机械创新设计 第6章机构再生与创新设计
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机械创新设计-机构创新设计
? 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。
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 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
对齐笔 套槽时
笔芯齿轮与按 钮齿轮错开
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。
? 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
? 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。
原动件：凸 轮—蜗轮固接
? 变异设计——改变现有设计的某些参数，创造新的设 计方案——重要手段——借鉴—成功率高
? 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
? —— 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。
? 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
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。
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 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
对齐笔 套槽时
笔芯齿轮与按 钮齿轮错开
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。
? 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
? 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。
原动件：凸 轮—蜗轮固接
? 变异设计——改变现有设计的某些参数，创造新的设 计方案——重要手段——借鉴—成功率高
? 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
? —— 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。
? 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
机械设计基础第06章-机构组合设计与创新
实现近匀低速冲压，有 利于冲压薄壁零件。
• 销子不作圆周运动的槽轮机构，通过改变 槽数、销子数、链条长度，可适用于各种 不同目的（P73图4-7）。P73图4-8从一个 转动曲柄得到近似均匀角速度的摆动机构。
• P143图6-9推点轨迹均为圆，用于送料机构， 如糖纸、糖块、钢料。P144图6-10a实现大 摆角，常用于仪表中将敏感元件的微小位
• ①以差动齿轮机构（图26为其常见结构） 为基础机构。可构成齿轮连杆机构、齿轮 凸轮机构、复合轮系。
②以差动凸轮机构（图27为其常见结 构）为基础机构。可构成凸轮连杆机 构、凸轮齿轮机构。
• 转动副可改为移动副
③以差动连杆机构（图28）为基础机 构。可构成连杆齿轮机构、连杆凸轮
机构。
④组合实例分析
④改善输出构件的动力学特性
• 槽轮机构常用于转位和分度机械装置中， 运动时会带来振动与冲击，造成工作台不 稳，尤其是槽数较少的外槽轮机构。图14 采用双曲柄机构（不是平行四边形机构） 为前置机构，改善了动力学特性。
图15采用曲柄滑块机构为前置机构
• 这些串联的转位机构可在较高速度条件下工作， 并且转位平稳、锁止可靠、结构简单。④实现运动的合成2
z1 z2
1
s1 r2 •
凸轮与蜗轮固联，
• 凸轮与蜗杆固联，
蜗杆轴主动，蜗轮
并作为主动构件输
的运动是转动与移
入转动，输出构件
动的合成，常用于
蜗轮的角位移由两
机床作为运动误差
部分组成
的补偿。
§6-4 装载式组合
• 将基本机构装载在另一个基本机构的运动构 件上，末端输出构件实现复杂的工艺动作。 单联式只共用一个构件，双联式不止一个。
• 挫折+晚逆反+无信心 上网
• 销子不作圆周运动的槽轮机构，通过改变 槽数、销子数、链条长度，可适用于各种 不同目的（P73图4-7）。P73图4-8从一个 转动曲柄得到近似均匀角速度的摆动机构。
