机构的组合与创新设计

3、基本机构的应用
2 ）互不连接的基本机构的组合 若干个互不连接、单独工作的 基本机构可以组成复杂的机械 系统。各基本机构之间进行运 动协调设计。 图示压片机由三个独立工作的 机构组成，各机构之间的运动 必须满足协调关系
3）各基本机构互相连接的组合 各基本机构通过某种连接方法组合在一起，形 成一个较复杂的机械系统，这类机械是工程中 应用最广泛、也是最普遍的。
3、I型叠加机构规律
（2）基础机构是行星齿轮机构：附加齿轮机构安置在基础轮系的 系杆上 b）附加齿轮机构的齿轮与基础机构的齿轮连接
Z2 Z1
H
Z3
Z4
图中,附加机构的蜗轮与基础机构的行星轮连接
叠加创新实例
• • • • 需求：实现天线空间全方位转动任务 分析：单自由度的平面机构难以实现 构思：用叠加组合 具体：附加机构绕水平轴旋转，基础机构 绕垂直轴旋转，二者合成可实现空间全方 位转动
与基础机构之间的连接方法。或者附加机构的
输出构件与基础机构的哪一个构件连接。
二、 机构叠加组合的关键问题
2、II型叠加组合机构中，动力源安装在基础 机构的可动构件上，驱动附加机构的一个可动 构件，按附加机构数量依次连接即可。 (例如图5-32 机械手机构)
3、I型叠加机构的连接方式较为复杂，但也
第四节
机构的并联组合与创新设计
特征是各基本机构 均是单自由度机构
一、机构的并联组合
1、基本概念
①若干个单自由度的基本机构的输入构件
并 行 连 接
连接在一起，保留各自的输出运动；
②若干个单自由度的基本机构的输出构件
连接在一起，保留各自的输入运动；
③输入构件连接在一起、
输出构件也连接在一起；
2、并联组合分类
III 型封闭组合机构
基础机构：两自由度涡轮蜗杆传动机构 封闭机构：凸轮机构 封闭机理：封闭涡轮转动（输出）和蜗杆的移动（输入）
二、 封闭组合的基本思路
封闭组合的前提是两自由度的基础机构
和单自由度的的组合，组合而成的新机构是组
合机构，基本组合思路如下。
1、常见的基础机构主要有五杆机构和
差动轮系机构，附加封闭机构可以是齿轮机构、
2、机构组成原理与机构创新 把前述的各种II级杆组和III级杆组连接到 原动件和机架上，可以组成基本机构；再把各 种II级杆组和III级杆组连接到基本机构的从动 件上，可以组成复杂的机构系统。
B C A D B E D
+
A
C
A
C
=
B
+
E
=
第三节
机构的串联组合与创新设计
一、机构的串联组合
1、基本概念
第五章 机构的组合与创新设计
第一节 机构组合的基本概念
第二节 机构组成原理与机构创新设计
第三节 机构串联组合与创新设计 第四节 机构并联组合与创新设计 第五节 机构叠加组合与创新设计
第六节 机构封闭组合与创新设计 第七节 其他类型的机构组合与创新设计
第一节 机构组合的基本概念 一、基本机构的概念
1、最简机构 把由2个构件和1个运动副组成的开链机构 称为最简单的机构，简称最简机构。其要素 是组成机构的最多构件为2且为开链机构。
常用的机构组合方法如下。 1、利用机构的组成原理，不断连接各类杆组 2、按照串联规则组合基本机构
应用最普遍的组合
3、按照并联规则组合基本机构
4、按照叠加规则组合基本机构
5、按照封闭规则组合基本机构
6、上述方法的混合连接，
可得到复杂的机构系统。
C B
串联组合
o1
A D
z2
B
C
A B
C
并联组合
第二节 机构组成原理与机构创新设计
1 2 2 3.5 3 5
3n 2p 1
n
4 6.5
5 8
6 9.5
7 11
p
第一列： 1杆2副
第三列： 3杆5副
第三列： 3杆5副
封闭两个输入 C点是输出
两个封闭机构 齿轮啮合与凸 轮机构
C点的输出经 附加机构GHF 反馈到输入DE
第七节 其他类型的机构组合与创新 设计
一、机构的混合组合方法
有规律性。
（1）齿轮机构为附加机构，连杆机构为基础机构：连接点选在附 加机构的输出齿轮和基础机构的输入连杆上。
B
附加机构
C
基础机构
D
电机
A
3、I型叠加机构规律
