机构方案设计案例-2012

机械原理机构方案设计 及参考方案
设计内容：（选其一，或自选）
• 设计创新或改进生活中的小机构，如折叠 桌椅、折叠衣架、折叠桑；厨房用具，生 活用品，运动器械；
• 设计无碳小车，以重力势能驱动的具有方 向控制功能的自行小车，小车能在“8”字 形赛道上往复前进；
• 设计具有一定功能的机器人或机械手，由 机构组成本体，完成一定动作。
获得,从而有效减小结构尺寸;
方案十三 椭圆齿轮连杆机构
请分析椭齿轮连杆机的运动轨迹图谱，并构思利用连杆上某 一点的轨迹曲线进行实际应用。
方案十四 印刷机送纸机构
该方案为凸轮机构与连杆机构的组合机构，用来实现任意给 定轨迹的机构综合，五杆机构具有两个自由度，由双联凸轮作为 原动件给该五杆机构提供两个已知的运动规律，该机构具有确定 的运动。在进行连杆机构运动分析时，将构件2及构件4作为原动 件，其运动规律已由凸轮给定，由构件3、5及C、F、E组成一个 RRR二级组。在这个二级组中可以求得G点的运动轨迹，通过调 整两原动件2、4的运动规律，可对G点的运动轨迹进行调整，实 现给定轨迹的要求。同样，也可按给定的G点的运动轨迹及相应 的运动规律来得到两个原动件的运动规律，最后得到双联凸轮的 理论廓线，实际廓线及安装角。
8 A1
D
4
7
P H
5
E
2
B
I
6
F
3
C
方案五
蛙式夯土机
建筑工地中常用到这种打
夯机，请对其进行动力学分析，
计算出冲击力的大小，并对配
ω2
重及参数进行设计。
5
4
1
3
ω1
2
方案六 汽车雨刷机构
汽车雨刷机构多种多样，请分析该种机构，并提出一种新 的机构。
3
4
2 1
6 5
方案七 闭门机构（地铁门）
此为由一曲柄滑块机构进行控制地铁门开合的应用实例，其设计分 析加工制造及装配非常简单。通过构件1（滑块）的移动来控制构件4 （门）的开启与闭合，当外力去除后，构件1在弹簧6的力作用下会自动 关闭，以保证地铁在运行过程中，车厢门关闭的可靠性与安全性。设计 该机构在适当位置加阻尼，使门的开闭运动缓缓进行。
一、按执行构件运动形式进行机构选型 二、按执行机构动作分解进行机构选型 三、根据机构组合或结构变异进行机构的创新： 1．巧妙利用简单机构的运动特点构思新机构 2．巧妙利用两构件相对运动关系构思新机构 3．基于机构组成原理的机构创新 4．基于机构组合原理的机构创新 5．通过机构类型变异进行机构创新
按执行构件运动形式进行机构选型
设计要求
• 作品名称及功用描述； • 作品方案描述、工作原理和设计思路； • 机构运动简图或三维实物图； • 设计和计算分析：如自由度计算，机构
结构分析、运动分析，尺寸设计，力分 析等； • 作品创新点。 说明书A4纸5页以上。
机构选型
又称为机构的型综合。设计者需要在熟悉各基本机构 和常用机构的运动形式、功能特点、适用场合等的基础上， 综合考虑执行机构系统的运动要求、动力特性、机械效率、 制造成本、外形尺寸等因素，通过机构组合或结构变异等 创造构思出结构简单、性能优良、成本低廉的机构。
齿式棘轮机构、摩擦式棘轮机构等
过载 保护
带传动机构、摩擦传动机构等
按执行构件动作分解进行机构选型
序号
1 2
动作分解后能实现 的运动或功能
匀速转动机构（包括定 传动比机构、变传动比
机构）
非匀速转动机构
机构型式
（1）摩擦轮机构 （2）齿轮机构、轮系 （3）平行四边形机构 （4）转动导杆机构 （5）各种有级或无级变速机 构
选择的合理性。
4 A
1
3
2
C
G
方案十 简易关节机器人（各种三关节）
简易机器人有多种类型，可设计其中一种。 每一个关节可以是移动副或转动副，有多 少种机构类型请总结。
方案十一 夹钳机构（力放大机构）
夹钳是建筑工地常用的工具。它有各种类型的结构，请收集研 究各种类型并比较优缺点，然后选优进行设计。
方案十二 电动牙刷
D
3
6
ω1
C
2
A
1
B
5
4
E
方案十七 平动链轮机构（玩具）
平动机构具有很广泛的应用背景。
如图所示，2、3、4为链轮机构， ω1 及ω2的转动，保证7、8 始终保持平动状态。构件2与4的尺寸条件应如何？
7
8
6
4
5
4
3 ω1
2
1
3 ω2
方案十八 空间球面机构
1
3 2
空间球面机 构多用于陀螺导 航机构中，请进 行运动学分析。 请考查分析实际 设计中的其它应 用。