• P143图6-9推点轨迹均为圆，用于送料机构， 如糖纸、糖块、钢料。P144图6-10a实现大 摆角，常用于仪表中将敏感元件的微小位
• ①以差动齿轮机构（图26为其常见结构） 为基础机构。可构成齿轮连杆机构、齿轮 凸轮机构、复合轮系。
②以差动凸轮机构（图27为其常见结 构）为基础机构。可构成凸轮连杆机 构、凸轮齿轮机构。
• 转动副可改为移动副
③以差动连杆机构（图28）为基础机 构。可构成连杆齿轮机构、连杆凸轮
机构。
④组合实例分析
④改善输出构件的动力学特性
• 槽轮机构常用于转位和分度机械装置中， 运动时会带来振动与冲击，造成工作台不 稳，尤其是槽数较少的外槽轮机构。图14 采用双曲柄机构（不是平行四边形机构） 为前置机构，改善了动力学特性。
图15采用曲柄滑块机构为前置机构
• 这些串联的转位机构可在较高速度条件下工作， 并且转位平稳、锁止可靠、结构简单。④实现运动的合成2
z1 z2
1
s1 r2 •
凸轮与蜗轮固联，
• 凸轮与蜗杆固联，
蜗杆轴主动，蜗轮
并作为主动构件输
的运动是转动与移
入转动，输出构件
动的合成，常用于
蜗轮的角位移由两
机床作为运动误差
部分组成
的补偿。
§6-4 装载式组合
• 将基本机构装载在另一个基本机构的运动构 件上，末端输出构件实现复杂的工艺动作。 单联式只共用一个构件，双联式不止一个。
• 挫折+晚逆反+无信心 上网
机械创新设计(第六章)
类配方案 L2
Ⅰ
4
Ⅱ
5
L3 L4
2
0
0
1
L2 L3 L4 L3 2L4
6
2
6
2
将四个二副元素杆与二个三副元 素杆进行组合构建新的运动链
将五个二副元素杆与一个四副元 素杆进行组合构建新的运动链出 现一个由三构件构成的刚体，运 动链将还原成四杆机构，不同于 原始机构故应剔除。
故原始机构（图6-5）经一般化处理后得到一六杆七副一般化 运动链，图6-7所示。
基础知识 一、运动链
若干构件通过运动副连接而成的系统称为运动链。
闭链 开链
如果组成运动链的每个构件至少包含两个运动 副要素从而时运动链形成封闭的系统。
机构
把运动链中的某一构件加以固定或相对固定（成为 机架），当其中一个或几个具有独立运动的构件推动其 余构件作确定的运动时，则这个运动链就成其为机构。
2）减振器（Sc-Sc）：只有二级杆组可作减振器
对图6-9所示机构中的二级杆组选作减振器，可再生出4种 运动链，如图6-10所示。
3）摆动杆（Sw），对图6-10所示的运动链，选取不同的构 件作为摆动杆，最后再生出10种可行的再生机构，图6-11所示
4 25
316
26 34
15
第四节 可用特定化运动链图谱及机构图谱
根据一般化原则，则五十铃后轮悬置机构被转化成如 图所示的六杆七副一般化运动链。(自身连杆类配)
5、运动链的连杆类配
将机构转化为一般化运动链后，得到一个只有转动副的连 杆的组合，称为连杆的类配。一般化运动链中连杆类配可 用字符表示为：
LA L2 / L3 / L4 // Ln
其中L2、L3、L4、、Ln分别表示二副元素杆、三副元素杆、四副元素杆、 、n副元素杆的数量
机械设计基础第06章机构组合设计与创新
意义
机构组合设计能够充分利用各种基本机构的优点， 弥补单一机构的不足，实现复杂运动规律和特殊功 能要求，提高机械系统的整体性能。
机构组合设计基本原则
在机构组合过程中，应确保各基 本机构之间的运动协调，避免出 现运动干涉或运动不确定现象。
机构组合设计应注重提高机械系 统的可靠性，选择性能稳定、耐 磨损、抗疲劳的基本机构，并采 取必要的防护措施。
应用实例
复合式组合机构在高端装备制造、精密仪器等领域有着广泛的应用。例如，高精度数控机床、超精密测 量仪器等都可以采用复合式组合机构来实现高精度、高效率的运动和定位要求。
04机构性能评ຫໍສະໝຸດ 与优化Chapter机构性能评价指标
运动学性能
包括机构的运动范围、速度、加 速度等运动学参数，用于评价机
构的运动能力。
参数化设计
通过参数化建模技术，可以快速 生成具有相似结构或功能的机构 方案，提高设计效率。
有限元分析
利用有限元方法对机构进行强度 、刚度和稳定性分析，优化结构 设计，减少试验成本。
优化设计在机构组合设计中的应用
设计变量与目标函数
01
确定机构设计的关键参数作为设计变量，以机构性能或成本等
作为目标函数。
约束条件
02
考虑机构运动学、动力学、强度、刚度等约束条件，保证优化
结果的可行性。
优化算法
03
采用遗传算法、粒子群算法等优化算法，对机构进行优化设计
，得到最优解。
可靠性设计在机构组合设计中的应用
可靠性分析
对机构进行故障模式、影响及 危害性分析（FMECA），识别
潜在故障模式及其影响。
