机构创新设计11
机构的创新设计
电动玩具马的传动机构，其
由曲柄摇块机构安装在两杆机构 的转动构件4上组合而成。当机
构工作时分别由转动构件4和曲
柄1输入转动，从而使马的运动 轨迹是旋转运动和平面运动的叠
加，产生了一种飞奔向前的动态
效果。
4.2
工业机械手
机构的组合与实例分析
工业机械手的手指A为一开式运 动链机构，安装在水平移动的气缸B 上，而气缸B叠加在链传动机构的回 转链轮C上，链传动机构又叠加在“X” 形连杆机构D的连杆上，使机械手的 终端实现上下移动、回转运动、水平 移动以及机械手本身的手腕转动和手 指抓取的多自由度、多方位的动作效 果，以适应各种场合的作业要求。
4.2
机构的组合与实例分析
机构的组合方式可划分为以下4种：串联式机构组合、并联式 机构组合、复合式机构组合、叠加式机构组合。 机构的组合原理是指将几个基本机构按一定的原则或规律组合成 一个复杂的机构，这个复杂的机构一般有两种形式，一种是几种基本
机构融合，成为性能更加完善、运动形式更加多样化的新机构，被称
4.2
增程功能
机构的组合与实例分析
下齿条固定，当曲柄回转一周，齿条的行程又是 滑块的2倍。
4.2
机构的组合与实例分析
实现输出构件特定的运动规律
用于毛纺针梳 机导条机构上的椭 圆齿轮连杆机构。 前置机构是椭圆齿 轮机出非匀速转动； 中间串联一个齿轮 机构，用于减速； 后置机构是曲柄导 杆机构，将变为移 动，使输出构件5 实现近似的匀速移 动，以满足工作要 求。
4.2
机构的组合与实例分析
常用的基本机构可以胜任一般性的设计要求，随着生产的发展， 以及机械化、自动化程度的提高，对其运动规律和动力特性都提出了 更高的要求。这些常用的基本机构往往不能满足要求。为解决这些问 题，可以将两种以上的基本机构进行组合，充分利用各自的良好性能， 改善其不良特性，创造出能够满足原理方案要求的、具有良好运动和 动力特性的新型组合机构。
机械创新设计第十一章 机械创新设计实例
机构的应用创新设计是在不改变机构类型的前提下，或者说在不改变机 构运动简图的前提下对机构的构件、运动副进行演化与变异设计，得到完成
特定功能的机械装置的设计过程；把一个基本机构直接应用在满足机器工作
要求的场合，也是机构应用创新。所以机构的应用创新是应用最广泛的创新 设计方法。
转动副B进行销钉扩大，直到包含转动副A。为增大转动副C处的强度，
结构创新：用偏心轴代替平行四边形机构
实用机构爆炸图
图11-6 结构创新设计
总结： 该装置具有传动比大、体积小、结构紧凑、传动效率高等特点。 研制过程中使用了机构的串联组合原理、并联组合原理、相对运动原 理、演化与变异原理以及机构创新等创新方法。是机械创新设计的典型案 例。
第二节
机构应用创新设计案例分析
第十一章
目录：
机械创新设计实例
第一节 平动齿轮传动装置的创新设计案例分析 第二节 机构应用创新设计案例分析
第三节 箭杆织机打纬凸轮机构的创新设计案例分析
第四节 多功能平口钳的创新设计案例分析 第五节 发动机主体机构的创新设计案例分析
本章主要用于自学,可讲一个具体实例说明即可
第一节 平动齿轮传动装置的创新设计案例分析
一、机构串联组合：
平行四边形机构与外齿轮机构进行串联组合，由于外齿轮Z1随同连
杆做平动，称为平动齿轮传动机构。
图11-1 平行四边形机构与外啮齿齿轮机构的Ⅱ型串联组合
图11-2 平行四边形机构与内啮合齿轮机构的Ⅱ型串联组合一
图11-3 平行四边形机构与内啮合齿轮机构的Ⅱ型串联组合二
进行整理后，可有：
曲柄滑块机构的演化与变异设计
图11-9
Stewart机构系统运动简图
图11-10 运动模拟器示意图来自图11-11 并联机床
机构组合创新设计案例
机构组合创新设计案例你有没有过这样的烦恼？想养些花花草草让家里有点生机，可老是忘记给它们浇水，结果花花草草们都变得无精打采的。
我就有过这样的经历，不过后来我灵机一动，搞了个超酷的自动浇花机构组合，现在我的花们都活得可滋润啦！一、整体构思我先想啊，这个自动浇花装置得有个能储存水的地方，就像个小水库一样。
然后呢，得有办法让水按照我想要的速度和量流到花盆里。
再就是，这个装置得知道什么时候该浇水，什么时候不该浇。
二、机构选择与组合1. 水箱储存水源的“大胃王”我找了个大塑料桶，这就是我的水箱啦。
它就像一个耐心等待的大水怪，默默地储存着足够的水。
这个塑料桶很普通，就是家里以前装东西剩下的，不过它的容量还挺大的，能装个十几升水呢。
2. 滴灌管精准送水的“小细管”滴灌管是这个组合里很关键的部分。
我在网上买了一些便宜的滴灌管，这些小细管就像一个个小吸管。
我把滴灌管的一端连接到水箱的底部，另一端呢，就放在花盆里。
滴灌管上有很多小小的滴头，水就会一滴一滴地从这些滴头里流出来，这样就能很精准地控制浇到花盆里的水量了。
就好像每个滴头都是一个小小的水龙头，而且是那种超级节约的水龙头。
3. 定时器聪明的浇水“小管家”这可是个很智能的家伙。
我买了一个简单的电子定时器，它可以设定在每天的某个时间打开和关闭水流。
比如说，我设定它每天早上8点开始浇水，每次浇水10分钟。
这样，不管我在不在家，这个定时器就像一个小管家一样，到点了就会让水从水箱通过滴灌管流到花盆里。
这个定时器就像一个会看时间的小精灵，让整个浇花过程变得井井有条。
4. 水位传感器警惕的“水侦探”（可选）为了防止水箱里的水没了我还不知道，我还加了个水位传感器。
