机构方案设计案例-2013

（1）间歇转动机构（棘轮、槽轮、 凸轮、不完全齿轮机构等） （2）间歇摆动机构（一般利用连 杆曲线上近似圆弧或直线段实现） （3）间歇移动机构（连杆机构、 凸轮机构、齿轮机构、组合机构 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
差动机构
机 构 型 式
（1）差动螺旋机构 （2）差动棘轮机构 （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） （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）
4. 作品必须以机械设计为主，提倡采用先进理论和先进技术， 如机电一体化技术等。对作品的评价不以机械结构为单一标准， 而是对作品的功能、设计、结构、工艺制作、性能价格比、先 进性、创新性等多方面进行综合评价。在实现功能相同的条件 下，机械结构越简单越好。 5.作品的评选采用综合评价，一般从以下几个方面进行评价： 1）选题评价：新颖性 ；实用性 ；意义或前景。 2）设计评价：创新性；结构合理性；工艺性 ；先进理论和 技术的应用；设计图纸质量。 3）制作评价：功能实现；制作水平与完整性；作品性价比。
5 4 3
6
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 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 受力分析。
部能具有摆动或移动或多撮转动等。
截面扩大运动副原理简图
1.牙刷头可绕轴线左右摆动,摆角范围为45;
1---牙刷外壳 4---偏心轴
2---牙刷头导杆
3---活动连杆
5---直流电机
6---电池
2.运动原理图的曲柄摇杆机构在结构上通过扩大运动副
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
设计说明书要求
• • • • 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、特色。 • 查找已有类似机构，说明背景， 及类似机构原理。
说明书A4纸5页以上。
机构选型
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
齿轮连杆机构
在进行运动分析时，可将构件2、3及 该机构用于将回转 运动转换成往复直线运 运动副B、C、D拆分成一个RRR二阶基本 动，构件1为主动，以 杆组进行分析。 角速度ω1 绕A点进行回 转运动，由构件1，2， 3，4及运动副A、B、C、 C D组成一个曲柄摇杆机 2 构 ， 在 摇 杆 CD 上 固 联 B 1 3 一个齿轮，该齿轮随摇 5 D 杆进行往复摆动，通过 A E 齿轮与齿条啮合传动， 4 将 曲 柄 AB 的 回 转 运 动 就转换成了齿条的往复 直线运动。
按执行构件运动形式进行机构选型
2. 往 复 运动
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、 气动、液压机构等 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
机构组合方式
1
2
并 联 式
序 号
组合 方式
机构组合方式
3
复 合 式
4
反 馈 式
序 号
组合方式
机构组合方式
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： 1）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。
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。 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
机械原理机构方案设计 及参考方案
设计方案
主题：“幻〃梦课堂”
第六届全国大学生机械创新设计大赛. 2014
内容：“教室用设备和教具的设计与制作”。 要求： 1.学生们可根据对日常课堂教学情况的观察， 或根据对未来若干年以后课堂教学环境和状 态的设想，设计并制作出能够使课堂教学更 加丰富、更具吸引力的机械装置。
5
6
实现预期轨迹机构
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
增力及夹持机构
机 构 型 式
（1）斜面杠杆机构 （2）铰链杠杆机构 （3）肘杆式机构
（1）棘轮调节机构 （2）偏心调节机构 （3）螺旋调节机构 （4）摇杆调节机构 （5）可调式导杆机构
7
8
行程可调机构
序 组合 号 方式 串 联 式
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。
B
2
C
D
1 A
3
4
G
F
5
E
方案十五
A
8
1
D
4 7
P H I
5
E
6
F
3
C
2
B
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。
3
5
4
ω1
1
2
方案六
的机构。
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
6
3
4
5 2
1
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。
B'
C'
E'
B'
2 3
C
1 A D
E5 4 F
方案九
车库上翻门机构（建设部标准）
4
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
1
A
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 析该构件中配重G的 选择的合理性。
G B 2 C 3
方案十
简易关节机器人（各种三关节）
方案十一 方案十二 方案十三 方案十四 方案十五 方案十六 方案十七 方案十八 方案十九 方案二十
夹钳机构 电动牙刷 椭圆齿轮连杆机构 印刷机送纸机构 齿轮连杆机构 柔性链—杆传动 平动链轮机构 空间球面机构 迭联式组合机构 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。
F
方案十六 柔性链—杆组合机构
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
5 3 4
2 1
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。
按执行构件运动形式进行机构选型
4. 预 定 轨迹
直 线 连杆近似直线机构、八杆精确直线机构、 轨迹 某些组合机构等 利用连杆曲线实现预定轨迹的多杆机构、 曲 线 凸轮-连杆组合机构、 轨迹 行星轮系与连杆组合机构等
按执行构件运动形式进行机构选型
换向 5. 特 殊 运 动 超越 要求 双向式棘轮机构、定轴轮系（三星轮换 向机构）等
按执行构件运动形式进行机构选型
棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、 间 歇 凸轮式间歇运动机构、 转动 某些组合机构等 特殊形式的连杆机构、摆动从动件凸轮 3. 间 歇 机构、齿轮-连杆组合机构、 间 歇 摆动 利用连杆曲线圆弧段或直线段组成的多 运动 杆机构等 棘齿条机构、摩擦传动机构、从动件作 间 歇 间歇往复运动的凸轮机构、 移动 反凸轮机构、气动、液压机构、移动杆 有停歇的斜面机构等
按执行构件运动形式进行机构选型
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 1. 连续 转动
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
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
• （参看王德伦编写的机械原理教材，2011.9，机械工业出版社）
参考方案
方案一 方案二 方案三 方案四 方案五 方案六 方案七 方案八 方案九 方案十 X型杆链设计及其应用 按给定轨迹要求设计六杆机构 换向机构 按任意给定的平面运动设计机构 蛙式夯土机 汽车雨刷机构 闭门机构 实现两位置要求机构（竖箱机构） 车库上翻门机构 简易关节机构机器人
齿式棘轮机构、摩擦式棘轮机构等
过 载 带传动机构、摩擦传动机构等 保护
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 机 构 型 式
1
（1）摩擦轮机构 （2）齿轮机构、轮系 匀速转动机构（包括定 （3）平行四边形机构 传动比机构、变传动比 （4）转动导杆机构 机构） （5）各种有级或无级变速机 构 （1）非圆齿轮机构 （2）双曲柄四杆机构 （3）转动导杆机构 （4）组合机构 （5）挠性件机构
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
牙刷在日常生活中每天都要用到它，请
Hale Waihona Puke Baidu提出几种新型的电动牙刷机构，使牙刷头
2. 课堂包括教室、实验室等教学场所。教室用设备包括桌椅、 讲台、黑板、投影设备、展示设备等；教具是指能帮助大学生 理解和掌握机械类课程（包括但不限于“理论力学”、“材料 力学”、“”机械制图”、“机械原理”、“机械设计”、 “机械制造基础”等）的基本概念、基本原理、基本方法等的 教学用具。
3. 学生在设计时，应注重作品功能、原理、结构上的创新性。
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非匀速转动机构
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
往复运动机构（包 括往复移动、往复 摆动）
机 构 型 式
（1）曲柄——摇杆往复运动机构 （2）双摇杆往复运动机构 （3）滑块往复运动机构 （4）凸轮式往复运动机构 （5）齿轮式往复运动机构 （6）组合机构
3
4
间歇运动机构（包 括间歇转动、间歇 摆动、间歇移动） 执行机构实现的运 动或功能