可靠性设计策略
采用冗余设计、容错设计、降 额设计等策略，提高机构的可 靠性。
机械创新设计-6-结构创新设计
第二种情况—滑动联接 滑动联接由于轮毂要相对于轴移动，所以轴表面必须是 滑动联接 除完整圆柱面以外的其他柱面，通过改变轴的截面形状可以形成不同的 联接形式，常用的有滑键联接、导键联接、花键联接和特形柱面联接 （如方形轴联接）等。 第三种情况—转动联接 转动联接和第四种情况—移动、转动联接的联接中由于 移动、转动联接 转动联接 移动 轮毂要相对于轴转动，所以联接中轴的截面形状必须是圆形，第四种情 况由于轮毂要相对于轴移动，所以联接中轴的表面形状必须是柱面（不 能是锥面），第三种情况下考虑加工方便和避免产生附加轴向力通常也 采用柱面，综合这两点分析，这两种联接中的轴表面形状为圆柱面。
棘轮机构的变异设计分析 如图所示为通过变换功能面的位置得到的多种结构方案，图中方案a为内棘轮结构，
通过将棘爪设置在棘轮内的方法减小了结构尺寸；方案b为轴向棘轮结构，这种结构只 有在空间条件允许的条件下才能应用。
如图所示为通过变换工作面的尺寸得到的多种结构方案。
将以上这些要素进行交叉组合变换可以得到更多的结构方案，这些方案各 有其优缺点，通过对这些方案各自特点的分析并结合具体的应用条件可以 从中确定较好的结构方案。
以轴毂联接为例。按照设计要求，轴与轮毂的联接对相对运动自由度的限制可能有以下几种情况： 轴毂联接为例。按照设计要求，轴与轮毂的联接对相对运动自由度的限制可能有以下几种情况： 为例 1．固定联接，联接后轴与轮毂完全固定，不具有相对运动自由度，通常的轴毂联接多为这种情况， ．固定联接，联接后轴与轮毂完全固定，不具有相对运动自由度，通常的轴毂联接多为这种情况， 固定 这种轴毂联接需要限制 个相对运动自由度 这种轴毂联接需要限制6个相对运动自由度。 限制 个相对运动自由度。
工作面——功能面 功能面 工作面
机械创新设计(较完整版)
第一讲1、机械创新设计与现代设计、常规设计有什么差异和关联？创新设计方法:充分发挥设计者的创造力,利用人类现有相关科学技术知识,实现创新构思,获得新颖性、创造性、实用性成果.特点：强调发挥创造性，提出新方案，提供新颖。
独特的设计方法，获得具有创新性、新颖性、实用性的成果。
现代设计:以计算机为工具，运用各类工程应用软件及现代设计理念进行的机械设计。
常规设计：常规设计是以应用公式、图标为先导，已成熟的技术为基础，借助设计经验等常规方法进行设计关联：机械常规设计始终是最基本的机械设计方法，在强调现代设计、创新设计时不可忽视其重要性。
创新设计的基础——常规、现代设计方法的综合、灵活运用。
现代设计方法仅仅借助了先进、高效的计算机应用手段，提高了设计过程的效率，但没有脱离常规设计的思维。
2.现代创新人才应具备那些基本素质？(1) 具备必须的基础知识和专业知识(2) 不断进取与追求的精神(3) 合理的创新思维方式（突破传统定式）(4) 善于捕捉瞬间的灵感（创新的必备条件）(5) 掌握一定的创新技法3.学习机械创新设计的内容有那些？1.机构的创新设计2.机构应用创新设计3.机构组合设计产生新机构系统4.机械结构的创新设计5.利用反求原理进行创新设计6.利用仿生原理进行创新设计第二讲1简述创造性思维四大特性(方法的开放性；过程的自觉性；解决问题的顿悟性；结果的独特性)。
影响创造性思维形成与发展的主要因素包括哪些？(1)天赋能力：与生俱来的所有神经元(2)生活实践：后天实践活动具有的重大意义(3)科学地学习与训练科学、简单易行的专业学习与训练2．了解和阐述创造性思维、创造活动、创造能力三者的关系。
3.理解综合、分离创造原理的特性和基本实施途径。
概念：有目的的将复杂对象分解，提取核心技术，并利用于其他新事物。
特征：1）与综合创造原理对立，但不矛盾；2）冲破事物原有形态的限制，在分离中产生新的技术价值；3）实质上综合法与分离法两者无明显界限，实践中常常相互贯穿，共同促成新事物。
机械创新设计06PPT课件
-
6
⑷特种加工机床
随着工件形状的日益复杂，以及材料的特殊性能（高 硬度材料及高脆性材料），引入了电加工、超声波加工的 方法，为机床开辟了新的领域。图中超声波加工原理是： 利用火花放电时能烧毁金属表面的电蚀现象进行金属的加 工。另外图中还显示了电解原理的磨削加工示意图及超声 波加工的应用实例。
-
7
机械系统创新设计实例
随着科技的发展，对机械产品的精度要求越来越高。例如宇宙 飞行用陀螺仪中的30mm球形转子，要求其不圆度不大于0.12um；导 弹控制系统的齿轮传动允许误差只有几秒。这些高精度的零件当然需 要高精度机床来加工。高精度机床除本身具有高精度以外，主要还附 加了一些特殊的校正、测量与定位装置。如图所示的机构。
-
8
机械系统创新设计实例
1、蒸汽机
