构构B在一一起的组合形形式为复复合式机机构组合合。组合形式式并并接图图4-28a)回接图图4-28b)组合特点点：①一一般为不不同类型型的基本本机构的的组合，，并有机机地融为为一体成成为新机机构②基础机机构一般般为二自自由度机机构，如如差动齿齿轮机构构，五连连杆机构构，空间间机构附加机构构一般为为单自由由度基本本机构基础机构构的两个个输入运运动①来自于机机构的主主动构件件②来自于于附加机机构⑴通过与附附加机构构的构件件并接。。⑵通过附附加机构构的回接接复合式机机构组合合主要功功能：可可以实现现任意预预定的运运动规律律的输出出，例如如一定规规律的停停歇、逆逆转、加加速、减减速、前前进、倒倒退等，，设计较较复杂缺缺乏共同同的规律律。需对对具体的的机构进进行分析析和综合合。并接复合合式的组组合方式式：基础础机构与与附加机机构各自自取出一一个作平平面运动动的构件件并接，，再各自自取出一一个连架架杆并接接，运动动由基础础机构中中参加并并接的连连架杆输输入，再再由基础础机构中中另一个个连架杆杆输出。。图4-28复复合式式机构组组合a)构构件并接接式b)机机构回接接式回接复合合式的组组合方式式：基础础机构与与附加机机构中两两个连架架杆并接接，附加加机构中中另一个个连架杆杆负责把把运动回回接到基基础机构构中作复复杂运动动的构件件中去。。二、复合合式机构构组合主主要功能能分析1．并接接复合式式组合例4-20凸凸轮-行星机机构例4-21凸凸轮连连杆机构构组合例4-22齿齿轮连连杆机构构2．机构构回接复复合式组组合齿轮加工工机床误误差补偿偿机构图图4-33图4-29凸轮—行星机构平面运动的构件并接。输出差动轮系反凸轮机构可获得多多样化的的运动规规律图4-30凸凸轮——连杆组组合机构构平面运动动构件并并接既是曲柄柄，又是是活动机机架输出五杆机构反凸轮机构滑块行程程但但凸凸轮的α不会图4-31齿齿轮连连杆机构构平面运动动的构件件并接差动轮系曲柄滑块当主动构构件3转转动一周周时，中中心轮步步进转角角为72º，并并且在转转位的始始末还有有瞬时反反转现象象。图4-33传传动误误差补偿偿机构蜗轮蜗杆凸轮机构第四节叠叠加加式机构构组合与与创新一、叠加加式机构构组合的的原理与与创新方方法叠加式机机构组合合：将一一个机构构安装在在另一个个机构的的某个运运动构件件上的组组合形式式，其输输出运动动是若干干个机构构输出运运动的合合成。基本叠加加形式两种运动动关系：：