这个水位传感器就像一个潜伏在水箱里的水侦探。
当水箱里的水位低到一定程度的时候，它就会发出信号。
我把这个信号连接到一个小灯上，当灯亮的时候，我就知道该给水箱加水了。
不过这个部分相对来说比较高级一点，如果不想那么复杂，也可以时不时自己去看看水箱的水位。
机械创新设计—多功能健身器(第十一组)
多功能健身器材学院：机电工程学院班级：机械09现代组别：第11组绪论跑步是目前国际流行并被医学界和体育界给予高度评价的有氧健身运动，是保持一个人身心健康最有效、最科学的健身方式，也越来越受到大家喜爱。
户外长跑曾经是大众最喜闻乐见的运动形式，沿着林荫道呼吸着早晨清新的空气，听着枝头的鸟鸣，既能愉悦身心，又可锻炼体魄。
只是随着都市的大气变得污浊，运动方式，表面上看起来似乎能消耗更多的能量，但其造成的运动伤害也要比在大自然中跑步高出数倍。
据北医三院运动医学专家林共周博士解释：在马路上跑步，每跑1000米，每只脚就得撞击地面约1000次左右。
而在传统跑步机上跑步，人体除自身重量产生的震荡外，脚踝、膝部和臀部的肌肉，特别是肌腱，还要额外承担向后的扭力来确保跑带向后运动。
由于扭力过度集中在韧带、关节等几个关键受力部位，更容易使受力部位肌腱组织产生慢性疲劳，造成损伤。
很多传统跑步机使用者，发现自己越是认真锻炼，腿部就越跑越粗，关节也越练越没有力气。
传统跑步机并不适合患有脊椎软骨突出、膝关节炎、踝关节扭伤、骨肌腱炎、以及足底筋膜炎的人，因为长期的跑步可能会加重慢性扭伤的情形或加速膝关节的老化。
电动跑步机是健身房及家庭较高档的器材，这种跑步机能减轻传统训练对关节的冲击，避免运动受伤，比自然跑步有明显的优势。
跑步时后脚跟先着地，顺着跑带方向运动。
手脚模仿跑步的动作，前后挥动，从而使全身肌肉得到均衡的锻炼。
由于跑带的运动方向与脚步移动的方向一致，韧带部位的扭力就抵消了，机使用。
设计任务书设计任务书设计要求本次设计的任务是根据跑步者需要进行不同速度的跑步运动。
并能实现多项健身运动。
根据上述条件绘制黑箱如图2-1。
黑箱电动 跑步机静止运动者 动力源信号跑动运动员 信号图1-1黑箱三、总功能分析本设计的工艺路线即从系统接到开始信号，驱动动力源，动力源通过传动系统把运动和动力传递给执行机构.根据以上过程绘制工艺路线图，如图2-2。
机构组合创新设计方法
通过机构组合创新设计，实现家用机器人的智能化、人性化，提升家庭生活的便利性和 舒适性。
智能家居系统设计
利用机构组合创新设计，开发高效、稳定的智能家居系统，实现家庭生活的智能化和节 能化。
05
机构组合创新设计的挑战 与展望
技术挑战
技术复杂度
机构组合创新设计涉及多种技术的集成，包括机械、电子、控制 等多个领域，需要具备跨学科的知识和技能。
详细描述
美学性原则要求在机构组合创新设计中，注重机构的外观和整体视觉效果。通过对机构的结构、线条 、色彩等方面的合理设计，使机构不仅具备功能性和稳定性，还能够符合人们的审美观念。这有助于 提高产品的市场竞争力，满足消费者对美的追求。
人性化原则
总结词
机构组合创新设计应关注人性化需求，提高 产品的易用性和舒适度。
详细描述
人性化原则要求在机构组合创新设计中充分 考虑人的因素，提高产品的易用性和舒适度 。这包括优化操作界面、简化操作流程、提 供适宜的人机交互方式等，使产品更加符合 人的生理和心理需求。通过人性化的设计， 可以提高产品的用户体验，增强用户对产品 的信任和满意度。
03
机构组合创新设计的方法 与流程
降低成本
通过机构组合创新设计，可以 实现模块化设计和标准化生产 ，降低生产成本和维护成本。
促进可持续发展
机构组合创新设计能够实现资 源的优化配置和循环利用，降 低能源消耗和环境污染，促进
可持续发展。
机构组合创新的历史与发展
历史回顾
机构组合创新设计的历史可以追溯到古代的机械装置和工艺 制作。随着工业革命的兴起和现代科技的进步，机构组合创 新设计得到了广泛的应用和发展。
评估与反馈
性能测试
机构的创新设计
第四章 机构的创新设计
第二节 机构的选型
二、机构方案的评价（续）
2．典型机构的评价 连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等三种机构是最常用的机 构，其机构特点、工作原理、设计方法已为广大设计人员所熟 悉，并且它们本身结构简单，易于应用，往往成为首选机构， 故附表对它们作初步的评价，供设计时参考。
第四章 机构的创新设计
第四章 机构的创新设计
第三节 机构的构型
一、利用组合原理构型新机构（续）
２．凸轮—连杆机构 凸轮—连杆机构较齿轮—连杆机构更能精确实现给定的 复杂运动规律和轨迹。凸轮机构虽也可实现任意的给定运动 规律的往复运动，但在从动件作往复摆动时，受压力角的限 制，其摆角不能太大。将简单的连杆机构与凸轮机构组合起 来，可以克服上述缺点，达到很好的效果。 凸轮—连杆吸纸机构 凸轮—连杆齐纸机构 凸轮—连杆糖果包装机剪切机构
第四章 机构的创新设计
第三节 机构的构型
一、利用组合原理构型新机构（续）
组合机构的类型很多，每种组合机构具有各自特有的型 组合、尺寸综合及分析设计方法。
按组成组合机构的基本机构的名称来分类： 1．齿轮—连杆机运动 倍速剪切机构
3）较精确地实现给定的运动轨迹
高副低代法构型的机构
手套自动加工机传动装置
第四章 机构的创新设计
第三节 机构的构型
