机械创新设计基础知识共103页
第三章 机械创新设计的基本知识
机械创新设计的基础知识
第一节 机械的基础知识
一、机械及其组成 机械是用来传递运动或动力的能完成有用机械 功的装置， 用来变换或传递能量、 信息。 功的装置 ， 用来变换或传递能量 、 信息 。 其特点 如下: 如下: 1)执行机械运动的装置 1)执行机械运动的装置 2)物料或信息的传递 物料或信息的传递, 2)物料或信息的传递,完成有用的机械功 3)完成能量的转换 3)完成能量的转换 分类:动力机,工作机, 分类:动力机,工作机,信息机
弹性滑动 打滑
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四、链传动
优点：传动比准确，传动效率高， 优点：传动比准确，传动效率高，能工作在恶劣环境下 缺点：瞬时速度变化，平稳性差， 缺点：瞬时速度变化，平稳性差，噪声大
基本特性参数： 基本特性参数：链节距 链排数一般不超过4排，链节数取偶数。 链排数一般不超过4 链节数取偶数。
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五、螺旋传动 螺旋传动是利用螺纹副来传递运动和动力的， 螺旋传动是利用螺纹副来传递运动和动力的，主 要功能是将回转运动变为直线运动。 要功能是将回转运动变为直线运动。 按用途分为三类： 按用途分为三类： 1、传力螺旋 千斤顶 、传力螺旋-千斤顶 2、传导螺旋 车床进给 、传导螺旋-车床进给 3、调整螺旋 虎钳 、调整螺旋-虎钳 滑动螺旋 滚动螺旋
优点：缓冲、吸振作用；运行平稳、噪音小； 优点：缓冲、吸振作用；运行平稳、噪音小； 结构简单， 结构简单，增减带长适应不同的中心距要求 缺点：普通带传动比不准确；传动带寿命短。 缺点：普通带传动比不准确；传动带寿命短。 同步带克服了其缺点。 同步带克服了其缺点。 欧拉公式： 欧拉公式：
F1 α =e F2
22
3．机械系统的发展
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第四节 构件设计的原则
机电创新设计的基础知识
机电创新设计的基础知识机电创新设计是指在机电一体化领域进行创新设计的活动。
机电一体化技术是现代工业领域的重要技术之一，通过将机械设计与电气控制相结合，实现机械和电气设备的高度集成，提高产品的性能和效率，促进工业自动化的发展。
机电一体化的设计需要掌握一些基础知识，下面我们来介绍一下：1. 机械设计基础知识机械设计是机电一体化设计的基础，需要掌握刚体力学、材料力学、热力学等基本知识。
刚体力学是机械设计的基石，包括力的分析、物体运动学和动力学等内容。
材料力学是机械设计中考虑到材料的物理性质和受力情况，以便设计出合理的结构。
热力学则是考虑到能量转化和热效率等问题，确保机械系统的正常运行。
2. 电气工程基础知识机电一体化中的电气部分需要掌握电路基础知识、电子元器件和电气设备的原理和应用。
电路基础知识包括电流、电压、电阻等基本概念，掌握电路图的绘制和电路分析的方法。
电子元器件是机电一体化中重要的部分，包括电阻、电容、电感等被广泛应用于电路中的元器件。
此外，掌握电气设备的原理和应用也是机电一体化设计的必备知识。
3. 控制工程基础知识控制工程是机电一体化中非常重要的组成部分，需要掌握闭环控制系统、传感器和执行器的原理和应用。
闭环控制系统是指通过反馈控制的方式，根据被控对象的输出信号来调整输入信号，实现对被控对象的控制。
传感器和执行器是控制系统的重要组成部分，传感器用来感知环境信息，将其转换为电信号，供控制器使用；执行器则根据控制器的指令，将电信号转换为机械运动或动作。
4. 机电一体化技术机电一体化技术主要包括机械系统设计、电气控制系统设计和信息处理系统设计等方面。
机械系统设计要考虑到机械元件的选型和设计，确保机械系统的结构和性能满足要求。
电气控制系统设计则需要考虑到传感器、执行器的选择和布置，电路的设计和控制算法的编写。
信息处理系统设计则是将机械系统和电气控制系统连接起来，实现数据的采集、传输和处理。
机电创新设计旨在通过创新的思维和技术手段，设计出更加高效、智能的机电一体化产品和系统。
第二章_机械创新设计的基础知识
三、机构系统的结构设计
•由连杆机构组成的机构系统的结构设计难 度较大，也是创新设计成果最多的领域。
• 如图所示双曲柄机构：
•在进行连杆机构的结构设计时应注意的问题：
1、各构件的运动不能发生干涉
当DC AD时：
一般情况下， 尽量避免各 构件安装在 同一平面内
2、要考虑机构系统的运动精度
例如：
亦即：
对运动的活动联接称为——运动副。