（2）基础机构是行星齿轮机构：附加齿轮机构安置在基础轮系的 系杆上 a）附加齿轮机构的系杆与基础机构的齿轮连接
图5-31b）
基础机构和附加机构 都为齿轮机构
机构1 前置机构
机构2 后置机构
II型串联
C B
E
I型串联组合
D F
A
前置机构中做简单运动的构件与后置机构的 原动件连接。
Z1
B C
Z2
A D
II型串联组合
前置机构中做复杂运动的构件与后置机构的 原动件连接。
二、机构串联组合基本思路
1、实现后置机构的速度变换
2、实现后置机构的运动变换
3、串联时运动链尽量要短（在满足要求前提下）
附加机构
II 型封闭组合机构 1个附加机构封
闭基础机构的1 个输入和1个输 出
附加机构
基础机构
III 型封闭组合机构
3、封闭组合示例
二自由度的差动轮系中，封闭两个输入，或一个 封闭两个输入 封闭一个输入 输入和输出（系杆） Z1’-Z1 Z3’-Z3
Z3’-Z3 一个输出Z4-H
Z2 H
Z5 Z’1
B2
C2 O2 E2
C1wk.baidu.com
B1
E1
A1
O1
Ⅲ型并联机构
E2 E1
Ⅲ型并联组合 机构可改善机 构的受力状况
二、并联组合的基本思路 1、对称并联相同的机构，可实现机构的平衡。 2、实现运动的分解与合成 3、改善机构受力状态
Z1
C1 B2 A B3 B1
Z2
C3 D C2
第五节 机构的叠加组合与创新设计
二、附加约束组合法
附加约束组合法是多
自由度转化为单自由
加装了制动器B后可改 变系杆的转速
度机构且能完成特定
运动的有效创新方法
n1 z1 n3 z 3 nH z1 z 3 n1 z1 nH z1 z 3
本章内容是机构创新设计的重要内容 复习及思考题
1、常用机构组合方法。
2、Ⅱ级杆组与Ⅲ级杆组的构件数和运动副数
叠加组合实例
⊙y
Z
图5-33 全方位空间转动的天线
II型叠加组合机构
叠加组合优缺点
• • • • 可实现复杂的运动要求 机构的传力功能较好 可减少传动功率 但设计构思难度较大
第六节 机构的封闭组合与创新设计
一、机构的封闭组合
1、基本概念
一个两自由度机构中的两个输入构件或两
个输出构件或一个输入构件和一个输出构件用
基础机构
D
电机
A
一般情况下，以齿轮机构为附加机构，连 杆机构或齿轮机构为基础机构的叠加方式 应用较普遍
2)
II型叠加机构
户外摄影车机构 基础机构：平行四边形ABCD机构 附加机构：平行四边形BCEF机构
F
E
附加机构
C B
基础机构
D A
二、 机构叠加组合的关键问题
1、选定附加机构与基础机构，确定附加机构
机构1 机构2
INPUT OUTPUT
1) I型并联机构系统
机构1 机构2
2）II型并联机构系统
机构1
机构2
3）III型并联机构系统
3、并联组合实例
B C A
I型并联组合机 构可实现机构 的惯性力平衡
C B
I型并联机构
C4 C1 B O C3 C2
II型并联组合 机构可实现 运动的合成
A
II型并联机构
1) I型叠加机构
附加、基础机 构分别有自己 的动力源
2) II型叠加机构
输入 附加机构 基础机构 输入
输出
1)
I型叠加机构
Z2 Z1
电机 H Z3 Z4
H
Z1 Z 3 nH n1 Z2Z4
附加机构：蜗杆传动机构（z1，z2） 基础机构：行星轮系（z3，z4）
1)
I型叠加机构 附加机构
B C
3R杆组(以三个内接副开始)
R R R R R R P R P R P
级杆工程应用不多， 但随着运动、受力等 分析方法的完善，正 在受到重视
P
R R P P
R
R
R
3R3R
3R2RP
3RR2P
3R3P
三、机构组成原理与机构创新设计 1、机构组成原理 把基本杆组依次连接到原动件和机架上， 可以组成新机构。机构组合原理为创新设计一 系列的新机构提供了明确的途径。
单自由度的机构连接起来，形成一个自由度的
机构系统，称为封闭式连接。
其特征是基础机构为二自由度机构，附加
机构为单自由度机构。封闭组合机构的自由度
是1.