三、利用再生运动链法构型新机构
在设计一个新机构时，要构想出能达到预期动作要求的 机构，往往非常困难。如果借鉴现有机构的运动链形式，进 行类型创新和变异可得到新的机构类型，这种设计方法称为 再生运动链法。 1．再生运动链法创新设计流程 再生运动链法基于机构的杆组组成原理，将一个具体的机 构抽象为一般化运动链，然后按该机构的功能所赋予的约束条 件，演化出众多的再生运动链和相应的新机构。
自-(附录)机构的创新设计
(附录)机构的创新设计1机构形式设计的原则机构形式设计具有多样性和复杂性,满足同一原理方案的要求,可采用不同的机构类型。
在进行机构形式设计时,除满足基本的运动形式、运动规律或运动轨迹要求外，还应遵循以下几项原则。
1.1 机构尽可能简单1．机构运动链尽量简短完成同样的运动要求，应优先选用构件数和运动副数最少的机构，这样可以简化机器的构造，从而减轻重量、降低成本:此外也可减少由于零件的制造误差而形成的运动链的累积误差，从而提高零件加入工艺性和增强机构工作可靠性。
运动链简短也毛利于提高机构的刚度，减少产生振动的环节。
考虑以上因素,在机构选型时,有时宁可采用有较小设计误差的简单近似机构,而不采用理论上无误差但结构复杂的机构。
图１—1所尔为两个直线轨迹机构,其中国a为ｆ点有近似直线轨迹的四仟机构，图ｂ为理论广仓点有精确直线轨迹的八杆机构c实际分析表明，在保证同一制造精度条件F,后者的实际传动误差约为前者的２~3倍,其主要原因在于运动副数目增多而造成运动累积误差增大。
２适当选挥运动副在基本机构中，高副机构只有3个构件和３个运动副，低副机构则至少有4个构件和4个运动副。
因此，从减少构件数和运动副数,以及设计简便等方圆考虑,应优先采用高副机构。
但从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。
究竞选择何种机构，应根据具体设计要求全而衡量得失，尽可能做到“扬长避短”。
在一般情况下，应先考虑低副机构,而且尽量少采用移动副(制造巾不易保证高精度,运动中易出现自锁)。
在执行构件的运动规律要求复杂,采用连杆机构很难完成精确设计时,应考虑采用高副机构,如凸轮机构或这杆—凸轮组合机构。
图1—1实现直线轨迹的机构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。
在只要求执行构件实现简单的工作位置变换的机构中，采用图1—２所示的气压或液压缸作为原动机比较方便,它同采用电动机驱动相比,可省去一些减速传动机构和运功变换机构，从刚可缩短运动链，简化结构,且具有传动平稳、操作方便、易音:调速等优点。
创新机构设计
2011-5-5 06:20
图４－２ 三种曲柄长度相同的滑块行程为四倍曲柄长的机构 ａ）连杆齿轮齿条机构 ｂ）六杆机构 ｃ）等腰对心式柄滑块机构
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2011-5-5 06:20
图４－３ 减少移动副或代替移动副的措施 ａ）用转动副代替移动副 ｂ）不用移动副的直线导向机构4、选择合适的原动机，尽可能减少运动转换机构的数量目前工程上使用的原动机主要有三类：⑴内燃机这类原动机主要有汽油机和柴油机。内燃机不适合于在低速状态下工作，用内燃机来驱动低速执行机构必须要受用减速设备。内燃机主要用于没有电力供应或需在远距离运动中提供动力且对运动精度要求不高的场合。⑵气、液马达，活塞气、液缸，摆动式气、液缸这些原动机可对外输出转动、往复直线运动、往复摆动，借助控制设备也能实现间歇运动。⑶电动机电动机的类型不同机械特性也不相同，电动机的转速变化范围大，输出功率从零点几瓦到上万千瓦。因此，电动机是工程设计中最常用的原动机。5、应使机构具有良好的传力条件和动力特性在进行机构形式设计时，应选择效率高的机构类型，并保证机构具有较大的传动角和较大的机械增益，从而可以减小机构中构件的截面尺寸和质量，减小原动机的功率。机构形式设计要注意运动副组合带来的过约束。过约束会造成机械装配困难，增大运动副中的摩擦与磨损。图4－4显示了几种构型，其过约束数计算如下： 图4－4a中，由于导轨由三个平面副组成，每个平面副的约束数为3，而导轨只能保留一个移动自由度，即约束只能为5，故其过约束数为3×3－5＝4。 图4－4b中，由于导轨由两个圆柱副组成，每个圆柱副的约束数为2，故其过约束数为4×2－5＝3。 图4－4c中，由于导轨由三个圆柱平面副组成，每个圆柱平面副的约束数为2，故其过约束数为3×2－5＝1。 图4－4d中，由于导轨由一个圆柱副和一个球体平面副组成，每个圆柱副的约束数为2，球体平面副的约束为1，故其过约束数为4＋1－5＝0。
实验(五) 机构创新设计
机械创新设计实验8.1 概述机械创新设计(Mechanical Creative Design，MCD)是指充分发挥设计者的创造力,利用人类已有的相关科学技术成果(含理论、方法、技术原理等),进行创新构思,设计出具有新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品(装置)的一种实践活动。
它包含两个部分:一是改进完善生产或生活中现有机械产品的技术性能、可靠性、经济性、适用性等；二是创造设计出新机器、新产品，以满足新的生产或生活的需要。
机械创新设计（MCD）的一般过程分为四个阶段，见图8.1所示。