运动副分类：
低副——两构件通过面接触组成的运动副
高副——通过点、线接触组成的运动副
空间运动副
球面副 螺旋副
转动副 移动副
机构运动简图
——为便于分析和研究机构的运动，只需根据机构 运动尺寸，用一定的比例尺定出各运动副的相对位 置，以简单的线条和符号表示构件和运动副，而保 持机构的运动特征不变，这种表示运动特征的简化 图形称机构运动简图。
5W2H法 What：工作的内容和
达成的目标 Why：做这项工作的原
因 Who：参加这项工作的
具体人员，以及负责人
When：在什么时间、 什么时间段进行工作
Where：工作发生的地 点
How：用什么方法进行 How much：需要多少 成本
2）F＞0时，原动件数小于机构的自由度时，各构件没 有确定的相对运动；原动件数大于机构的自由度时，则 在机构的薄弱处遭到破坏。
机构具有确定运动的条件是：机构的原动件的数目应等 于机构的自由度的数目。
[补充]暂告一段落项
1 复合铰链
2 局部自由度
3 虚约束
求解各杆公差
第四节 创新设计过程中的 创新思维方法
一、思维的定义和特性
——思维是人脑对所接受和已储存的来自客观世界 的信息进行有意识或无意识、直接的或间接的加工 处理，从而产生新信息的过程。
机械创新设计课件
机械创新设计课件1. 引言在机械工程领域，创新设计是推动行业进步和发展的重要驱动力。
机械创新设计课程旨在培养学生的创新思维和设计能力，提供理论知识和实践技能，帮助他们在机械创新设计领域中取得突破性的成果。
本课程将涵盖机械创新设计的基本概念、方法和工具，以及案例研究和实践项目，帮助学生理解和应用机械创新设计的原理和实践。
2. 机械创新设计的概念和原理2.1 机械创新设计的定义机械创新设计是指在机械工程领域中，以创新的思维和方法，设计并实现具有独特功能和性能的机械产品或系统的过程。
2.2 创新设计的要素•创新思维：培养学生的创意思维、跨学科思维和系统思维，激发他们的创新潜能。
•设计方法：介绍常用的设计方法，例如TRIZ、Axiomatic Design等，帮助学生系统性地解决设计问题。
•技术工具：引入CAD、CAE和CAM等设计软件和工具，提高学生的设计效率和质量。
2.3 创新设计的原则•功能性原则：设计的产品或系统应能够满足用户需求，并具有创新和独特的功能。
•可行性原则：设计的产品或系统应在技术和经济上可行，能够实现并投入使用。
•可靠性原则：设计的产品或系统应具有良好的性能稳定性和可靠性，保证长期使用。
3. 机械创新设计的方法和工具3.1 TRIZ（Theory of Inventive Problem Solving）TRIZ是一种用于解决创新设计问题的方法，通过分析和比较已有的发明和创新，总结出一系列的创新原理和模式，指导设计者产生创新的思路和方法。
3.2 Axiomatic DesignAxiomatic Design是一种基于系统思维的设计方法，通过定义设计参数和功能需求，建立设计的矩阵和关系，从而实现系统化的设计过程，确保设计的有效性和一致性。
3.3 CAD（Computer-ded Design）CAD是计算机辅助设计的缩写，它是一种利用计算机软件进行设计的方法，可以帮助设计师快速创建和修改设计图纸，提高设计效率和准确性。
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1. 什么是机构的演化或变异？什么是反求工程？机构的演化或变异是指以某机构为原始机构，在其基础上对组成机构的各个元素进行各种性质的改变或变换，而形成一种功能不同的机构。
把别的国家的科技成果加以引进，消化吸收,改进提高,再进行创新设计，进而发展自己的新技术，称这一过程为反求工程。
2。
什么是机械?机械的特点有哪些方面？机械是用来传递运动或动力的能完成有用机械功的装置，用来变换或传递能量、物料与信息.其特点如下：1）机械首先必须是执行机械运动的装置。
2）机械必须进行物料或信息的变换与传递,并完成有用的机械功。
3）机械中必须要完成能量的转换。
3。
为设计一个性能质量好，经济效益高的机械产品，在拟定机械的功能目标时必须注意哪五个方面的问题？答：1。
拟定功能目标要进行可行性分析2.拟定功能目标要分清主次，要利于功能的实现3.拟定功能目标要利于扩大设计思路4。
拟定功能目标要具有一定的超前意识5。
拟定功能目标要注意产品的生命周期循环问题4。
列举七种以上能够实现从连续转动到连续转动运动变换机构。
答:1．齿轮传动机构2．摩擦轮传动机构3．瞬心线机构4．连杆机构5．带传动机构6．链传动机构7．绳索传动机构8．液力传动9．钢丝软轴传动机构10．万向联轴器5. 什么是定向思维、逆向思维、形象思维和抽象思维?定向思维：基本上属于逻辑性思维一类。