⑴原始蒸汽机 17世纪末，法国技师巴本制成了世界 第一台蒸汽机。其工作原理是，通过向汽缸中注水并加热， 水蒸气将活塞推动上去，当活塞被推到汽缸顶部时再撤热， 然后使缸内汽冷却，大气压力便将活塞推下来。该蒸汽机 虽然很原始，但就其具备汽缸与活塞来说是具有划时代意 义的。
-
24
机械系统创新设计实例
-
25
机械系统创新设计实例
③有效负载：指操作机在工作时臂端可能搬运物体的重量
或所能承受的力及转矩。机器人的有效负载除受到驱动功率 的限制外，还受到材料、环境、运动参数（如速度、加速度 及其方向）的限制。如图示的加拿大手臂，用于航天飞机上 的机器人，额定搬运质量为14500kg，在运动速度较低情况 下能达到29500kg。然而，这种负荷能力只有在太空中失重 条件下才有可能达到。在地球上，该手臂本身重量达410kg， 连自重引起的臂杆变形都无法承受。
机械创新设计教材(PPT79张)
低副机构的运动副元素加工方便、容易保证配 合精度以及有较高的承载能力等方面考虑，应优先 采用低副机构。
6.1.1 机构尽可能简单
2．适当选择运动副 在一般情况下，应先考虑低副机构，而且尽量少 采用移动副。 采用连杆机构很难完成精确设计时，应考虑采用 高副机构。
6.1.1 机构尽可能简单
3．适当选择原动机 执行机构的形式与原动机的形式密切相关，不要 仅局限于选择传统的电动机驱动形式。
6．2．1 按运动形式要求选择机构
6．2．2 机构方案的评价
1．评价指标和评价体系 满足同一运动形式或功能要求的机构方案有很多， 对这些方案应从运动性能、工作性能、动力性能等 方面进行综合评价。
6．2．2 机构方案的评价
1．评价指标和评价体系
所谓评价体系，是通过一定范围内的专家咨询， 确定评价指标及其评定方法。对于不同的设计任务， 应根据具体情况，拟定不同的评价体系。 只有建立科学的评价体系，才可以避免个人决 定的主观片面性，减少盲目性，从而提高设计的质 量和效率。
6．3．1 利用组合原理构型新机构
2．凸轮—连杆机构
当递纸吸嘴开始向 前递纸时，摆杆3上 的滚子与凸轮小面 接触,齐纸块5绕01点 逆时针方向摆动让 纸。 当递纸吸嘴放下纸 张，摆杆3顺时针方 向摆动，齐纸块5顺 时针方向摆动靠向 纸堆，把纸张理齐。
6．3．1 利用组合原理构型新机构
2．凸轮—连杆机构
6．3．1 利用组合原理构型新机构
3．齿轮—凸轮机构
1) 实现给定运动规律的变速回转运动 齿轮、双曲柄和转动导杆 机构虽能传递匀速和变速转 动，但无法实现任意给定的 运动规律的转动。
齿轮和凸轮组合而成的组合机 构，则能实现这一要求。图中系 杆3为原动件，齿轮1为输出件。 摆杆2’与行星轮2固接，由于固 定凸轮的作用，行星轮2相对系杆 3产生往复摆动，使齿轮1得到预 期。
6.1.1 机构尽可能简单
2．适当选择运动副 在一般情况下，应先考虑低副机构，而且尽量少 采用移动副。 采用连杆机构很难完成精确设计时，应考虑采用 高副机构。
6.1.1 机构尽可能简单
3．适当选择原动机 执行机构的形式与原动机的形式密切相关，不要 仅局限于选择传统的电动机驱动形式。
6．2．1 按运动形式要求选择机构
6．2．2 机构方案的评价
1．评价指标和评价体系 满足同一运动形式或功能要求的机构方案有很多， 对这些方案应从运动性能、工作性能、动力性能等 方面进行综合评价。
6．2．2 机构方案的评价
1．评价指标和评价体系
所谓评价体系，是通过一定范围内的专家咨询， 确定评价指标及其评定方法。对于不同的设计任务， 应根据具体情况，拟定不同的评价体系。 只有建立科学的评价体系，才可以避免个人决 定的主观片面性，减少盲目性，从而提高设计的质 量和效率。
6．3．1 利用组合原理构型新机构
2．凸轮—连杆机构
当递纸吸嘴开始向 前递纸时，摆杆3上 的滚子与凸轮小面 接触,齐纸块5绕01点 逆时针方向摆动让 纸。 当递纸吸嘴放下纸 张，摆杆3顺时针方 向摆动，齐纸块5顺 时针方向摆动靠向 纸堆，把纸张理齐。
6．3．1 利用组合原理构型新机构
2．凸轮—连杆机构
6．3．1 利用组合原理构型新机构
3．齿轮—凸轮机构
1) 实现给定运动规律的变速回转运动 齿轮、双曲柄和转动导杆 机构虽能传递匀速和变速转 动，但无法实现任意给定的 运动规律的转动。
齿轮和凸轮组合而成的组合机 构，则能实现这一要求。图中系 杆3为原动件，齿轮1为输出件。 摆杆2’与行星轮2固接，由于固 定凸轮的作用，行星轮2相对系杆 3产生往复摆动，使齿轮1得到预 期。
《机械创新设计》选修课资料
第一章创新实践可分为3个阶段（1）了解问题：目标是什么？未知量、已知量是那些？情况如何？能满足情况的需要吗？能否决定未知量，是否足够，是否重复或抵触？可以画张图，引入合适的标志，把情况的各部分加以分解。