2、分类
基础机构 附加机构
1个附加机构封 闭基础机构的两 个输入或输出
I 型封闭组合机构 2个附加机构封
闭基础机构的两 个输入或输出
附加机构 基础机构
1 1 2 2
原动机的机构简图为最简机构
2、基本机构 把含有3个构件以上、且不能再进行拆分的闭 链机构称为基本机构。其要素是闭链且不可拆 分性。
C B
z1
A D H
o2
B
C
z2
o1
A
3、基本机构的应用
1） 基本机构的单独使 用 基本机构可以直接应 用在机械装置中，只 有一些简单机械中才 包含一个基本机构。 如空气压缩机中包含 一个曲柄滑块机构。
凸轮机构和四杆机构，有时也用间歇运动机构
作为封闭机构。
2、附加机构封闭基础机构的两个输入运 动或两个输出运动简便易行，工程中的应用最 为广泛。 3、附加机构封闭基础机构的一个输入 构件和一个输出构件，把输出运动再反馈回输 入构件。
附加机构（添加机构）应满足的条件
基础机构 组合机构
3n1 2 p1 2 3n2 2 p2 1
前一个机构的输出构件与后一个机构的输
入构件刚性连接在一起，称之为串联组合。前
一个机构称为前置机构，后一个机构称为后置
机构。其特征是前置机构和后置机构都是单自
由度的机构。
2、串联组合分类
机构1
前置机构
连接点选在前置机构作简单运 动的构件上（摇杆、曲柄或导 杆等）
机构2
后置机构
I型串联
连接点选在前置机构作 复杂平面运动的构件上 （中间的连杆或行星轮 等）
Z2 H
Z2 H Z1
Z5
Z4
Z1
Z1
Z3
Z‘3
Z3
Z3
Z‘3
差动轮系
I型封闭机构
III型封闭组合机构
I 型封闭组合机构
B
D
C O A
E
基础机构：OABCD
封闭机构：凸轮机构 封闭机理：两个连架杆OA、CD分别与凸轮与推杆固结
Ⅱ 型封闭组合机构
基础机构：差动轮系1、2、3、H 附加机构：1）四杆机构，2）齿轮啮合Z1和Z4
一、II级杆组的类型
3n 2 pl 0 n=2，Pl=3的杆组，为II级杆组。
II级杆组分类图 (2件3副) 内接副为转动副
R R RRR R R R P RRP R R
这5种常用，而 PPP不常用
R P P PRP P
内接副为移动副
R
P R R RPR
P
P R
P
R
PPR
级杆组分类图（4件6副）
3、Ⅱ级杆组与Ⅲ级杆组的类型及组成原理的基本思路
4、串联组合的分类及基本思路
5、并联组合的分类及基本思路
6、叠加组合的分类及叠加机理，Ⅰ型叠加的规律（p77） 7、封闭组合的分类、机理及封闭机构应满足的条件 8、附加约束组合法 9、会分析并设计各类组合
工程中的实用机构系统中，经常联合使用
上述组合方法，称为混合组合法。如串联组合
后再并联组合，串联组合后再叠加杆组组合等。
二、附加约束组合法
附加约束组合法是指在多自由度机构中， 人为地增加约束条件，从而达到创新设计的目 的。
B C 工程中，附加约束 一般采用具有复杂 曲线结构的高副
A D
用凸轮机构约束五杆机构C点的运动
一、 机构的叠加组合
1、基本概念 机构叠加组合是指在一个基本机构的可 动构件上再安装一个以上基本机构的组合方式。 把支撑其它机构的基本机构称为基础机构，安 装在基础机构可动构件上面的基本机构称为附 加机构。
2、机构的叠加组合分类
输入 附加机构 基础机构 输出
来自基础机 构可动构件 上的动力源
主动件： 附加机构