其思维过程总是通过寻找合乎逻辑的、成熟的或常规的方法或途径，循序渐进地推断和认识事物。
逆向思维：是一种反逻辑和反常规的思维方式，其思维常摆脱正常的思考途径，以背逆正常思索途径来寻找解决问题的方法。
形象思维:这种思维形式表现为对事物表面特征的记印,对感知过的形象进行加工、改造，通过联想、想象，从而创造出新形象的过程、想象是形象思维的一种基本方法。
抽象思维：它是凭借概念、判断、推理来概括事物的本质，揭示各事物之间的联系与差距,从而推断出事物具有的新概念的思维模式。
6. 设计增力机构将铰链四杆机构ABCD与摇杆滑块机构EFG串联组合成一个机构，实现滑块G的输出力Q增大。
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。
机械创新设计基础知识103页PPT
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
第三章机械创新设计技术基础
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第二节 机构及其机械运动形态分析
一、机构及其运动形态 8,带传动机构－主动轮转动增速或减速为从动轮的转动
适用于较大中心距的场合
第二节 机构及其机械运动形态分析
一、机构及其运动形态 9,链传动机构－主动轮转动增速或减速为从动轮的转动
适用于较大中心距的场合，输出同向的减速增速转动
曲柄滑块机构
齿轮齿条机构
正弦机构
直动凸轮机构
②连续转动到平面运动的变换与实现机构 连杆机构——连杆 行星齿轮机构——行星轮
连杆机构
单行星轮传动机构
双行星轮传动机构
3、转动到摆动的功能变换
曲柄摇杆机构－死点 摆动导杆机构－死点 摆动从动件凸轮机构－压力角
曲柄摇杆机构 曲柄导杆机构
曲柄摇块机构
摆动凸轮机构
第二节 机构及其机械运动形态分析
15.机构的组合－把一些基本机构通过适当的方式连接起来，
从而组成一个机构系统。各机构保持原有结构 和运动特性，有自身独立性。
第二节 机构及其机械运动形态分析
16.机、液机构的组合－主要是液压缸系统与连杆系统的组合，
可满足执行机构的位置、行程、摆角、速度及复杂运动规律等多种要 求。液压缸－主动件。
第三节 机械的控制系统
一、机械控制系统的类型
3.气压式控制系统
由于采用压缩空气为工作介 质，气压控制对环境污染小，适 合易燃、易爆和多尘工作场所， 安全性、可靠性大大超过液压和 电气控制系统，气动元件速度高 于液压元件。
第三节 机械的控制系统
一、机械控制系统的类型
4.电气式控制系统
电气控制系统体积小，操作方便、无污染、安全可靠，可
机械创新设计简介与基础知识
2 机械创新设计简介与基础知识在新的世纪里竞争日益激烈，科学技术依然是推动人类社会进步的第一生产力。
创新是人类文明进步的原动力，是技术和经济发展的源泉，也是培养和造就人才的重要途径，在世界进入知识经济的时代，创新更是一个国家国民经济可持续发展的基石。
人类的科技已经到达很高的水平，特别是机械行业，传统的设计水平进步很慢。
而现在人们的需求也越来越高，所以人们迫切需要创新设计。
2.1创新设计概论创新设计是一种现代设计方法，它是研究设计程序、设计规律和设计思维与方法的一门新型综合性科学。
在机械设计过程中，创新设计对更大程度的满足人类生产和生活的需要，促进经济的发展和社会的进步有非常重要的作用。
说起创新设计大家总觉得很神秘、陌生。
其实回想历史上的许多发明家，我们不难看出，创新发明其实有时候只是我们身边存在的小问题，经过我们思考之后加上灵感找到解决问题的方法或是发现新的事物。
比如传说鲁班爬山时手被草割破，经过他的仔细思考发明了至今仍在使用的锯子；还有瓦特观察大水烧开后能将壶盖顶起，依据这个原理他发明了蒸汽机，导致了第一次工业革命。
另外创新设计需要勇气和毅力。
大家一定知道袁隆平先生历尽磨难研究成功杂交水稻的事迹。
这正是告诉了我们在进行创新设计过程中要破除思想封锁，树立信心，持之以恒，最终一定能解决问题。
但是我们也需要逐步培养起分析创新设计可行性的能力，不能盲目到想要发明一种以水为燃料的内燃机。
2.2 机械创新设计（MCD）的概念及创新人才培养机械创新设计（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。
其目的是由所要求的机械功能出发，改进、完善现有机械或创造发明新机械实现预期的功能，并使其具有良好的工作品质及经济性。
所以培养创新人才要做到如下几点：第一；要勇于创新和善于探索，有信心，勇气和创意。
第三章 机械创新设计的技术基础