图8.1 机械创新设计的一般过程1、确定（选定或发明）机械的基本原理它涉及机械学对象的不同层次、不同类型的机构组合，或不同学科知识、技术的问题。
2、机构结构类型综合及优选结构类型综合及其优选是机械设计中最富有创造性、最有活力的阶段，但又是十分复杂和困难的问题。
它涉及到设计者的知识、经验、灵感和想象力等众多方面。
3、机构运动尺寸综合及其运动参数优选其难点在于求得非线性方程组的完全解，为优选方案提供较大的空间。
随着优化法、代数消元法等数学方法引入机构学，使该问题有了突破性进展。
4、机构动力学参数综合及其动力参数优选其难点在于动力参数量大、参数值变化域广的多维非线性动力学方程组的求解。
完成上述机械工作原理、结构学、运动学、动力学分析与综合的四个阶段，便形成了机械设计的优选方案。
然后，即可进入机械结构创新设计阶段，该阶段主要解决基于可靠性、工艺性、安全性、摩擦学的机构设计问题。
综上所述，机械创新设计有如下特点：1、涉及多种学科，如机械、液压、电力、气动、热力、电子、光电、电磁及控制等多种科技的交叉、渗透与融合；2、设计过程中相当部分工作是非数据性、非计算性的，必须依靠在知识和经验积累基础上思考、推理、判断，以及创造性发散思维（灵感、形象的突发性思维）相结合的方法；3、尽可能在较多方案中进行方案优选。
即在大的设计空间内，基于知识、经验、灵感与想象力的系统中搜索并优化设计方案；4、机械创新设计是多次反复、多级筛选过程，每一设计阶段有其特定内容与方法、但各阶段之间又密切相关，形成一个整体的系统设计。
机构创新设计课程设计
机构创新设计课程设计一、教学目标本课程旨在通过学习机构创新设计，使学生掌握机械机构的基本原理和设计方法，能够运用创新思维进行机构设计，提高学生的创新能力。
具体目标如下：1.掌握机构的基本概念和分类。
2.理解机构的工作原理和设计方法。
3.熟悉创新设计的基本流程和工具。
4.能够运用机构原理进行简单的机械设计。
5.能够运用创新思维进行机构创新设计。
6.能够熟练使用相关设计软件进行机构设计。
情感态度价值观目标：1.培养学生的创新意识和创新能力。
2.培养学生对机械设计的兴趣和热情。
3.培养学生的团队合作精神和沟通表达能力。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.机构的基本概念和分类：包括机构的特点、分类和应用。
2.机构的工作原理和设计方法：包括机构的运动分析、受力分析和设计方法。
3.创新设计的基本流程和工具：包括创新思维的培养、创新设计的方法和工具。
每个部分的教学内容都会结合具体的案例进行讲解和分析，以帮助学生更好地理解和掌握相关知识。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学。
具体包括：1.讲授法：通过讲解和演示，使学生掌握机构的基本原理和设计方法。
2.讨论法：通过小组讨论和分享，培养学生的创新思维和团队合作精神。
3.案例分析法：通过分析具体的机构设计案例，使学生能够将理论知识应用到实际问题中。
4.实验法：通过实验和实践，使学生能够亲手操作和体验机构的工作原理和设计方法。
四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，为学生提供全面、系统的知识体系。
2.参考书：提供相关的参考书籍，为学生提供更多的学习资料和拓展知识。
3.多媒体资料：制作精美的多媒体课件和教学视频，增强课堂教学的趣味性和生动性。
4.实验设备：准备适当的实验设备和材料，为学生提供实践操作的机会和条件。
以上教学资源将有助于丰富学生的学习体验，提高学生的学习效果。
机械创新设计机构的创新设计
(a)
(b)
(c)
(d)
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机械创新设计
其他如齿轮的基圆半径增至无穷大时，其渐开线的形状就 变成直线，圆形齿轮也演化为齿条。槽轮副的展直，棘轮 副的展直，凸轮副的展直等等，都是这样的变异。 下图(a)是一个不完全齿条机构，主动齿条作往复移动， 从动件2在往复摆动中间位置有停歇；图(b)是槽轮机构的 展直变异。主动拨盘1连续转动，从动件2间歇移动，锁止 形式与槽轮机构相似。
Page1
机械创新设计
4.1.1 运动副的变异与演化
运动副——两构件直接接触而又能产生一定相对运动的 联结；是构件与构件之间的可动连接，作用是传递运动 与动力，变换运动形式。
运动副元素的特点影响著机构运动传递的精度，机构动 力传递的效率。
1. 运动副元素尺寸的变异
1) 扩大转动副：增大转动副的销轴和轴孔的直 径尺寸，各构件之间的相对运动关系没有改 变。
当然面接触的移动副也有承载能 力高的优点，例如面接触的槽轮 滚滑副代替移动副 机构中，由移动副替代滚滑副以 增加联接的刚性。
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球面副的替代 右上图所示，从运动副的自由 度特性考虑构造替代的运动副。 如球面副具有三个转动的自由 度，它可由汇交于球心的三个 转动副替代，既保留原球面副 的自由度特性，又提高了联接 的刚度，也容易加工制造,常用 于万向联轴器。
(a)
(b)
(c)
(d)
构件拆分变异
