第五章-机构的组合与创新设计.ppt

1、第五章机构的组合与创新设计,第一节机构组合的基本概念,第二节机构组成原理与机构创新设计,第三节机构串联组合与创新设计,第四节机构并联组合与创新设计,第五节机构叠加组合与创新设计,第六节机构封闭组合与创新设计,第七节其他类型的机构组合与创新设计,第一节机构组合的基本概念,一、基本机构的概念,1、最简机构把由2个构件和1个运动副组成的开链机构称为最简单的机构，简称最简机构。其要素是组成机构的最多构件为2且为开链机构。,原动机的机构简图为最简机构,2、基本机构把含有3个构件以上、且不能再进行拆分的闭链机构称为基本机构。其要素是闭链且不可拆分性。,3、基本机构的应用,1）基本机构的单独使用基本机构可以

2、直接应用在机械装置中，只有一些简单机械中才包含一个基本机构。如空气压缩机中包含一个曲柄滑块机构。,3、基本机构的应用,2）互不连接的基本机构的组合若干个互不连接、单独工作的基本机构可以组成复杂的机械系统。各基本机构之间进行运动协调设计。图示压片机由三个独立工作的机构组成，各机构之间的运动必须满足协调关系,3）各基本机构互相连接的组合各基本机构通过某种连接方法组合在一起，形成一个较复杂的机械系统，这类机械是工程中应用最广泛、也是最普遍的。,常用的机构组合方法如下。1、利用机构的组成原理，不断连接各类杆组2、按照串联规则组合基本机构3、按照并联规则组合基本机构4、按照叠加规则组合基本机构5、按照封

3、闭规则组合基本机构6、上述方法的混合连接，可得到复杂的机构系统。,应用最普遍的组合,串联组合,并联组合,第二节机构组成原理与机构创新设计,一、II级杆组的类型n=2，Pl=3的杆组，为II级杆组。,II级杆组分类图(2件3副),内接副为转动副,内接副为移动副,这5种常用，而PPP不常用,RRR,RRP,PRP,RPR,PPR,级杆组分类图（4件6副）,3R杆组(以三个内接副开始),级杆工程应用不多，但随着运动、受力等分析方法的完善，正在受到重视,三、机构组成原理与机构创新设计1、机构组成原理把基本杆组依次连接到原动件和机架上，可以组成新机构。机构组合原理为创新设计一系列的新机构提供了明确的途径

4、。,2、机构组成原理与机构创新把前述的各种II级杆组和III级杆组连接到原动件和机架上，可以组成基本机构；再把各种II级杆组和III级杆组连接到基本机构的从动件上，可以组成复杂的机构系统。,+,第三节机构的串联组合与创新设计一、机构的串联组合1、基本概念前一个机构的输出构件与后一个机构的输入构件刚性连接在一起，称之为串联组合。前一个机构称为前置机构，后一个机构称为后置机构。其特征是前置机构和后置机构都是单自由度的机构。,2、串联组合分类,连接点选在前置机构作简单运动的构件上（摇杆、曲柄或导杆等）,连接点选在前置机构作复杂平面运动的构件上（中间的连杆或行星轮等）,I型串联组合,II型串联组合,前

5、置机构中做简单运动的构件与后置机构的原动件连接。,前置机构中做复杂运动的构件与后置机构的原动件连接。,二、机构串联组合基本思路1、实现后置机构的速度变换2、实现后置机构的运动变换3、串联时运动链尽量要短（在满足要求前提下）,第四节机构的并联组合与创新设计一、机构的并联组合1、基本概念,并行连接,若干个单自由度的基本机构的输入构件连接在一起，保留各自的输出运动；,若干个单自由度的基本机构的输出构件连接在一起，保留各自的输入运动；,输入构件连接在一起、输出构件也连接在一起；,特征是各基本机构均是单自由度机构,INPUT,2、并联组合分类,3、并联组合实例,I型并联机构,II型并联机构,I型并联组合

6、机构可实现机构的惯性力平衡,II型并联组合机构可实现运动的合成,型并联机构,型并联组合机构可改善机构的受力状况,二、并联组合的基本思路,1、对称并联相同的机构，可实现机构的平衡。,2、实现运动的分解与合成,3、改善机构受力状态,第五节机构的叠加组合与创新设计一、机构的叠加组合1、基本概念机构叠加组合是指在一个基本机构的可动构件上再安装一个以上基本机构的组合方式。把支撑其它机构的基本机构称为基础机构，安装在基础机构可动构件上面的基本机构称为附加机构。,1)I型叠加机构,2、机构的叠加组合分类,2)II型叠加机构,输入,输出,来自基础机构可动构件上的动力源,主动件：附加机构,附加、基础机构分别有自

