机械创新设计ppt

（连杆数量不变）
2L2 3L3 4L4 nLn 2 J （运动副数量不变）
所有构件的运动副元素数目之和=运动链中的运动副元素数目之和。
示中，N为运动链中连杆数量；J为运动链中运动副的数量。 将上两式代入平面连杆机构自由度公式
F 3n 2PL 3N 1 2 J
2．分析这三种已有设计，并归纳它们的拓朴构造特性 1）悬挂装置为自由度为1的平面机构 2）机构由六个构件和七个运动副组成 3）机构中有六个转动副 4）机构中有一个移动副 5）机构中有一个固定机架 6）机构中有一个铰支杆 7）机构中有一个摆动杆，其一端与机架铰接，另一端与 后轮联接 8）机构中有一个平面运动杆 9）机构中有一个减振装置，（二个构件组成：活塞和缸 体）
3．选五十铃RM250X Full-floater越野摩托车后轮悬挂 装置为原始机构，其运动简图为图6-5
二、一般化运动链
将原始机构的运动简图（图6-5）进行一般化处理，转 化成一般化运动链。 1．一般化：把包含有不同类型构件与运动副的原始机 构，转化为只含连杆和转动副的一般化运动链。 2．一般化原则： 1）将非刚性构件转化为刚性构件 2）将非连杆形状的构件转化为连杆。 3）将高副转化为低副。 4）将非转动副转化为转动副。 5） 解除固定杆（即机架）的约束，机构成为运动链 6）原始机构与其所对应的一般化机构，其自由度数应 保持不变。
多杆机构正是在基本机构上陆续添加若干套杆组而形成的。 添加杆组之后，并不改变机构的自由度数目。 根据定义，杆组应符合下列条件：设该杆组有n个活动构件， 有PL个低副，则应符合 F 3n 2P 0 L 最简单的杆组是 n 2、PL 3 的运动链。这种杆 组按所包含的转动副和移动副的数目和分布情况，可以 分为五种形式。
第六章 机构再生运动链原理与创新
再生运动链法：颜鸿森教授提出的颜氏创造机构设计法。 再生运动链法实际为演绎法：由一个原始机构按一定规 律演绎出同样功能的新机构为演绎法。再生运动链法是 根据机构的杆组组成原理，把一个特定的机构抽象为一 般化的运动链，再按再生运动链法的步骤与转化规则， 根据该机构在产品中的约束条件演化出众多的再生运动 链，然后按逆推程序得出相当数量的机构简图，供变异 设计选用。
三、高副低化
第一节 设计方法
再生运动链法创造机构的基本思路是： 1、选择一个能满足设计基本要求又具开发潜力的已 知机构作为创新设计的原始机构。
2、应用“颜氏”创造的特定方法将已知机构中的功能 构件和构件组演化为一般化构件，根据设计的约束条 件将原始机构抽象为一般化运动链，（只含有连杆和 回转副的运动链）还原出这一类机构共同的“根”
两式相减得
L3 2L4 3L5 n 2Ln N F 3
由
L3 2L4 3L5 n 2Ln N F 3
L2 L3 L4 Ln N
可确定组成一般化运动链可能出现的全部结构形式。 在此基础上，按组合的方法，分别在这些可能的结构形式中加 入设计约束条件，得众多能满足设计约束条件的再生运动链及 其响应机构，于是设计者可从中确定最理想的结构形式。
F 3L2 L3 L4 Ln 1 2L2 3L3 4L4 nLn F L2 L4 2L5 n 3Ln 3
L2 L3 L4 Ln N F L2 L4 2 L5 n 3Ln 3
连杆类配可分为两类：一类是由原始机构转化成的一般化运动 链得到的连杆类配，称为自身连杆类配；另一类是按照自由度 不变、连杆数不变、运动副数量不变的原则，由一般化运动链 推导出可能构成的连杆类配，称为相关类配。根据相关类配的 原则知，相关类配应满足下列条件：
L2 L3 L4 Ln N
二、平面机构的组成原理 1、基本机构 最简单的机构是由一个原动件和一个相对固定的机架所组成的 机构。原动件可以是转动件，也可以是移动件，但最常见的原 动件是转动件。这种最简单的机构称为基本机构。 基本机构的自由度为1 2、杆组
2
1
由一个原动件所带动的多杆机构，其自由度为1；但已知一个 原动件的基本机构的自由度是1，因此可知该机构除原动件以 外的那些活动构件和运动副所组成的运动链，其自由度必为零 我们把这种自由度为零的不可再分解的运动链，称为杆组。
一、原始机构
一般摩托车的后轮悬挂装置都是四杆机构，为后轮提供 的位移行程运动范围较小。有些摩托车后轮悬挂装置采用六杆 机构，取得较好效果。 1．收集到六杆悬挂装置为：本田CR250R Pro-Link（图62） 川崎KX250Vni-trak（图6-3），五十铃RM250X Fullfloater（图6-4）