（2）设计方案：遇到过这个问题吗？知道相关的问题吗？可能运用什么原理？通过不同的方法设计各种方案，并进行优化。
（3）执行方案：实施设计方案，在每一步骤中对方案修改完善，必要时重新设计方案，以取得最好的成效。
任何一个创新几乎都要经过上述3个阶段，一般最困难的是第二阶段，最关键的往往是第三阶段。
创新设计设计类型的内容特点，一般将设计分为下面3种：1开发性设计在工作原理、结构等完全未知的情况下，针对新任务提出新方案，开发设计出以往没有过的新产品。
2．变型设计在工作原理和功能结构不改变的情况下，对已有产品的结构、参数、尺寸等方面进行变异，设计出适用范围更广的系列化产品。
3．适应性设计亦称反求设计。
针对已有的产品设计，在消化吸收的基础上，对产品作局部变更或设计一个新部件，使产品更能满足使用要求。
开发设计以开创、探索创新，变型设计通过变异创新，适应性设计在吸取中创新。
创新是各种类型设计的共同点。
二、设计思路和设计过程1．产品规划阶段——明确设计任务和要求，提出设计任务书2．原理方案设计阶段——确定工作原理，分解子系统，绘制方案简图3．技术方案设计——进行总体设计和结构设计，完成产品全部生产图纸，编制设计说明书、工艺卡等技术文件4．改进设计机械的功能要求1）运动要求：如运动规律、轨迹、行程、速度、加速度、转速、调速范围、运动的精确性等。
（2）动力要求：传递的功率、转矩、力、加速性能、效率等。
（3）安全要求：强度、刚度、稳定性、热力学性能、摩擦特性、振动、机械工作的安全性及操作人员的安全性等。
（4）经济要求：设计和制造的经济性、使用和维护的经济性等。
（5）可靠性和寿命要求：包括零部件和机械实现预期功能的可靠性，零部件和机械的耐磨性、疲劳强度、失效和使用寿命等。
机械创新设计课程 6 机构再生设计与创新
6
件
A
B
C
复合铰链A,假设构件2
2 34
或4看作三副构件
2
4史
1
5
6
13
蒂 芬 5逊
B
C
6
链
瓦特链
B
C
假设将转动副B,C间距离变为零 ，那么变异结构链Ⅰ可成为变异 结构链Ⅱ
A
A
2
4
3
2
4
3
1
5
6
1
5
6
B
C
⒊确定设计约束
BC
① 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。
机构一般化图例
6.1.2 常用机构的一般化 ① 含有平面高副的机构 ② 含有复合铰链的机构 ③ 含有液压油缸的机构 ④ 含有弹簧的机构 ⑤ 含有带、链的机构
6.2 杆型类配
6.2.1 杆型〔机构的一般化杆件〕
6.2.2 杆型类配
n2+n3+n4+…+nn=N
(5-1)
2n2+3n3+4n4+…nnn=2P 式中：
2〕顶糖和接糖机构
接糖杆运动应与送糖杆运动同步 否那么夹紧力太大或太小
3〕抄纸和拨糖 机构
4〕工位间步进传送机构： 钳糖机械手的间歇转位是由槽轮机构带动两组螺旋齿轮副 分别传动机械手的转盘和送糖盘
•巧克力糖包装机的总体布置
•粒状巧克力糖包装机的工作循环图
结束
2〔4〕
输出
构件 3 5 1
5
方案号 ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ 有效方案 × √ × √
1〔2、4、5〕
2
机构的再生创新-机构的再生创新
机架
减 震 摆动臂 器
机架
A113
摆动臂
减
震
器
机架
摆动臂
减 震 器
A212
摆动臂
A213减摆ຫໍສະໝຸດ 震动 器臂减机 震架 器减机 震架 器
摆
减
动
震
臂
器
机架
B111
机架
B112
B211
B212
再生运动链法
再生运动链法
5.运动链具体化
摆动臂
减 震 器
机架
A1111
a1111
由于概念方案没有具体尺度支持，需要参考原始机 构构件和运动副的布置格局和受力特点，再结合设计者自 身知识和经验去绘制与实际使用相符的机构简图。
构件相似关系第一判断规则
若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， 则此两构件相似。
构件相似关系第二判断规则
若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，则此两组平行相似构 件彼此相似。
2、多级方案筛选
运动链具体化
摩托车后悬挂机构运动链具体化例1
机架具体化 减震器具体化
摆动臂
减 震 器
机架
A1111
摆动臂
运动链具体化
摩托车后悬挂机构运动链具体化例1
摆动臂
摆动臂具体化
运动链具体化
摩托车后悬挂机构运动链具体化例1 调整工作位置
运动链具体化
摩托车后悬挂机构运动链具体化例1 调整构件外形
a1111
缝纫机送布机构 牛头刨床机构
再生运动链法
再生运动链法
3. 运动链数综合
综合出与原始一般化运动链的杆数及运动副数相同