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4.1.3 机构的扩展
机械创新设计
机构的扩展──在原始机构的基础上，增加构件及与之相 适应的运动副，用以改变机构的工作性能或开发新功能。
1. 引入虚约束
如下页图(a)所示的转动导杆机构可以传递非匀速转动，
机构构创新设计
机构设计的一般原则
3、注意运动副的选择类型 运动副元素的相对运动是产生摩擦和磨损的主要原因。运动副的数量和类型对机构运动、
传动效率和机构的使用寿命起着十分重要的作用。
机构设计的一般原则
图示为 三种曲柄长度相同的滑块行程为四倍曲柄长的机构 ａ）连杆齿轮齿条机构 ｂ）六杆机构 ｃ）等腰对心式柄滑块机构
机构设计的一般原则
图示为 减少移动副或代替移动副的措施 ａ）用转动副代替移动副 ｂ）不用移动副的直线导向机构
机构设计的一般原则
4、选择合适的原动机，尽可能减少运动转换机构的数量 目前工程上使用的原动机主要有三类：
⑴内燃机 这类原动机主要有汽油机和柴油机。内燃机不适合于在低速状态下工作，用内燃机来 驱动低速执行机构必须要受用减速设备。内燃机主要用于没有电力供应或需在远距离运动中 提供动力且对运动精度要求不高的场合。
ａ）六杆机构 ｂ）行星齿轮连杆机构
机构的创新设计方法 ⑴连杆机构为前置机构
左图具有增力效果。工程上一般称其为肘杆机构。 右机构具有增大摆角的效果。
肘杆机构
机构的创新设计方法 图a，机构可实现特殊的运动规律； 图b机构可改善槽轮机构的运动与动力特性。
实现特殊的运动规律和可改善槽轮机构的运动与动力特性的机构
机构设计的一般原则
例：如图所示，三种能够实现直线轨迹运动的机构，其中图a中 ＝＝，e点能精确实现直线轨迹。 图b为e点能实现近似直线轨迹的曲柄摇杆机构。图c为有e点能精确实现直线轨迹的八杆机构。 由于八杆机构运动副较多，运动累积误差大，在同一制造条件下，八杆机构的实际运动误差 大约为机构的2-3倍。
机构设计的一般原则
图示为 低副元素位置互异对受力的影响 ａ）滑块与导杆位置互异 ｂ）复合铰链结构变化
机构的组合与创新设计案例
机构的组合与创新设计案例话说，我有个朋友，他特别喜欢养花，但是呢，他老是因为忙或者忘记给花浇水，搞得那些花有时候都奄奄一息的。
这可咋整呢？于是我就灵机一动，给他设计了一个自动浇花的小机构。
一、机构组合的基础部件。
1. 储水部分水桶。
首先得有个地方存水吧。
我就找了一个旧水桶，那种不大不小，大概能装个十升水的水桶。
这个水桶就像是整个自动浇花机构的“大水库”，是水源的供应站。
它就放在花盆旁边的小架子上，位置稍微高一点，这样水就能靠重力流到花盆里啦。
2. 控制水流的阀门简易水龙头。
从水桶出来的水可不能像洪水一样一下子都灌到花盆里呀。
我就把一个简易的水龙头拧在了水桶的底部出水口上。
这个水龙头就像是一个小卫士，能控制水流的大小。
刚开始的时候，我试了好几个水龙头，有的拧起来特别费劲，有的又太松，水流控制不好。
最后选了一个大小合适，旋转起来比较顺滑的，就像给这个小机构找到了一个靠谱的“流量管理员”。
3. 定时装置闹钟改造。
光有能流水的阀门还不行，得让它按照一定的时间间隔来浇水呀。
我手头有个旧闹钟，就是那种指针式的闹钟。
我把闹钟拆了一部分，只留下了时针和分针那一套机械装置。
然后呢，我在分针上绑了一根小绳子，这根绳子另一头系在水龙头的开关上。
当闹钟的分针转到特定的位置，就会拉动绳子，从而打开水龙头浇水。
这个闹钟改造的定时装置，就像是这个浇花小机构的“大脑”，告诉它什么时候该干活了。
不过呢，这个装置一开始不太准，有时候分针还没到位置，绳子就有点松松垮垮的，后来我又调整了好几次绳子的长度和紧度，才让它正常工作。
二、创新设计部分。
1. 水分感应装置自制简易湿度计。
我想啊，有时候花可能不需要浇水呢，要是不管三七二十一就按照定时浇水，可能会把花给淹死。
于是我就自己做了一个简易的湿度计。
我找了两片不同的金属片，把它们插在花盆的土里。
因为不同的金属在不同湿度环境下的导电性是不一样的。
然后我用一个小电路，把这两片金属片和闹钟的电路连接起来。
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本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==机构创新设计范例篇一：机构创新设计实例第七章机构创新设计第一节第二节第三节第四节第五节同轨迹连新型内燃联轴器的抓斗的原过载保护杆机构机的开发创新设计理方案创装置的机新设计械结构设计实例第一节同轨迹连杆机构同轨迹四连杆机构是指自由度 f相同、输入构件的运动规律相同、输出构件上的一点轨迹相同的一组连杆机构，但这组连杆机构的运动学尺寸不同，所以其受力状态、动态性能有巨大差异。
因而，同轨迹连杆机构的形成方法是机构创新设计的重要方法之一。
形成同轨迹连杆机构的罗伯特－契贝谢夫定理是由美国数学家萨姆尔·罗伯特于1875年和俄国学者契贝谢夫于1878年分别发现的，因此称为“罗伯特－契贝谢夫定理”。
该定理的内容是：由一个四杆铰链机构发生的一条连杆曲线，还可以由另外两个四杆铰链机构发生出来。
或表述为同一连杆曲线，可以用三个不同的机构来实现。
1.连杆点k位于连杆两铰链连线上的同迹连杆机构图形缩放原理如下图7－1a所示为一平行四边形机构，由平行四边形obkd与机架在o点铰接而成。
a点为bk杆延长线上的一点。