叠联式
各基本机构
没有共同的
5
机架，互相 叠联在一起。
其特点是：
每一个
基本机构各
有一个动力
源；2）后
一个基本机
构的相对机
架就是前一
个基本机构
的输出件。
挖掘机，装 载机最典型。
机构组合方式
机构变异方法
• 改变构件的形状及运动尺寸 • 改变运动副的尺寸 • 选用不同的构件为机架（即机构的倒置） • 运动副元素的逆换 • 增加辅助构件（课本p286） • 机构再生运动连设计法
方案二 按给定轨迹要求设计六杆机构
这是一种六杆机构，根据A点的轨迹要求，例如直线，设计该 机构。
A
watt mechanism
方案三 换向机构
这是一种换向机构，请分析它的运动与力，并考虑进行参数优化。
6
2 1
5
3
4
方案四 按任意给定的平面运动设计机构
该机构由8个构件，9个转动副组成的三个自由度的8杆机构， 在该机构的构件7上任一点P可实现平面的任意运动轨迹。在进行机 构分析时，构件1，2，3为原动件，各自具有独立的运动规律，构件 4，5，6及运动副D、E、F、G、H、I组成一个三级基本杆组，通过 对这个三级杆组进行运动分析可求得P点的运动规律。
图法进行二个位置的设
计。这一机构已用于某
电冰箱厂，试分析构件
2在翻转运动过程中的
A
受力分析。
B'
C'
E' B' 2
C
3
1
E5
D
4
F
方案九 车库上翻门机构（建设部标准）
这种车库门机构，
实际是曲柄滑块机构。
系统整体处于平衡状
态，当汽车自由向外
开出时，它可以靠车
本身力量冲开。具有
安全保护作用，请分
B
析该构件中配重G的
1. 连续 转动
平行四杆机构、双万向联轴节机构、
定 传 动 比 齿轮机构、轮系、谐波传动机构、
匀速
摆线针轮机构、摩擦轮传动机构、挠
性传动机构等
轴向滑移圆柱齿轮机构、混合轮系变
变 传 动 比 速机构、摩擦传动机构、
匀速
行星无级变速机构、挠性无级变速机
构等
非匀速
双曲柄机构、转动导杆机构、单万向 连轴节机构、非圆齿轮机构、 某些组合机构等
5
差动机构
（3）差动齿轮机构
（4）差动连杆机构
（5）差动滑轮机构
（1）直线机构（连杆机构、行
星齿轮机构等）
6
实现预期轨迹机构
（2）特殊曲线（椭圆、抛物线、 双曲线等）绘制机构
（3）工艺轨迹机构（连杆机构、
凸轮机构、凸轮-连杆机构等）
按执行构件动作分解进行机构选型
序号 动作分解后能实现 的运动或功能
2
B
C
一个齿轮，该齿轮随摇 1 杆进行往复摆动，通过
A
齿轮与齿条啮合传动，
3
D
5
E
将曲柄AB的回转运动 4
就转换成了齿条的往复
直线运动。
方案十六 柔性链—杆组合机构
该机构中，构件1，2分别为两个链轮，构件1为主动件，以角速度ω1进 行回转运动，通过构件6（链）的传动，实现构件1，2的回转运动。在构件 6上有一个转动副与构件3相连接。在进行机构的运动分析时，C点的运动规 律是由ω1及链轮确定，则将构件3，4及运动副C、D、E拆分成一个RRR二 级组既可进行分析计算。请分析构件4的运动规律。
方案十一 夹钳机构 方案十二 电动牙刷 方案十三 椭圆齿轮连杆机构 方案十四 印刷机送纸机构 方案十五 齿轮连杆机构 方案十六 柔性链—杆传动 方案十七 平动链轮机构 方案十八 空间球面机构 方案十九 迭联式组合机构 方案二十 十杆犁提升机构
方案一 X型杆链设计及其应用
请思考利用X型杆单元集成构造具有弧型特征的杆链。考虑折叠 条件，利用弧型和折叠创造一些实用机构，如野营帐蓬等。
按执行构件运动形式进行机构选型
曲柄滑块机构、移动导杆机构、正弦机
往 复 构、移动从动件凸轮机构、
移动 齿轮齿条机构、楔块机构、螺旋机构、
2.
气动、液压机构等
往复
运动
曲柄摇杆机构、双摇杆机构、摆动导杆
往 复 机构、曲柄摇块机构、
摆动 空间连杆机构、摆动从动件凸轮机构、
某些组合机构等
按执行构件运动形式进行机构选型
5
6
4 3
1 2
方案八 实现两位置机构（竖箱机构）
该机构使箱体由横
向位置转换至竖向位置，
这个机构主体是一个四
杆机构，主要是实现由
B、C到B 、C两个位
置的设计。对该机构进
行分析时，可令构件3
为原动件，由构件1，2
及运动副A，B，C组成
一个RRR二级组，可利
用解析法精确求解B、C
的位置，也可以利用作
方案十九 迭联式组合机构