7、己的动力源,1)I型叠加机构,基础机构：行星轮系（z3，z4）,附加机构：蜗杆传动机构（z1，z2）,电机,H,1)I型叠加机构,基础机构,附加机构,一般情况下，以齿轮机构为附加机构，连杆机构或齿轮机构为基础机构的叠加方式应用较普遍,2)II型叠加机构,基础机构,附加机构,基础机构：平行四边形ABCD机构附加机构：平行四边形BCEF机构,户外摄影车机构,二、机构叠加组合的关键问题,1、选定附加机构与基础机构，确定附加机构与基础机构之间的连接方法。或者附加机构的输出构件与基础机构的哪一个构件连接。,二、机构叠加组合的关键问题,2、II型叠加组合机构中，动力源安装在基础机构的可动构件上，驱动附加机

8、构的一个可动构件，按附加机构数量依次连接即可。(例如图5-32机械手机构),3、I型叠加机构的连接方式较为复杂，但也有规律性。,（1）齿轮机构为附加机构，连杆机构为基础机构：连接点选在附加机构的输出齿轮和基础机构的输入连杆上。,基础机构,附加机构,3、I型叠加机构规律,（2）基础机构是行星齿轮机构：附加齿轮机构安置在基础轮系的系杆上a）附加齿轮机构的系杆与基础机构的齿轮连接,图5-31b）基础机构和附加机构都为齿轮机构,3、I型叠加机构规律,图中,附加机构的蜗轮与基础机构的行星轮连接,（2）基础机构是行星齿轮机构：附加齿轮机构安置在基础轮系的系杆上b）附加齿轮机构的齿轮与基础机构的齿轮连接,叠

9、加创新实例,需求：实现天线空间全方位转动任务分析：单自由度的平面机构难以实现构思：用叠加组合具体：附加机构绕水平轴旋转，基础机构绕垂直轴旋转，二者合成可实现空间全方位转动,叠加组合实例,图5-33全方位空间转动的天线,II型叠加组合机构,y,Z,叠加组合优缺点,可实现复杂的运动要求机构的传力功能较好可减少传动功率但设计构思难度较大,第六节机构的封闭组合与创新设计一、机构的封闭组合1、基本概念一个两自由度机构中的两个输入构件或两个输出构件或一个输入构件和一个输出构件用单自由度的机构连接起来，形成一个自由度的机构系统，称为封闭式连接。其特征是基础机构为二自由度机构，附加机构为单自由度机构。封闭组合

10、机构的自由度是1.,附加机构,附加机构,基础机构,II型封闭组合机构,III型封闭组合机构,I型封闭组合机构,2、分类,1个附加机构封闭基础机构的两个输入或输出,2个附加机构封闭基础机构的两个输入或输出,1个附加机构封闭基础机构的1个输入和1个输出,3、封闭组合示例,差动轮系I型封闭机构III型封闭组合机构,二自由度的差动轮系中，封闭两个输入，或一个输入和输出（系杆）,Z5,Z4,封闭两个输入Z1-Z1Z3-Z3,封闭一个输入Z3-Z3一个输出Z4-H,I型封闭组合机构,D,E,基础机构：OABCD,封闭机构：凸轮机构,封闭机理：两个连架杆OA、CD分别与凸轮与推杆固结,型封闭组合机构,基础机

11、构：差动轮系1、2、3、H,附加机构：1）四杆机构，2）齿轮啮合Z1和Z4,III型封闭组合机构,基础机构：两自由度涡轮蜗杆传动机构,封闭机构：凸轮机构,封闭机理：封闭涡轮转动（输出）和蜗杆的移动（输入）,二、封闭组合的基本思路封闭组合的前提是两自由度的基础机构和单自由度的的组合，组合而成的新机构是组合机构，基本组合思路如下。1、常见的基础机构主要有五杆机构和差动轮系机构，附加封闭机构可以是齿轮机构、凸轮机构和四杆机构，有时也用间歇运动机构作为封闭机构。,2、附加机构封闭基础机构的两个输入运动或两个输出运动简便易行，工程中的应用最为广泛。3、附加机构封闭基础机构的一个输入构件和一个输出构件，把

12、输出运动再反馈回输入构件。,附加机构（添加机构）应满足的条件,基础机构,组合机构,第一列：1杆2副,第三列：3杆5副,第三列：3杆5副,封闭两个输入C点是输出,两个封闭机构齿轮啮合与凸轮机构,C点的输出经附加机构GHF反馈到输入DE,第七节其他类型的机构组合与创新设计一、机构的混合组合方法工程中的实用机构系统中，经常联合使用上述组合方法，称为混合组合法。如串联组合后再并联组合，串联组合后再叠加杆组组合等。,二、附加约束组合法,附加约束组合法是指在多自由度机构中，人为地增加约束条件，从而达到创新设计的目的。,用凸轮机构约束五杆机构C点的运动,工程中，附加约束一般采用具有复杂曲线结构的高副,二、附加约束组合法,附加约束组合法是多自由度转化为单自由度机构且能完成特定运动的有效创新方法