连接ao得交点c。
当a点沿任意给定轨迹运动时，c点将给出与a点相似但缩小了的轨迹。
⑴ao除以co与ab除以kb的值是相等的为常数m（射线定理）。
⑵当此四边形作为一刚体绕o 转动一角度时，a点转到a'，按射线定理有aa'与cc'的比值与ao与co的比例等于常数m。
a点的一切运动都是这两部分运动的合成。
因此c点的运动是以缩小的比例模拟a点的运动，反之亦然。
7－1 连杆点k在连杆线上的同还连杆机构图第一个同迹连杆机构设计如图7－1b所示，在原始机构上作平行四边形导引机构bodk。
曲柄c0cdo为所示的第一个同迹连杆机构，k为连杆cd延长线上的点。
附机构的创新设温故-精品
牛头刨床
许多机械为我们熟知
自行车 汽车 电梯 起重机 机床
在机械设计工作 中，经验的积累 是非常重要的
4
对于机械，或一部机器的设计，
一般应遵循以下步骤：
第一，确定其所要完成的工作任务。如进行工件
的切削加工，锻压钢坯，搬运工件等等，
第二，根据机器的工作要求，对需要采取的工艺
33
以下是我们所熟悉的牛头刨床的三种运动循环图：直线式
运动循环图，圆周式运动循环图及直角坐标式运动循环图。
三、机械运动方案设计准则
1、传动链应尽可能短；
2、机械效率应尽可能高；
3、传动比的分配应尽可能合理；
4、传动机构的顺序安排应尽可能恰当；
5、机械的安全运转必须保证。
35
四、机械运动方案的评价
方法或工作原理进行分析。
如加工工件上的平面，可以采用刨削或铣削，也可 以采用磨削，此时，刀具和工件的运动形式不同， 加工工件的表面质量不同，其工作原理不同，设计 出的机械也就不同。
又如螺纹加工，可以车削，可以套丝，也可以滚压， 其工作原理不同，所设计出的加工机械也就完全不 同。
5
第三，运动方案设计、其设计依据为各执
行构件的运动及其相互配合。
最终完成由原动机－传动机构－执行机构组成 的机械运动简图设计。
第四，施工图设计、在这一步骤中完成机械
中各零部件的强度、刚度计算及零部件结构设 计。
此外，对一些自动化机械，还需要对其电力系 统和电子控制系统进行设计。
当然，做为一部大的机械设备，经施工设计， 并加工好样机后，还必须实地应用检验，达到 全部性能指标要求，方可定型生产。
、直流电动机、交流伺服电动机、直流伺服电动机 及步进电动机等均有广泛的应用。
11、一块奶酪公开课一等奖创新教学设计
11、一块奶酪公开课一等奖创新教学设计*11、一块奶酪【教学目标】1、能在语言环境中自主认识“宣、处、诱、舔、毅、强、犯、禁、稍、豫、跺、聚"12个生字；读准多音字“处、稍”的读音；能用不同的方法理解“偷嘴、禁令、七上八下"等词语的意思。
2、能正确、流利、有感情地朗读课文。
重点读好蚂蚁队长宣布的几次命令，体会蚂蚁队长面对奶酪时喜怒哀乐的心情变化，感受童话丰富的想象。
3、能了解课文大意，结合课文内容对蚂蚁队长做出简单的评价，体会蚂蚁队长以身作则、关爱幼小的品质。
【教学重难点】1、能在语言环境中自主认识“宣、处、诱、舔、毅、强、犯、禁、稍、豫、跺、聚”12个生字；读准多音字“处、稍"的读音；能用不同的方法理解“偷嘴、禁令、七上八下”等词语的意思。
2、能正确、流利、有感情地朗读课文。
重点读好蚂蚁队长宣布的几次命令，体会蚂蚁队长面对奶酪时喜怒哀乐的心情变化，感受童话丰富的想象。
【教学过程】一、揭示课题1、揭题读题同学们，这节课我们继续走进童话王国，今天的故事是围绕一块奶酪展开的。
一起读课题——11一块奶酪。
2、读描写奶酪的句子这是一块怎样的奶酪呢？故事中是这样描述它的——出示奶酪多诱人啊！抬着它，不要说吃，单是闻闻，都要淌口水。
“诱"是个形声字，“诱人”的意思是非常吸引人。
这块奶酪如此吸引人，单是闻闻就要淌口水。
它将带给我们一个怎样有趣的故事呢？二、读文章，了解课文围绕奶酪讲述的故事内容1、阅读学习提示，明确学习任务请同学们读读学习提示，看看有哪些学习任务。
出示学习提示学习提示，一是要求我们默读课文，想想课文围绕一块奶酪讲了一件什么事。
二是让我们说一说喜不喜欢文中的蚂蚁队长，理由是什么？2、默读课文，思考课文围绕奶酪讲了什么事。
按照提示，请同学们先默读课文，边读边思考，课文围绕一块奶酪讲了一件什么事？请根据课文内容给这些故事情节排排序。
出示拽掉奶酪角支开同伴宣布禁令命令小蚂蚁吃发现奶酪搬进洞里（1）交流排序根据课本的内容，相信你们一定是这样排序的，蚂蚁队长宣布禁令，发现奶酪，一不小心拽掉奶酪角，他支开同伴命令小蚂蚁吃，最后带领大家一起把奶酪搬进洞里。
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n （2）往复移动：如活塞式汽缸和液压缸、直线电 动机等。
n （3）往复摆动：如双向电动机、摆动式液压缸或 汽缸等。
n （4）间歇运动：如步进电机等。
n 机器中使用最广泛的是交流电动机，因此，一般 输入构件的运动大多数为连续运动。
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机构创新设计11
n 2.机构选型的基本原则 n 在进行机构选型和组合时，设计者必须熟悉各种