减 震 摆动臂 器
机架
A113
摆动臂
减
震
器
机架
摆动臂
减 震 器
A212
摆动臂
A213减摆ຫໍສະໝຸດ 震动 器臂减机 震架 器减机 震架 器
摆
减
动
震
臂
器
机架
B111
机架
B112
B211
B212
再生运动链法
再生运动链法
5.运动链具体化
摆动臂
减 震 器
机架
A1111
a1111
由于概念方案没有具体尺度支持，需要参考原始机 构构件和运动副的布置格局和受力特点，再结合设计者自 身知识和经验去绘制与实际使用相符的机构简图。
构件相似关系第一判断规则
若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， 则此两构件相似。
构件相似关系第二判断规则
若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，则此两组平行相似构 件彼此相似。
2、多级方案筛选
运动链具体化
摩托车后悬挂机构运动链具体化例1
机架具体化 减震器具体化
摆动臂
减 震 器
机架
A1111
摆动臂
运动链具体化
摩托车后悬挂机构运动链具体化例1
摆动臂
摆动臂具体化
运动链具体化
摩托车后悬挂机构运动链具体化例1 调整工作位置
运动链具体化
摩托车后悬挂机构运动链具体化例1 调整构件外形
a1111
缝纫机送布机构 牛头刨床机构
再生运动链法
再生运动链法
3. 运动链数综合
综合出与原始一般化运动链的杆数及运动副数相同
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原始机构
一般化运动链
BUCT
机械创新设计
设计约束
• 杆数与副数保持不变，N=8,P=10 • 固定杆为三副或四副杆 • 执行件综筐必须与机架组成移动副，不得与凸轮的从 动件邻接 • 原动件（凸轮）必须是二副杆，并为连架杆 • 代替凸轮高副的二副杆必须与凸轮邻接，在邻接处不 能有复合铰 • 凸轮的从动件不能为二副杆，至少为三副杆
司蒂芬森型：1、3为同类杆，2、4为同类杆， 5、6为同类杆。
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机械创新设计
瓦特型：1、2、5、6为同类杆；3、4为同类杆。
BUCT
机械创新设计
特定化图谱实例
以摩托车后轮悬挂机构为例 规定特征符号如下：
Gr——表示机架 s-s——表示减振器（2个二副杆以移动副连接） Sw——表示后轮摆杆（连架杆） 注意： Gr ， s-s ， Sw 为不同杆
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机械创新设计
（3）确定执行构件：必须为浮动杆，可以是二副杆，也 可以是三副杆，但不要与原动件直接成副，代号a。 对于No.1-1运动链有三种结构形式分别用No.1-1-1， No.1-1-2，No.1-1-3表示； 对于No.1-2运动链有三种结构形式分别用No.1-2-1， No.1-2-2，No.1-2-3表示； 对于No.2-1运动链有三种结构形式分别用No.2-1-1， No.2-1-2，No.2-1-3表示； 对于No.2-2运动链有三种结构形式分别用No.2-2-1， No.2-2-2，No.2-2-3表示。 总计共有12种结构类型。
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机械创新设计
关于 n4=2， n3=0， n2=6 的拓扑图
BUCT
机械创新设计
6.3.3、运动链的组合
六杆七副的拓扑图与运动链
BUCT
机械创新设计
八杆十副运动链
II型结构的运动链
BUCT
机械创新设计
Y型结构的运动链
BUCT
机械创新设计
BUCT
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V型结构的运动链
BUCT
BUCT
机械创新设计
组合运动链（前面已有） 再生运动链
• 取一个三副杆或四副杆为固定杆，用G表示; • 选一个与固定杆相邻的二副杆为凸轮，用C表示; • 选一个与凸轮相邻的二副杆为代替凸轮高副的假想二副 杆，用HS表示; • 选一个与假想二副杆相邻的三副杆或四副杆为为凸轮机 构的从动杆，用F表示; • 选一个不与凸轮从动杆相邻接，但与机架相邻接的执行 构件,用E表示.
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３）一般化运动链
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4）特定化运动链图谱（一般化的逆过程)
