机械创新设计-第5章-机构创新设计

5.1.1 简单动作功能机构的特点与应用 主要指人类最初创造的各种工具和简单的器械。 如杠杆、斜面、滚轮。尤其是轮子是人类最伟 大的创造发明，现代的各种机器中，是离不开旋 转的轮子和轴的。
特点：只用极少的构件（一般不成为 典型的“机构”），实现简单而巧妙 的动作。
举例：电视机调节盒盖——双动操作器。
5.3.1 机架变异
1.全转动副的四杆机构机架变异 1.全转动副的四杆机构机架变异——4种 全转动副的四杆机构机架变异 4 —曲柄摇杆机构 a、c —双曲柄机构 b —双摇杆机构 d 曲柄摇杆机构— 曲柄摇杆机构 双曲柄机构 双摇杆机构
曲柄摇杆机构——工作台180 °正反转 工作台180 曲柄摇杆机构 工作台 E点近似直线移动 双曲柄机构——起重、堆料、传送物件—E点近似直线 起重、堆料、传送物件 双曲柄机构 起重
5.2 机构组合创新设计方法 5.2.2 机构并联组合方法
机构并联组合——由两个或多个结构相同的基本机构
并列布置
5.2 机构组合创新设计方法 5.2.2 机构并联组合方法
1.Ⅰ型并联 原动机功率不足——多台原动机+多套传动系统
中华世纪坛——3000吨—192个轮子 ——16个驱动轮 飞机——两或四个发动机 ——满足功率 ——替补动力
主动油缸
摇杆滑 块机构
3、4、5
汽缸压力机——左右两套——一个汽缸推动——执行构 件5——最大压力 ——关键—两套机构同步 螺旋压力机——左右两套螺旋—螺距相同旋向相反 螺距相同旋向相反（双向） 螺距相同旋向相反 优点——增力——轴向力可以平衡 缺点——向下压力对螺杆影响较大
执行 构件5
5.2 机构组合创新设计方法 5.2.2 机构并联组合方法
航天飞船对接器——对接机构——对 接模拟器的并联机器人——完成—主 动抓取、对正、拉紧、锁住、卡紧等。 并联机构——并联机器人
5.2 机构组合创新设计方法
5.2.3 机构叠加组合方法
将一个机构安装在另一个机构的某个运动件上 输出——各机构输出运动的合成 各机构输出运动的合成 输出 两种运动关系 ——运动独立式 运动独立式 ——运动相关式 ——电扇运动 旋转+摇摆 运动相关式 电扇运动—旋转 电扇运动 旋转+
拉链 功能原理分析
简单几何体
简单几何体的组合 ——剖开看
简单几何体的组合 ——合上看
举例：钥匙与锁
举例：钥匙与锁
弹子锁——钥匙与锁芯
一把钥匙开 多把锁？
弹子2 钥匙 弹簧 弹簧 弹子1
锁芯
5.1.2 机械零件自由度分析
简单动作功能具有广泛的用途和宽阔的空间。简单动作功能通 常通过两个零件之间接触表面形状的巧妙组合实现，求解动作 功能时针对所要实现的动作功能（运动规律、运动轨迹），对 零件的几何形体进行构思。
5.2 机构组合创新设计方法
5.2.2 机构并联组合方法
1.Ⅰ型并联 V形发动机——2汽缸布置 ——90度
飞机襟翼操纵机构——两个油缸各推动一 个齿条——加快摆动速度——替补摆动 （速度减少1/2） 双保险——可靠性提高
5.2 机构组合创新设计方法
5.2.2 机构并联组合方法
连杆
2.Ⅱ型并联 主动件或原动机的运动分成——两个——再合成一个
5.4 机构再生运动链方法
5.4.1 概述
1.颜鸿森教授提出 1.颜鸿森教授提出——适用新方案提出法 颜鸿森教授提出 适用新方案提出法 主要步骤： 主要步骤：
1）从一个性能良好的原始机构出发，将其还 从一个性能良好的原始机构出发， 原为同源的一般化运动链； 原为同源的一般化运动链； 2）根据推理，得到与之同源的所有再生运动 根据推理， 链； 3）通过筛选，施加约束，得到所有可行运动 通过筛选，施加约束， 链； 4）再通过评价，选择，得到适宜的机构。 再通过评价，选择，得到适宜的机构。
圆珠笔按钮 录音机的联动按键 魔方 百叶窗 拉链 安全带带扣 ————
圆珠笔按钮
举例：
笔套上有凸块
要实现特定的动作功能 ——巧妙的构思。
笔芯齿轮在笔套内时的情况
圆珠笔按钮 功能原理分析
对齐笔 套槽时 笔芯齿轮与按 钮齿轮错开
笔芯齿轮在笔套内时的情况
错开时—缩回 （外）
对齐时—探出 （内）
笔芯齿轮在笔套内 外的情况比较
曲柄
5.3 机构变异设计
5.3.1 机架变异
2.双滑块机构机架变异 2.双滑块机构机架变异—— 双滑块机构机架变异 a—双滑块机构 椭圆绘图仪 双滑块机构—椭圆绘图仪 双滑块机构 双转块机构——十字滑块联 b—双转块机构 双转块机构 十字滑块联 轴器 正弦机构——测量 C—正弦机构 正弦机构 测量 正切机构——测量 D—正切机构 正切机构 测量
曲柄旋转一周——滑块往复两次—— ——六杆机构——A点轨迹8字形曲线
5.2 机构组合创新设计方法
5.2.1 机构串联组合方法
2.使组合机构具有各基本机构的特性 串联组合—V带+齿轮+棘轮+螺旋等传动 原动机——单向等速回转 ——输出件—低速、单向、间歇、直线运动