基本机构和常用机构的功能、结构和特点，并且 还应该遵循下列的基本原则： n （1）满足工艺动作和运动要求。 n 选择机构首先应满足执行构件的工艺动作和运动 要求。通常高副机构比较容易实现所要求的运动 规律和轨迹，但是高副的曲面加工制造比较麻烦， 而且高副元素容易因磨损而造成运动失真。低副 机构虽然往往只能近似实现所要求的运动规律或 轨迹，尤其当构件数目较多时，累计误差较大， 设计也比较困难，但低副元素（圆柱面或平面） 易于加工且容易达到加工精度要求。因此从全面 考虑，优先采用低副机构。
（2）可采用分配轴的方法使各分解运动协调配合 （3）可采用电气控制或计算机数字控制的方法使各分解运动协调配合。
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机构创新设计11
•一、执行构件的布置
•特别要考虑到控制此执行构件运动的执行机构的安装是否方便
•
1）与执行构件的联接是否方便；
•
2）执行机构原动件布置的位置是否恰当；
尽可能接近执行构件；
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2020/11/18
机构创新设计11
•4.1 功能原理设计
• •根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现所需 的功能要求。 • 采用不同的工作原理设计出的机械，其性能、结构、工作品质 、适用场合等都会有很大的差异， •因此必须根据机械的具体工作要求，如强度、精度、寿命、效 率、产量、成本、环保等诸多因素综合考虑确定。同时在满足要 求的前提下尽可能多采用几个方案。
降低生产成本，提高经济效益的目的。
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n （6）机器操纵方便、调整容易、安全耐用
n 在拟定机械运动方案时，应适当选一些开、停、离合、正反转、刹 车、手动等装置，可使操作方便，调整容易。
n 为了预防机器因载荷突变造成损坏，可选用过载保护装置。
n （7）具有较高的生产效率和机械效率
n 目前机器的原动机多采用电动机，也有采用液压缸或气缸。
n 在有液、气压动力源时尽量采用液压缸或气缸，这样有利于简化传 动链和改善运动质量，而且具有减振、易于减速、操作方便等优点，
n 特别对于具有多执行构件的工程机械、自动机，其优越性就更突出。
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n 例如两种摆杆机构的方案，
n 另外，所选机构的传力特性要好，机械效率较高。
n 例如低效率的蜗杆机构应该少用；行星轮传动中优先采用负号机 构，因为通常负号机构比正号机构效率高；
n 增速机构一般效率较低，也应该尽量避免采用。
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4.2机构设计
• 当所选择的机构型式不能完全实现预期要求，或虽能实 现功能要求但存在着或结构较复杂、或运动精度不当和动力 性能欠佳，可在常用机构中选择一种功能和原理与工作要求 相近的机构，在此基础上重新构筑机构的型式。
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n 例：为了实现将回转运动变换为一种按一定运动规律进行的往复直 线运动，
n 而且从动件的行程不要太大，可采用 n 图示的结构。
n
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也可采用图示的结构。
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n （3）原动机的选择有利于简化结构和改善运 动质量
使各执行机构原动件尽可能集中布置在一根
轴或少数几根轴上；
各原动件应保持等速或定速比。
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二、执行机构运动协调设计应满足的要求
1. 保证各执行机构动作的顺序性； 2. 各执行构件的动作在时间上同步； 3. 保证空间的同步性； 4. 保证系统各执行构件对操作对象的操作具有单一性或协同性； 5. 执行构件的动作之间应保持时间上的间隔，以避免动作衔接处
求、制造难易、成本高低、运动精度、寿命、可靠性 以及动力性能等密切相关。 n 机构的选型不仅与执行构件（即机构的输出构件）的 运动形式有关， n 而且还与机构的输入构件（主动件）有关， n 而主动件或原动件的运动形式则与所选的原动机类型 有关。
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n 常用的原动机的输出运动形式可分为：
n 由于连杆机构是低副机构，加工方便且耐磨损，所以现 在家用缝纫机和工业缝纫机都选用连杆机构作为挑线机 构。
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n （2）结构最简单，传动链最短
n 在满足使用要求的前提下，机构的结构应尽 可能简单，构件的数目要少，运动副数目也 要少。
n 这样不仅可以减少制造和装配的困难，减轻 重量，降低成本，而且还可以减少机构的累 计运动误差，提高机器的效率和工作可靠性。
发生干涉；
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机械运动循环图设计
一、机械运动循环图