例：单自由度六杆机构的运动链中，杆数N=6，运动副J=7，单 自由度F=1。根据
L3 2L4 3L5 n 2Ln N F 3 L3 2L4 3L5 n 2Ln 2
得
L3、L 4、 、Ln
为正整数，故该运动链中不可能有
表6-1为一些运动副的一般化图例
3．一般化运动链：机构一般化的目的是把包含不同类型杆 件与运动副的原始机构，转化为只含连杆和转动副的一般化 运动链。 一般化的概念是要找出不同机构的可能共同根源。一般化过程 的基础是建立在一般化规则上，而一般化规则是根据所定义的 一般化原则导出的。 一 般 化 原 则 1）所有运动副都需转化成一般化运动副；
3、从一般化运动链发散，运用数综合方法推衍出众多的 再生运动链。
4、根据众多的再生运动链还原出相应的机构，通过比 较寻找功能相同但性能更优的新机构。
用再生运动链法创新机构的设计流程如图所示。
第二节 原始机构及一般化运动链
原始机构可以通过两条途径选取 1）按功能要求及用途， 新设计出来的机构；2）从实际机械中已应用的与设计要求功 能相近的机构中挑选出的机构。 下面以第2条途径选取五十铃越野摩托车后轮悬置机构作 为原始机构，讨论再生运动链原理及方法。
类配方案 L2 Ⅰ 4 2
L3
L4 0
L 2 L3 L 4
L3 2L 4
6
2
Ⅱ
5
0
1
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。 三、运动链图谱 应用机构数综合理论，可以得到一般化运动链的杆数、运动副 相同的全部可能的运动链图谱。 对图6-7所示的六杆七副运动链，其对应的非同构运动链形式 有两种，如图6-8所示。
第五节
再生运动链法设计应注意的问题
一、构件相似性判断
1、构件相似性定义
两个具有相同运动副数目的构件，若它们与运动链中其它构 件的连接关系均相同，则称此两构件相似。
4 3 2 1 5 6 4 3 2 5
4 3
2 1
5 6
4
3
2
1
5 6
1
6
构件的一般相似性
2、构件平行相似性定义 运动副数目相同的两构件与其它构件的位置关系相同，则 称此两构件平行相似。 1 2 3 4 1 3 2
C
D C
B B B D B
C
D
C
D B
C
D
其中B和D称为外端副，它们表示与组外构件形成的运动 副；C为组内两构件之间形成的运动副，称为内端副。这 种杆组称为Ⅱ级组。
n 4, PL 6 较为复杂一些的杆组，是 这种杆组有两类，如图所示
的杆组，
Ⅲ
Ⅳ
把自由度为零的杆组依次加到机构上，就可以由简单机 构形成多构件机构，其自由度显然仍等于原来较为简单 的机构的自由度。
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。
含五个及五个以上运动副元素的连杆，及六杆运动链只可能
含有四个运动副元素以下的连杆，故将上式改写为
L3 2L4 2
又由式L 2 L 3 L 4 L n N 得L 2 L 3 L 4 6
L2 L3 L4 6
同时能满足上两式的连杆类配方案只能有两种，见表
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 3 2 34 Nhomakorabea2
5
1
6
6 5
1
第四节 可用特定化运动链图谱及机构图谱
1．可用特定化运动链图谱： 根据工程现实和设计者的选择，经由特定化程序 （Specialization），从特定化运动链图谱中，筛选出所有 满足设计要求与限制（约束）条件的可用的特定化运动链 图谱。 对摩托车后轮悬架的约束条件为：摆杆与固定杆相连满 足此约束条件的可行设计方案有六个，即图6-11a、b、d、f、 h、i。 2．机构图谱：把每一个可用特定化运动链具体化为相对应 的机构，并画出机构简图。图6-11a、b、d、f、h、i对应的 机构简图如图6-12所示。 3．新型机构图谱：将已存在的设计从所建立的机构图谱中 删除，所得到的即是新型机图谱，如图6-12a、c、d三种， 作为新型越野摩托车悬架机构的创新设计依据。
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：