机构的组合创新概述

构于利输用入一 端个 半输 径出r1的端摇半杆径Br2A大C， 使C点的位移大于B点的位
移，从而可在凸轮尺寸较小 的情况下，使滑块获得较大 行程。
❖3)前置子机构为齿轮机构 齿轮机构的输出通常为 转动或移动。后置子机构可以是各种类型的基本机 构，可获得各种减速、增速以及其它的功能要求。
❖例 齿轮和圆柱凸轮组合的行程增大（减小）机构，前置子 机构为齿轮机构，后置子机构为圆柱凸轮机构。齿轮2与凸轮 3、5固定联接，齿轮1转动时，齿轮2带动凸轮一起转动，但 由于凸轮机构5－4中的从动件4不能左右移动，故凸轮5边转 边移，凸轮3也边转边移，带动从动件6往复移动，使从动 件6的行程增大或减小。若凸
▲ 设计一个往复运动机构。在滑块 运动到最远点时，有一段时间近似 停歇。 ▲ 设想，若用一个做一般平面运动 S 的连杆来带动滑块。 ▲ 要产生近似停歇，则连杆的左端 点在一段时间应走出一段近似圆弧。
S
t
停歇
▲ 什么样的机构能产生一段圆弧呢？ 旋轮线
D:d 3
▲ 一个小圆在一个大圆内做纯滚 动时，小圆上的一点走出的轨迹 称为旋轮线。 ▲ 旋轮线的一段近似一段圆弧。
轮3、5曲线槽的升程分别是s3、 s5，从动件6的移距s6则是s3与
s5的合成： s6 s3 s5
若两凸轮的曲线槽同向时，上 式用正号，即机构为行程增大 机构；曲线槽反向时用负号， 即机构为行程减小机构。
❖(2)Ⅱ型串联式组合
后置子机构的输入构件，一般与前置子机构中作平 面复杂运动的连杆在某一点联接。利用前置子机构与 后置子机构联接点处的特殊运动轨迹——直线、圆弧 曲线、“8”字自交形曲线等，使机构的输出构件获 得某些特殊的运动规律，如停歇、行程两次重复等。
❖例 图示多缸发动机曲柄连杆机构，由多个曲柄滑块 机构并联组合而成。各曲柄滑块机构的曲柄为
制成一体的曲轴，当运 动由各曲柄滑块机构的 活塞输入时，曲柄即可 实现无止点位置的定轴 回转运动，且具有良好 的平衡、减振作用。
❖(2)Ⅱ型并联式组合——相当于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。
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。
1 2
1 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。
B
C
z1 o2
BA
D C
H
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。
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。
C
E
B
I型串联组合
A
D
F
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
II型串联组合
Z2
A
D
前置机构中做复杂运动的构件与后置机构的 原动件连接。
组合实例：
B A
z2
B
A C
D
C
减少连杆机构的速度
D
改变滑块的运动规律
组合机构的实例
例 带有近似停歇的往复运动机构 (一种串联式组合机构)
❖按输出运动的性质划分：
❖简单型并联式机构组合，输入或输出运动的性质是简单的移 动、转动或摆动。
❖复杂型并联式机构组合 ，主要用于实现复杂的运动或动作要 求，它的输出形式一般按功能要求而设定。
❖2.并联式机构组合的主要功能分析
❖(1)Ⅰ型并联式组合——相当于运动的合成，设计时 要求两个并联的机构要协调，以满足所要求的输出 运动。
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
机构2
前置机构 后置机构
I型串联
机构1 前置机构
机构2 后置机构
II型串联
❖二、串联式机构组合与创新
❖1.串联式机构组合的原理与创新方法
D
E
D
E
H
F
F
H
+
B
C=
C B
A
K
G
A
G
K
3R2RP杆组连接到一个原动件和机架上
+
A
E D G
C B
F
=
E D G
C B
A
F
杆组类型很多,把基本杆组连接到原动件和 机架上可组成新机构。把基本杆组再连接到 机构的从动件和机架上可组成复杂机构。
