机械创新设计(第四章)

•
一个具有两个自由度的基础机构A和一个附
加机构B在一起
•
的组合形式为复合式机构组合。
•
组合形式 并接 图4-28 a)
•
回接 图4-28 b)
•
组合特点：①一般为不同类型的基本机构的组
合，并有机地融为一体成为新机构
•
②基础机构一般为二自由度机构，
如差动齿轮机构，五连杆机构，空间机构
•附加机构一般为单自由度基本机构
•平面运动构件并 接
•五杆机构
•反凸轮机 构
•输出
•既是曲柄，又是活动机 架
•图4-30 凸轮—连杆组合机构 •滑块行程 但凸轮的α不会
•平面运动的构件并接
•图4-31 齿轮连杆机构
•差动轮系 •曲柄滑块
•当主动构件3转动一周时，中心轮步进转角为72º，并且在 转位的始末还有瞬时反转现象。
•图4-33 传动误差补偿机构
•图4-22 活塞机的齿轮杠杆机构
•图4-23 压力机的螺旋杠杆机构
•双滑块
•双滑块
•端面凸轮机构 •平底直动盘形凸轮
•Ⅱ型并联（复杂型）
•图4-24 矩形轨迹输送机构
• 例4-18 双滑块驱动机构 • 凸轮机构与连杆机构并联组合 • 例4-19 丝织机开口机构 • 两个摇杆滑块机构并联组合
• 图4-27所示冲压机凸轮连杆机构 • 由一个凸轮机构和一个凸轮连杆机构并联组合而成
•（4）槽轮机构 •利用变速转动输入，减小槽轮转位的速度波 动
•（5）棘轮机构 •利用往复摆动和移动拨动棘轮间歇转动。
•2．前置子机构为凸轮机构
•输出运动为从动件的移动或摆动，但行程较小
•后置子机构可以是：
•
连杆机构、
•
齿轮机构、
•
槽轮机构、
•
凸轮机构
•后置子机构利用凸轮机构输出构件的运动规律改善后置机构 的运动特性，或使其运动行程增大。
• 例4-16 压力机螺旋杠杆机构 • 特点：机构类型相同，对应构件的尺寸相同，对称布置。 • 例4-17 矩形轨迹输送机构 • 两个凸轮机构组合 • 3．Ⅲ型并联组合 • 将一个运动分解为两个输出运动，主要问题是机构动作的 协调和时序的控制。
•曲柄滑块 •曲柄滑块
•图4-21 双棘爪机构
•曲柄滑 块 •曲柄滑 块
• 图4-4 转动导杆槽轮机构
• 1—曲柄 2—导杆 3—主动拨盘 4—拨销 5—槽轮
•转动导杆机构
•槽轮机构
• 图4-5 凸轮槽轮机构
• 1—主动拨盘 2—槽轮 3—固定凸轮 4—弹簧 A—拨销
•反凸轮机构
•槽轮机构
• 图4-6 椭圆齿轮槽轮结构
• 1—主动椭圆齿轮
2—带有转臂的椭圆齿轮
• 3—槽轮
• ②联接点设在前置机构中作复杂平面运动的构件上，
称为
•
Ⅱ型串联
• 3．框图表示： 图4-1
• 图4-1 串联式机构组合
• a) Ⅰ型串联
b) Ⅱ型串联
• 二、串联式机构组合的主要功能分析
• 一）I型串联式组合
• 1．前置子机构为连杆机构
• 输出构件为连架杆，可实现的运动有往复摆动、往复移
动
• 变速转动输出，可有急回运动特征
• 3．前置子机构为齿轮机构
• 输出运动为转动或移动
• 后置子机构可以是各种类型的基本机构， 齿轮机构、
•
连杆机构、
•
凸轮机构
• 4．前置子机构可以是非圆齿轮机构、槽轮机构等
• 5．I型串联式机构组合的用途：
• （1）改善输出构件的运动和动力特性
• （2）放大运动或力
• 6．I型串联式机构组合实例
• 常用的后置机构：
• （1）连杆机构
• 可利用变速转动输入获得等速
转动的输出，还可以利用杠杆
原理确定合适的铰接位置，在
不减小γ的情况下实现增程、
增力的作用。
•（2）凸轮机构
•作为后置机构，可获得变速凸轮、移 动凸轮，使后置机构的从动件获得更 多的运动规律。
•（3）齿轮机构：利用摆动或移动输入，获得从动齿轮或齿条 的大行程摆动和移动，还可利用变速转动的输入进一步通过后 置的齿轮机构进行增速或减速。
2020/11/18
机械创新设计(第四章)
•（1） Ⅱ型串联组合的主要问题是如何确定前置机构 中连杆的运动轨迹问题，（如何实现特殊的运动轨迹， 如何按预定轨迹对连杆机构进行尺寸综合的问题，）可 采用解析法、实验法或直接从连杆图谱中查取。