第三章机械创新设计的技术基础回
章
首目录：
第一节机器的组成分析
第二节机构及其机械运动形态分析
第三节机械的控制系统
第四节机械运动及其控制
第五节机械系统及其发展
首回
第一节 机器的组成分析 章
一、机械及其分类
1、机器及机械的概念
机器是执行机械运动的装置，用来变换或传递能量、物料与信息。
2、机械的分类
（1） 动力类
（2） 工作机
（3） 信息机
控制系统
原动机 工作执行系统
传动系统
二、机器的组成
机械创新设计的内容主要涉及到机械运动系统
图3-1 机器组成示意图
图3-2 无传动机构的机械
图3-3 油田抽油机机构简图
1-电动机2-带传动3-减速箱4-ABCDE连杆机构
5-抽油杆
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首
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第二节 机构及其机械运动形态分析 章
一、机构及其运动形态
1、齿轮及其传动结构
图3-4 齿轮及轮系传动机构。
机械创新设计
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机械设计基础
Machine Design Foundation
机械创新设计的基本概念
（3）机械的动力设计。主要包括动力分析、功能关系、真实运 动求解、速度调节和机械的平衡等。
（4）机械的结构设计。主要包括绘制零件工作图、部件装配图 和机械的总装图。
常规设计一般是在给定机械结构或只对某些结构作微小改动的 情况下进行的，其主要内容是进行尺度设计、动力设计和结构设计。
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机械设计基础
Machine Design Foundation
机械创新设计的基本概念
18.1.2 机械创新设计的过程
机械创新设计的目标是由所要求的机械功能出发，改进、完善
现有机械或创造发明新机械，实现预期的功能，并使其具有良好的
工作品质及经济性。
机械创新设计是一门有待开发的新的设计技术和方法。由于技
1．机械创新设计与常规机械设计的关系。机械的类型、用途、 性能和结构的特点虽然千差万别，但它们的设计过程却大多遵循着 同样的规律，概括起来说，常规机械设计过程一般可分为四个阶段：
（1）机械总体方案设计。主要包括机械的造型与组合、运动 形式的变换与组合、机械运动简图、传动系统图等的绘制。
（2）机械的运动设计。主要包括机构主要尺寸的确定，机械 运动参数的分析，传动比的确定与分配等。
层次、不同类型的机构组合，或不同学科知识、技术பைடு நூலகம்问题。
机械创新设计基础ppt课件
第一节 人类的思维
抽象思维是以抽象的概念、判断和推 论为形式的思维方式，概念是客观事物本 质属性的反映，判断是两个概念的联系， 推论则是两个以上判断的联系。
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第一节 人类的思维
2.发散思维与收敛思维 发散思维又叫分散思维、求异思维、
开放思维等。它是根据提供的信息，多方 位寻求问题的答案的思维方式。
1
第一章 引言
第一节 创造与发明并不神秘 第二节 创新需要勇气和毅力 第三节 创新人才的培养 第四节 机械创新设计
2
第四节 机械创新设计
• 设计是人类改造自然的一种基本活动，设
计是复杂的思维过程，设计的本质是创新。
• 设计的目的是将预定的目标，经过分析痛
决策，通过一定的信息（文字、数据、图 形）而形成设计方案，并通过制造、实施 使设计成为产品，造福人类。通过设计， 不断为社会提供新颖、优质高效、价廉物 美的产品，提高产品的竞争力和经济效益。
3
第四节 机械创新设计
二、设计思路和设计过程 设计过程是指从明确设计任务到编制
技术文件所进行的整个工作流程、机械设 计的过程，一般分为产品规划、原理方案 设计、技术方案设计、改进设计等四个阶 段。
4
第四节 机械创新设计
1.产品规划阶段——明确设计任务和要求， 提出设计任务书 这一阶段的中心任务是，在市场调查 的基础上，进行产品需求分析、市场预测、 可行性分析，确定设计目标、主要参数和 约束条件，最后提出设计任务书，作为设 计、评价、决策的依据。
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第一节 综合创新原理
图3-2为一种小型车、钻、铣三功能机 床。它是适应小型企业、修理服务行业加 工修配小型零件运用综合原理开发设计出 来的小型多功能 机床。安的设计特点是： 以车床为基础，综合钻床、铣床主要箱而 成的。