指在一般化的基础上指定杆和副的具体类型 以满足功能要求的过程。
具体过程：先将运动链中的杆与副编号； 指定固定杆，（指定固定杆时注意同 类杆的问题）； 再按功能要求逐一确定其余杆与副的 类型。
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机械创新设计
BUCT
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一般化原则
将非刚性构件转化为刚性构件 将非杆形构件转化为一般化杆 将非转动副转化为转动副 将复合铰转化为简单铰 解除固定杆 转化过程中运动链的自由度保持不变
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一般化图例
名称 弹簧 滚动副 移动副 平面高副 原始形式 一般化 说明 Ⅱ级杆组代替弹簧连接 转动副代替纯滚动副 转动副代替移动副 两副杆代替平面高副
n2 N n3 n4 nn
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八杆十副运动链的杆型类配方案
L 10 8 1 3 nmax n31 n4
按（3），（4）式进行类配得下表：
类配方案
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
( 2 ) 式 2 (1 ) 式
n2 4 5 6
n3 4 2 0
n4 0 1 2
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6.3.2、图的组合
缩图：只含有多度点的图（先构造） 全图：包含所有点的图（完善）
六杆七副图的构造：
n3 2; n2 4
缩图
全图１
全图２
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机械创新设计
关于 n4=0， n3=4， n2=4 的拓扑图
BUCT
机械创新设计
关于 n4=1， n3=2， n2=5 的拓扑图
L 7 6 1 2 nmax n21 n3
BUCT
机械创新设计
由图可知：
L 10 8 1 3 nmax n31 n4
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六杆七副运动链的杆型类配方案
由（3）式可知有2个三副杆，由（4）式可知有4个二副杆
( 2 ) 式 2 (1 ) 式 得： n 3 2 n 4 ( n 2 ) n n 2 ( P N )
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第6章 机构再生与创新设计
应用实例：摩托车后轮悬挂系统
BUCT
机械创新设计
创新思路：
1）确定原始机构（已有机构），并分析其结构组成 2）将原始机构转化成一般化运动链 3）将一般化运动链结构系列化 4）从系列化运动链中选出可用的特定化运动链 5）将特定化运动链转化成特定化机构，即再生的新 机构
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5. 再生运动链
（1）确定机架：对No.1运动链，仍以四副杆为机架；对No.2 运动链，以三副杆为机架，机架最好为处于内环路位置上， 代号Gr。 （2）确定原动件：两种运动链均以三副杆为原动件，并且原 动件直接铰接于机架上，代号y。对于No.1运动链，有两种结 构形式，分别用No.1-1和No.1-2表示；对于No.2运动链，也 有两种结构形式，分别用No.2-1和No.2-2表示。
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No.1-1
No.1-1-1
No.1-1-2
No.1-1-3
No.1-2
No.1-2-1
No.1-2-2
No.1-2-3
BUCT
机械创新设计
No.2-1
No.2-1-1
No.2-1-2
No.2-1-3
No.2-2
No.2-2-1
No.2-2-2
No.2-2-3
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6. 再生新机构
No.1-2-3
No.2-2-2
机械创新设计
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O型结构的运动链
BUCT
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6.4 机构的再生设计
实例：摩托车后轮悬挂机构
1）原始机构