•（2）直线轨迹或曲弧线轨迹可使后置子机构的输出 构件实现运动的停歇，自交曲线轨Baidu Nhomakorabea可使后置子机构 的输出构件实现两个行程。
•图4-15 行星齿轮连杆机构
•第二节 并联式机构组合与创新
• 一、并联式机构组合原理与创新方法
• 两个或多个基本机构并列布置，称为机构并联组合。
• I型并联； 各基本机构输入构件独立，输出构件共用 • Ⅱ型并联： 各基本机构有共同的输入和输出构件。 • Ⅲ型并联： 各机构有共同的输入，独立的输出。
•反移动凸轮 •摇杆滑块
•Ⅲ型并联（复杂型）
•图4-25 冲压机机构
•曲柄摇杆
•摇杆滑块 •摇杆滑块
•图4-26 丝织机构开口机机构
•移动从动件盘形凸轮 •摆动从动件… •摆动滑块
•Ⅲ型并联（复杂型） •图4-27 冲压机的凸轮连杆机构
•第三节 复合式机构组合与创新
•
一、复合式机构组合原理与创新方法
•例4-8 链链四杆机构+连杆滑块 图4-14
•实现曲柄1回转1周，滑块5可往复移动两次
•图4-13 具有停歇的六杆机构
•曲柄摇杆机构
•摆动导杆机构
•图4-14 实现从动件两次动程的六杆机构
•曲柄摇杆机构
•往复移动滑块机 构
•
例4-9 行星轮系+连杆滑块 图4-15
•
实现滑块运动中的停歇
•总结：
A—拨销
•椭圆齿轮机构
•槽轮机构
• 图4-7 双槽轮机构的串联
• 1—前置槽轮机构的主动拨盘 2—前置槽轮 • 3—向置槽轮 A、B—拨销
•槽轮机构
•槽轮机构
•图4-8 牛头刨床导杆机构
•转动导杆机构
•六杆机构
• 例4-2 图4-8所示为牛头刨床的导杆机构 • 转动导杆+摆动导杆 • 目的：使滑枕4实现近似匀速往复移动（原动件匀速转动） • 例4-3 毛纺针梳机导条机构 图4-9 • 椭圆齿轮机构+圆柱齿轮机构+（变形）正弦机构 • 变传动比 定传动比
机械创新设计(第四章)
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2020/11/18
机械创新设计(第四章)
•第一节 串联式机构组合与创新
• 一、串联式机构组合的原理与创新方法
• 1．串联组合：
• 若干机构顺序联接，前置机构的输出为后置机构的输
入
• 2．联接方式：
• ①联接点设在前置机构中作简单运动的连架杆上，称
为
•
I型串联
• 二、叠加式机构组合的主要功能分析
• 1．运动独立式
• 例4-23 电动玩具马 图4-35 • 例4-24 工业机器手 图4-36 • 例4-25 液压挖掘机 图4-37 • 2．运动相关式 • 电风扇摇头机构 图4-38
•ABC―曲柄摇块机构 •机架与构件4 ―2杆机构
•图4-35 电动玩具马
•图4-9 毛纺针梳机导条机构
•椭圆齿轮机构
•齿轮机构
•正弦机构
•图4-10 增力机构
•曲柄摇杆机构
•摇杆滑块机构
•受力分析：设BC，CE为二力杆
•对杆CD有： FL=PS
•对滑块有：
•摩擦忽略不 计
• 故减小α和S，增大L均能增大Q力。 • 例4-5 共轭凸轮连杆机构 图4-11 • 凸轮机构+连杆机构（ABCD）+摇杆滑块机构（DFE） 增大滑块9的行程 • 例4-6 齿轮齿条大行程直移机构 • 齿轮齿条机构+齿轮齿条机构 • 活塞行程为A 设齿轮模数相等
•移动的气 • 缸 大链轮C •平行四边形（X型）机 构
•图4-36 圆柱坐标型工业机械手
•图4-37 液压挖掘机械
•78910（叠加在7上）液压摆缸机构 •4567 （4连架杆）液压摆缸机构 •1234（1为机架）液压摆缸机构
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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• 二、复合式机构组合主要功能分析
• 1．并接复合式组合 • 例4-20 凸轮-行星机构 • 例4-21 凸轮连杆机构组合 • 例4-22 齿轮连杆机构
• 2．机构回接复合式组合 • 齿轮加工机床误差补偿机构 图4-33