第三章 机械创新设计的技术基础
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2 020年1 1月1日 星期日 2时37 分31秒1 4:37:31 1 November 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。下 午2时37 分31秒 下午2 时37分1 4:37:31 20.11.1
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一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.11. 120.11. 114:37 14:37:3 114:37:31Nov- 20
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回章首
三、机械运动的制动控制
切断机器的动力源后，利用制动器加速机器的 停车。 可通过各类制动器实现。常用手动制动器和电 磁制动器
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四、机械运动的速度控制
机械运动的调速是指不断改变工作执行系统的 工作速度，有减速、增速和调速三种。调速还 分为有无级调速和有级调速。
1、减速器 2、增速器 3、有级变速器 4、无级变速器
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1、连续转动到连续转动的运动变换与实现机构 齿轮传动机构，摩擦轮传动机构 连杆机构 带传动机构、链传动机构、绳索传动机构 液力传动机构，钢丝软轴传动机构 万向节传动机构等
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回章首
直齿轮传动 斜齿轮传动 人字齿轮传动 内齿轮传动
螺旋齿轮传动
蜗杆传动
锥齿轮传动
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回章首
椭圆齿轮传动
双曲柄机构
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回章首
机器人机构示例
机械运动装置
液压与控制装置
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主动控制:利用伺服电机直接控制主动件 的运行速度 主动控制手段引起了机构学领域内的机 构创新设计浪潮
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回章首
第四节 机械系统及其发展
机械系统类型 一、单一基本机构组成的机械 二、多个独立的基本机构协调工作的机械 三、多个基本机构连接组成的机械 四、机电一体化机械 五、智能机械
机械创新设计-基础
图2-25 滚子结构
图2-26 共轭凸轮的摆动滚子从动件
图2-26 共轭凸轮的摆动滚子从动件
图2-27 曲柄的结构
（3）杆类构件的结构设计
曲柄：圆盘销轴状、曲轴状、杆件状 连杆、摇杆：视具体情况设计 图2-27
图2-28 连杆组件
（4）块状类构件的结构设计：
块状类构件大都作移动，其结构与运动副的结构有关。
（1）四杆机构
（2）齿轮机构
（3）凸轮机构
（4）挠性元件传动
带传动 链传动
（5）液、气传动基本型
（6）螺旋传动机构
（7）电磁传动机构的基本型
（8）间歇运动机构的基本型：外棘轮机构
外槽轮机构
2、机构及其运动形态分析
（1）、连续转动到连续转动的运动变换与实现机构
（2）、连续转动到步进转动的运动变换与实现机构
智能机器人
第二节 机械运动简图及其结构设计
1．机构系统的运动简图设计：根据产品的功能目标和动作 要求，设计出机械系统的运动方案，并确定传动机构、执行机 构以及各种控制的参数和尺寸。 2．运动简图 机械的结构设计 机械的结构图（装配图） 一、构件的结构设计 1．构件的结构设计原则 1）选材料；2）选择毛坯；3）确定形状与尺寸；4） 强度、刚度、安全性、可靠性的校核；5）与其它构件的关系； 6）运动空间及运动干涉；6）经济性；8）维修、安装方便。 2．常用构件的结构设计 常用构件：齿轮、凸轮、杆状构件、块状构件、具有复杂形 状的构件
摆动导杆机构
（4）连续转动到往复直线移动的运动变换
与实现机构
曲柄滑块机构
正弦机构
直动从动件凸轮机构
齿轮齿条机构
螺旋机构
（5）连续转动到平面运动的变换与实现机构