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
? 5.2.2 机构并联组合方法
? 2.Ⅱ型并联 主动件或原动机的运动分成 ——两个——再合成一个
连杆
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 （双向 ） 优点 ——增力 —— 轴向力可以平衡 缺点 ——向下压力对螺杆影响较大
? 1）从一个性能良好的原始机构出发，将其还 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 链；
? 3）通过筛选，施加约束，得到所有可行运动 链；
? 4）再通过评价，选择，得到适宜的机构。
主动油缸
摇杆滑 块机构
3、4、5
执行 构件5
? 5.2.2 机构并联组合方法
? 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
? 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
? 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
? 5.2.1 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
? 5.3.1 机架变异
1. 全转动副的四杆机构机架变异 ——4种 —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——工作台180 °正反转
? 双曲柄机构——起重、堆料、传送物件—E点近似直线
CD转动180 °
E点近似直线移动
? 5.3.1 机架变异
2.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 —e移动导杆
? 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
? 5.2.3 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 ? 两种运动关系 ——运动独立式 ? ——运动相关式 ——电扇运动 —旋转+摇摆
? 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
? 5.2.4 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 ，使运动适当变化
? 反馈——提高车床螺旋传动精度—校正 板—校正曲线
误差 校正
凸轮机构的从动件推动蜗杆 作轴向移动，使蜗轮产生附 加转动， 从而使误差得到校正。
b）高速轴集中驱动 —轻—传动轴转速高
c）中轴集中驱动 ——机构复杂
? 分别驱动——除中间轴 —自重小 —分组性好
——安装维修方便 ——可实现稳定运行
? ——普遍采用
第二级 减速
减速器
? 5.2.2 机构并联组合方法
? 3.Ⅲ型并联 ——同步关键 ? 电影放映机的输片机构 ——凸轮—主动轴
—圆弧部分 —从动件停歇 ——歪盘动 —横 向抓片
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
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
? 一把钥匙开多 把锁？
弹子2 钥弹簧匙
弹簧
弹子1
锁芯
? 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。
? 5.2.2 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——
? 5.2.2 机构并联组合方法
? 3.Ⅲ型并联 ——同步关键
减速器
? 桥式起重机 ——跨度大 30m
——几种方案 ——保持两端轮子同步
a）低速轴集中驱动 ——大传动装置 —负重 减速器
机构 ? 汽车自动卸料机构——a双摇杆机构—b曲柄摇杆机构
曲柄
? 5.3.1 机架变异
2.双滑块机构机架变异—— ? a—双滑块机构—椭圆绘图仪 ? b—双转块机构——十字滑块联
轴器 ? C—正弦机构——测量 ? D—正切机构——测量
? 5.3.1 机架变异
3. 其它机构机架变异—— ? 定轴轮系——行星轮系 ? 螺旋传动变异——固定不同零件 ? a—螺母固定—丝杆移动+转动 ? b—丝杆转动——螺母移动 ? C—丝杆固定——螺母移动+转动 ? D—螺母转动——丝杆移动
? 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
? 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°
? 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
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
? 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
? 5.2.2 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
? 5.3.2 运动副尺寸变异
1. 扩大转动副尺寸 —— ? 加大连杆销轴尺寸 ——泵、压缩机、冲
床等 ? 颚式破碎机 ——曲柄摇杆机构
2. 扩大移动副尺寸 —— 冲床滑块扩大 ——正弦机构 冲床滑块扩大 ——曲柄滑块机构 往复凸轮分度机构 ——改善机构受力状 态和动力效果
? 5.4.1 概述
1. 颜鸿森教授提出 ——适用新方案提出法 ? 主要步骤：