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 前一个机构的输出构件与后一个机构的输
❖二、并联式机构组合与创新
❖1.并联式机构组合原理与创新方法 两个或两个以上基本机构并列布置，称为并联式机构组合。
❖Ⅰ型并联——各个基本机构有共同的输入构件，但却有各自 的输出构件。；
❖Ⅱ型并联——各个基本机构具有各自的输入构件，而有共同 的输出构件
❖Ⅲ型并联——各个基本机构有共同的输入与输出构件；
❖串联式机构组合是指若干个单自由度的基本机构顺 序联接，以前一个机构的输出构件作为后一个机构 的输入构件的机构组合方式。
❖2.串联式机构组合的主要功能分析
❖(1)Ⅰ型串联式组合
❖1)前置子机构为连杆机构 连杆机构的输出构件一 般是连架杆，它能实现往复摆动、往复移动及变速 转动输出，可具有急回特性。常采用的后置子机构 有：连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、槽轮机构、 棘轮机构。
I
II
第四节 机构的并联组合与创新设 计
一、机构的并联组合
1、基本概念 若干个单自由度的基本机构的输入构件
连接在一起，保留各自的输出运动；或若干个 单自由度机构的输出构件连接在一起，保留各 自的输入运动；或输入构件连接在一起、输出 构件也连接在一起；均称为并行连接。其特征 是各基本机构均是单自由度机构。
❖例 图示间歇传送机构，由两个齿轮机构和两个连杆 机构组成。齿轮1经两个齿轮2与2′带动一对曲柄3与 3′同步转动，曲柄使连杆4（送料动梁）平动，5为 工作滑轨，6为被推送的工件。由于动梁
上任一点的运动轨迹如图中 点划线所示，故可间歇地推 送工件。该机构将齿轮机构 的连续转动转化为间歇运动， 运动可靠，常用于自动机的 物料间歇送进。
C B
o1
A
D
z2
B
C
C
A
B
串联组合 并联组合
第二节 机构组成原理与机构创新设计
一、II级杆组的类型
3n 2 pl 0
n=2，Pl=3的杆组，为II级杆组。
当内接副为转动副时，两个外接副可同时为转 动副，也可以一个为转动副，另一个为移动副， 或者两个外接副同时为移动副
II级杆组分类图
内接副为转动副
❖例 图示的缝纫机梭心摆动机构， 前置子机构为铰链四杆机构，后置
子机构为导杆机构，其中导杆OBC
与摇杆OBB联为一体。当主动曲柄
OAA回转时，从动摇杆OBB作往复 摆动，其最大摆角为3，该摆角满
足不了缝纫机梭心摆动的摆角要求， 为此，通过串联一导杆机构，则摇
杆OCC的摆角5可达200°左右，
增大了输出摆角，即可满足缝纫机 梭心的摆动要求。该串联式机构组 合实现了输出摆角增大作用。
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。
基本机构的连接组合方式主要有：串联组合、 并联组合、叠加组合和封闭组合等。其中串联 组合是应用最普遍的组合。
❖例 图示连杆齿轮齿条行程倍增机构，前置子机构为 连杆机构，后置子机构为齿轮齿条机构。主动曲柄1 转动，推动齿轮3与上、下齿条4、5啮合传动，上齿
条4固定，下齿条5作往复移动，其行程H=4R，即
把连杆机构的输出行程扩大了一倍。显然，在输出 位移相同的前提下，其曲柄比一般对心曲柄滑块机 构的曲柄可缩小一半，从而可缩小整个机构尺寸。
总结
❖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 构有两种形式，一种是由几种基本机构融合成性能 更加完善、运动形式更加多样化的新机构——组合 机构；另一种则是由几种基本机构组合在一起，组 合体的各基本机构还保持各自特性，但需要各个机 构的运动或动作协调配合，以实现组合的目的，这 种形式被称为机构的组合。
第五章机构的创新
机构的组合创新
第一节 机构组合的基本概念
概述
▲ 随着机械化和自动化程度的不断提高，对机构输出 的运动学和动力学特性的要求也变得更加复杂多样。
▲ 连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等基本机构往往不 能满足各种复杂多样的要求。