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２）分析其结构组成： *自由度数：F=1
*杆数：6，其中固定杆1，连架杆2，其余杆3。活 塞 杆与汽缸组成的减振器s-s。 *运动副数：7，其中6个转动副，1个移动副。
复合铰
复合铰转化为简单铰
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6.1.2、实例分析
1. 含有平面高副的机构
(c‘)
(c‘)
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2. 含有复合铰的机构
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6.2、杆型类配 1. 杆型
二副杆，多副杆（三副杆，四副杆等）
2. 各类杆型数量的确定
n2 n3 n4 nn N 2n2 3n3 4n4 nnn 2 P
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BUCT
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缝纫机的送布机构
1. 一般化运动链
BUCT
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2. 图
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3. 组合运动链 确定内环路数目：L=P-N+1=4。 确定最大杆型：nmax=nL+1=n5 杆型类配
Ⅰ n2 n3 n4 n5 4 6 0 0 Ⅱ 5 4 1 0 Ⅲ 6 3 0 1 Ⅳ 6 2 2 0 Ⅴ 7 1 1 1 Ⅵ 7 0 3 0 Ⅶ 8 0 0 2
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abcd bce f g
为两个内环 为外环
ad e f g
内环的数目为： L P N 1
为三个内环
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4. 最大杆型的确定
为避免退化，每个内环应至少包含4个副，否则对杆型产生 个副 了约束，有：
nmax n L 1
由图可知：
得： n 3 2 n 4 ( n 2 ) n n 2 ( P N )
n2 N n3 n4 nn
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6.3运动链的组合
运动链的组合是指各种杆型邻接方式的组合
6.3.1、图的概念
图中的点表示运动链中的杆，线表示运动链中的副；若点 与两条线关联，则为二度点，与三条线关联则为三度点， 以及四度点等
( 2)式 2 (1)式 得：n3 2n4 ( n 2)nn 2( P N )
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若P,N已知，则多副杆的类型及数目由（3）式可 确定；而二副杆的数目则为：
n2 N n3 n4 nn
3. 环及环数的确定
在杆型类配时还要考虑环数的问题。所谓环是指由杆与副 所包围的环状道路。如图所示： 所包围的环状道路
BUCT
机械创新设计
机构再生设计框图
原始机构 一般化原则 杆型类配 一般化运动链 组合运动链 再生运动链 再生新机构
约束条件 一般化原则
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6.1一般化运动链
将运动链中各种运动副 按照等效原则转化为转动 副，各种构件转化为一般化杆，则就形成了一般 化运动链
*一般化杆：（ 杆型：二副杆与多副杆）
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机械创新设计
No.1
No.2
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4. 确定设计约束
确定机架：机架应采用多副杆，而且应处于内环路位置上，这 样可使机构运动具有良好的稳定性，设机架用符号Gr表示； 确定原动件：原动件必须是连架杆，能做整周转动，并且原动 件应为三副杆，其中一副与机架连接，另外两副可确保分两 个路线传递运动，以实现由简单运动转换为复杂运动，设原 动件用符号y表示； 确定执行构件：执行构件即为送布牙，因要求其运动轨迹复 杂，所以执行构件必须是浮动杆，并且是从原动件出发的两 条传动路线的连接构件，不要与原动件直接成副，应设置在 外环路位置上，传动路线长，可以充分利用每个构件运动规 律的影响，设执行构件用符号a表示。