椭圆齿轮+曲柄滑块组合机构 ——等速—变速 ——变速的曲柄滑块往复运动速度
——也叫几何形体组合法 —— 对简单动作功能优秀设计案例的分析可以获得 很多灵感，学到很多巧妙的设计方法。
103[1]双曲柄机构.swf
5.2 机构组合创新设计方法
5.2.1 机构串联组合方法 串联组合——多个基本机构顺序连接—— ——前机构输出——后机构输入 机构串联组合实现两个目的： 1）改善原有机构的运动特性 2）使组合机构具有各基本机构的特性 1．改善原有机构的运动特性 槽轮机构——转位或分度——角速度变化大 前面加上——主动拨盘前面——双曲柄机构 ——主动拨盘变速转动——减小槽轮转 速不均匀性
3.Ⅲ型并联 一个主动运动分解为两个或多个输出运动
细纱机——1个电动机——400-500个纱锭 加工光学透镜的抛光机——1个电动机—4套连杆 双滑块驱动送料机构——主动件1—推动大滑块2 和小滑块4——沟槽作用——运动规律不同
5.2 机构组合创新设计方法 5.2.2 机构并联组合方法
3.Ⅲ型并联——同步关键 桥式起重机——跨度大30m ——两端轮子必须同步——
5.3 机构变异设计 1.扩大转动副尺寸—— 扩大转动副尺寸 加大连杆销轴尺寸——泵、压缩机、冲 泵 压缩机、 加大连杆销轴尺寸 床等 颚式破碎机——曲柄摇杆机构 曲柄摇杆机构 颚式破碎机
2.扩大移动副尺寸 2.扩大移动副尺寸—— 扩大移动副尺寸 冲床滑块扩大——正弦机构 正弦机构 冲床滑块扩大 冲床滑块扩大——曲柄滑块机构 曲柄滑块机构 冲床滑块扩大 往复凸轮分度机构——改善机构受力状 改善机构受力状 往复凸轮分度机构 态和动力效果
机构变异的主要目的—— 1）改变机构运动的不确定性 2）开发机构的新功能 3）研发新机构，改善机构的受力状态，提高机构的强度、刚度 或精度。 常采用的演化变异方法： 1）利用构件的运动性质进行演化变异 2）改变构件的结构形状和尺寸 3）在构件上增加辅助机构 4）改变构件的运动性质
5.3 机构变异设计
减速器
减速器
分别驱动——除中间轴 自重小 分组性 除中间轴—自重小 除中间轴 自重小—分组性
好——安装维修方便 安装维修方便——可实现稳定运行 可实现稳定运行 安装维修方便 ——普遍采用
第二级 减速
减速器
5.2 机构组合创新设计方法
5.2.2 机构并联组合方法
3.Ⅲ型并联 3.Ⅲ型并联——同步关键 型并联 同步关键 电影放映机的输片机构——凸轮 主动轴 凸轮—主动轴 电影放映机的输片机构 凸轮 —圆弧部分 从动件停歇 圆弧部分—从动件停歇 歪盘动—横 圆弧部分 从动件停歇——歪盘动 横 歪盘动 向抓片
板—校正曲线 校正
误差 校正
凸轮机构的从动件推动蜗杆 凸轮机构的从动件推动蜗杆 作轴向移动， 作轴向移动，使蜗轮产生附 加转动， 加转动， 从而使误差得到校正。 从而使误差得到校正。
原动件：凸 轮—蜗轮固接
5.3 机构变异设计
变异设计——改变现有设计的某些参数，创造新的设 改变现有设计的某些参数， 变异设计 改变现有设计的某些参数 计方案——重要手段 重要手段——借鉴 成功率高 借鉴—成功率高 计方案 重要手段 借鉴
CD转动180° CD转动180° 转动180
5.3 机构变异设计
5.3.1 机架变异
2.含一个移动副的四杆机构机架变异 2.含一个移动副的四杆机构机架变异—— 含一个移动副的四杆机构机架变异 曲柄滑块机构变异— b-d 曲柄导杆机构 曲柄滑块机构变异 杆机构 —e移动导 e
汽车自动卸料机构——a双摇杆机构—b曲柄摇杆机构 a双摇杆机构 b 汽车自动卸料机构
轴中轴结构——轴1运动—移动+转动 液压挖掘机——三套液压摆缸机构
5.2 机构组合创新设计方法 5.2.4 机构反馈组合方法
从主机构的运动过程中提取信息，实时反馈， 从主机构的运动过程中提取信息，实时反馈， 使运动适当变化 反馈——提高车床螺旋传动精度 校正 提高车床螺旋传动精度— 反馈 提高车床螺旋传动精度
第5章 机构创新设计
一个好的机械原理方案能否实现，机构设 计是关键。机构设计中最富有创造性、最关键 的环节，是机构形式的设计。
机构创新设计
5.1 简单动作功能机构设计 5.2 机构组合创新设计方法 5.3 机构变异设计 5.4 机构再生运动链方法
5.1 简单动作功能
——用来实现运动和力的简单转换
5.2 机构组合创新设计方法
5.2.2 机构并联组合方法
3.Ⅲ型并联 3.Ⅲ型并联——同步关键 型并联 同步关键 桥式起重机——跨度大30m 跨度大30m 桥式起重机 跨度大 几种方案——保持两端轮子同步 ——几种方案 几种方案 保持两端轮子同步 低速轴集中驱动——大传动装置 负重 大传动装置—负重 a）低速轴集中驱动 大传动装置 高速轴集中驱动—轻 传动轴转速高 b）高速轴集中驱动 轻—传动轴转速高 中轴集中驱动——机构复杂 c）中轴集中驱动 机构复杂