▲ 为了满足一些特定的要求，常常将各种基本机构以 一定的方式加以组合后使用，称为组合机构。
D:d 4
▲ 机构的设计 B
A
一种齿轮连杆机构
S
C
S
旋轮线 AB 段 旋轮线 BC 段 旋轮线 CA 段
滑块向右运动 滑块近似停歇 滑块向左运动
t
停歇
▲ 机构的结构分析
ω1
S
P
一个周转齿轮机构 ＋ 一个二杆组
ω1
轨迹P
I
II
S
串联式组合机构
串联式组合机构 将两个或更多的单自由度机构前后相接，前一个机 构的输出即作为后一个机构的输入。
❖基本机构主要是指机械中最常用的、最简单的一些 机构，如四连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间歇 运动机构等。利用这些基本机构的良好性能，改善 它们的不良特性，运用机构组合原理构造出既满足 工作要求，又具有良好运动和动力性能的机构。
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 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。
例 图示六杆机构，在一个运动循环 内，滑块可实现两个不同的行程。连
杆2的A点的运动轨迹为一个横向8字
形的曲线，构件4与连杆2在A点铰接，
与滑块5在F点铰接，滑块5可沿固定
导路移动。这样，当曲柄1回转一周 时，滑块5可往复移动两次。
三、机构串联组合基本思路
1、实现后置机构的运动规律的变换 2、实现后置机构的速度变换 3、串联时运动链尽量要短 （在满足要求前提下）
2、并联组合分类
机构1
机构j
INPUT
OUTPUT 1) I型并联机构系统
机构1 机构j
2）II型并联机构系统
机构1 机构j
3）III型并联机构系统
3、并联组合实例
B C
A B
C
I型并联机构
C4 B
C3
C1 A O
C2
II型并联机构
B2
C2
C1
B1
O2
E2
E1
A1
O1 E2
III型并联机构
E1
连接级杆组
RRP杆组连接到原动件和机架上
B
+
C
A
B C
A
+
D
E
= =
D B
E
A
C
RRR杆组连接到原动件和机架上
C
+B
A
C
B
=
D A
D+ E
RRR杆组连接机构的从动件 和机架上
F
CE
B
=
D
G
A
F E
B
A
F G
G C D
连接级杆组到一个原动件和机架上
D
E
F
+
C=
B
A
G
D F
B
A
E
C G
3R3R杆组连接到三个原动件(并联机构)
若将齿轮3改为双联齿轮3-3′，节圆半径分别为r3、 r3′，齿轮3与固定齿条4啮合，齿轮3′与移动齿条5
啮合H ， 2其1 行rr33程' R为 当r3' 时r3 ，H>4R。该 串联式机构组合， 实现了输出行程成 倍增大作用。
❖2)前置子机构为凸轮机构——通常后置子机构利用 凸轮机构输出构件的运动规律，改善后置子机构的 运动特性，或使其运动行程增大。后置子机构可以 是连杆机构、齿轮机构、槽轮机构等。 •例 增大运动行程的凸轮— 连杆机构，前置子机构为摆 动从动件凸轮机构，后置子 机构为摇杆滑块机构。凸轮 机构的从动件与摇杆滑块机 构的主动件联为一体。该机
R
R
R
R
R
R
P
RP
Rwk.baidu.com
P P
内接副为移动副
R
P
R
P
R
R
P
P R
级杆组分类图
3R杆组(以三个内接副开始)
R R R
R R
R
3R3R
R R
R
P
3R2RP
P R
R
P
3RR2P
R P
P R P
3R3P
2RP杆组
2RP3R
R2P杆组
2RP2RP
2RPR2P
2RP3P
R2P3R
R2P2RP R2PR2P
R2P3P
3P杆组
3P3R
3P2RP
3PR2P
3P3P
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。
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
原动件和机构上，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。