1、机械运动循环图 表达机械各执行机构（构件）在一个运动环中各动作的协调配合关系的简单明
确图，称机械运动循环图。
•2、机械运动循环图的类型
•
1）直线式循环图（矩形循环图）
•2） 圆形循环图（极坐标式）
•3）直角坐标式循环图
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机构创新设计11
n 例：
n JA型家用缝纫机的挑线机构采用摆动从动件 圆柱凸轮机构如图2—1（a）所示，
n 虽然其挑线孔的轨迹比较容易满足使用要求， 但是凸轮廓线加工比较复杂，而且容易磨损。
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n JB型家用缝纫机的挑线机构则采用连杆机构如图所示。 虽然其挑线孔的运动轨迹只能近似实现，但借助计算机 进行优化设计，可控制误差在允许范围内，从而使挑线 孔轨迹满足使用要求。
较好； 5. 上冲头快速退出，下冲头随之将压好的药片推出型腔，完成压片工
艺过程 。
•11
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•3 •10
•5
•9 •10
机构创新设计11
例：粉料压片机
•3 •10
•11
•5
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•分
• •配
轴
•9
•8 •7
•10 •Ⅰ •1 •2
•3
•Ⅲ
•9•11
•1 •Ⅰ •S1
•Ⅳ •5
•大型船舶主传动机构
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•襟翼
•直线电机
•直线电机
•某型飞机的襟翼操纵机构
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• 复合式组合 • 由一个或几个串联的基本机构去封闭一个具有两个或 多个自由度的基本机构的组合方式
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•输入
•凸轮机构
•5杆机构 •输出
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•⑵ 变异法
•1、机构的倒置：机构内运动构件与机架的转换。
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•二、机械运动循环图的设计
• 1、设计要点 1) 完成系统的协调设计; 2) 确定参照机构（构件）; • 3) 设计单一执行机械运动循环
图; • 4) 设计机械运动循环图.
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例：粉料压片机
•3 •10
•9
•11
•5
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•10 •Ⅰ •1 •2
•4
•6•Ⅱ
•6
•2 •Ⅱ •S2 •3 •Ⅲ •S3 •4 •Ⅳ •S4
机构创新设计11
•二、机械运动循环图的设计
•1、设计要点 •1) 完成系统的协调设计; •3) 设计单一执行机械运动循环图 ;
2) 确定参照机构（构件）; 4) 设计机械运动循环图.
•主 轴 转 角 •上冲头连杆
•下冲头凸轮
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• ⑴ 组合法 • 串联组合 • 前一级子机构的输出构件，作为后一级子机构的输入构 件，依次串联的组合方式。
•输入 •子机构I
•输出 •子机构II
• 后一级子机构的主动 件为前一级子机构的一个连
•1
•1
架杆。
•5
•2 •II •4
•I •3
•F •C •5
• 后一级机构的子主动 件为在前一级子机构的连杆。
• 0° 90° 180° 270°
360°
•195°
•工作行程 • （向下冲压）
•工作行程 • （向上冲压）
•冲头 向上快速返 回
•冲头 上升送料
•送料凸轮机构 •转 动
•静 止
•转 动 •送料
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机构创新设计11
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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•B •1 •A •2
•4 •lR •1
•S •O1•P
•2 •3
•A •O
•B
•5
机构创新设计11
• 改变构件结构形状
• 将摆动导杆机构中的直线导槽 改为圆弧导槽，可获得较长时间的 停歇。
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•执行机构运动协调设计
要使分解后的运动规律协调配合
（1）简单情况可采用机构合成法 将多个分解运动输入到具有多个自由度的机构中，合成为一个复杂的运动。
•
•2） 执行机构型式设计
• 实现同一种运动，可以选择不同型式的机构。 •执行机构的型式设计，即选用何种机构来实现所需运动，这需 要考虑机构的动力特性、机械效率、制造成本等因素。