•差动轮系
•反凸轮机 构
•平面运动的 构件并接。
•可获得多样化的运动规 律
•输出 •图4-29 凸轮—行星机构
• 目的：使从动件近似实现匀速移动
• 总结：对于要求改善输出构件运动特性的I型串联式机构组合
•
的设计的步骤
• （1）按照后置子机构输出的运动规律的要求，确定前置子机
•
构应输出的运动规律。
• （2）按确定的运动规律，对前置子机构进行尺寸综合
• （二）放大运动和增力
• 例4-4 增力机构
• 铰链四杆机构+摇杆滑块机构
•并联式机构组合的特点：两个子机构并列布置，运动并行传递。
•如• 果按输出简运单动型的并性联质：划两分个有子：机构类型、形状和尺寸完
全相同，并
•
且对称布置。
•
用
途：改善受力及动力特性，过死点。
•
复杂型并联：两个不同类型或相同类型不同尺
寸的子机构
•
的关联以实现性质复杂的、合成
• 图4-16 并联式机构组合
•主要功能：实现特定的输出，完成复杂的工艺动作。
•设计的主要问题是根据所要求的运动和动作如何选择各个 子机构的类型，如何解决输入运动的控制（借助于机械、 液、气压、电磁等控制系统解决，使输出的复杂工艺动作 适度，符合工作要求。）
•选择子机构的一般原则：将子机构设计成单自由度，使其运 动的 输入输出形式简单，以达到容易控制的目的。
•并接复合式的组合方式：基础机构与附加机构各自取出 一个作平面运动的构件并接，再各自取出一个连架杆并 接，运动由基础机构中参加并接的连架杆输入，再由基 础机构中另一个连架杆输出。
• 图4-28 复合式机构组合 • a) 构件并接式 b) 机构回接式
•回接复合式的组合方式：基础机构与附加机构中两个连架杆 并接，附加机构中另一个连架杆负责把运动回接到基础机构 中作复杂运动的构件中去。
• （一）改善输出构件的运动和动力特性
• 例4-1 双曲柄机构与槽轮机构的串联组合
•类似机构：转动导杆槽轮机构，凸轮槽轮机构，椭圆齿轮槽 轮机构，双槽轮机构
•双曲柄机构
•图4-2 双曲柄机构与槽轮机构的串联组合
•双曲柄机构
•槽轮机构
•图4-3 槽轮角速度变化曲线 •α─槽轮动程时的转角。i─从动槽轮与其主动构件的角速比。
•①来自于机构的主动构件 •基础机构的两个输入运动
•②来自于附加机 构 •⑴通过与附加机构的构件并接。
•⑵通过附加机构的回接
•复合式机构组合主要功能：可以实现任意预定的运动规律的 输出，例如一定规律的停歇、逆转、加速、减速、前进、倒 退等，设计较复杂缺乏共同的规律。需对具体的机构进行分 析和综合。
•图4-11 共轭凸轮连杆机构
•共轭凸轮机构 •曲柄摇杆机 构
•曲柄滑块机构 •曲柄滑块机构
•图4-12 利用齿条齿轮的大行程直移机构
•齿条齿轮机构
•齿条齿轮机构
•齿轮3转的圈数 为
•活动齿条2的行程
•齿轮3的分度圆周长 •齿轮5的分度圆周长
• 二）Ⅱ型串联组合 • 后置子机构的输入构件与前置子机构中作平面复杂运动的 连杆联接。 • 例4-7 具有运动停歇的多杆机构 • 铰链四杆机构+滑块导杆 图4-13 • 实现导杆转动过程中停歇
•蜗轮蜗杆 •凸轮机构
•第四节 叠加式机构组合与创新
• 一、叠加式机构组合的原理与创新方法
• 叠加式机构组合：将一个机构安装在另一个机构的某个 运动构件上的组合形式，其输出运动是若干个机构输出运 动的合成。 • 基本叠加形式 • 两种运动关系： • （1）运动独立式 • （2）运动相关式
•图4-34 叠加式机构组合
• a) Ⅰ型并联 b) Ⅱ型并联
c) Ⅲ型并联
•图4-17 V型双缸发动机
•曲柄滑块
•曲柄滑块
•图4-18 襟翼操纵机构
•齿条齿轮 •齿条齿轮
•摆动凸轮 •曲柄滑块
•Ⅰ型复杂型并 联
•图4-19 缝纫机针杆传动
•摆动导杆 •曲柄滑块
•Ⅰ型复杂型并 联
•图4-20 钉扣机针杆传动
• 2．Ⅱ型并联式组合 • 将一个运动分解为两个运动，再将这两个运动合成为一 个运动输出。 • 例4-14 双棘爪机构 • 由两个曲柄滑块机构并联组合而成 • 例4-15 活塞机的齿轮杠杆机构 • 由两个曲柄滑块机构与齿轮机构组合而成