第五章 机构的组合与创新设计

• 该机构可设计出理想的电风扇，扇叶转数可通过电动机调 速调整。附加机构的机架(基础机构的系杆)转动速度为
n1: 电动机转数 nH: 系杆转数
• 调整齿轮的齿数可改变附加机构机架的转数。
3、组合示例(I型)
齿轮机构 附加机构 基础机构 连杆机构
常用电风扇 的机构简图
齿轮机构 附加机构
基础机构 齿轮机构
7 试对图示电动玩具马的传动机构进行分析
解：机构为叠加组合方式。 (曲柄滑块+两杆机构)
机构由曲柄摇块机构 ABC 安装在 两杆机构的转动构件 4上组合而成。 机构工作时分别由转动构件 4和曲 柄 1输入转动，致使马的运动轨迹 M 是旋转运动和平面运动的叠加 (实现马的俯仰和升降即跳跃)，以两 杆机构作为基础机构使马作前进 运动，三种运动形态合成马飞奔 前进的运动形态。
5 试对图示V形发动机的双曲柄滑块机构进行分析
解：机构为并联组合方式。 (曲柄滑块+曲柄滑块机构) 两个汽缸作V形布置，它们的 轴线通过曲柄回转的固定轴 线，当分别向两个活塞输入 运动时，曲柄可实现无死点 的定轴回转运动，并且还具 有良好的平衡、减振作用。
6 试对图示活塞机的齿轮连杆机构进行分析
解：机构为II型并联方式。 (曲柄滑块+曲柄滑块机构) 图示机构是两个曲柄滑块机构 ABE和 CDE的并联组合，同时与相啮合的齿 轮机构进行连接。机构构件长度满足 AB=CD,BE=DE, 同时两齿轮的分度圆 直径相等。 AB 和 CD 与气缸的轴线形 成的夹角相等且对称分布。齿轮转动 时，活塞将沿气缸内壁作往复移动。 若机构中的两齿轮和两连杆的质量分 别相等，则气缸壁上将不会受到因构 件的惯性力而引起的动压力。
转动导杆槽轮机构
凸轮槽轮机构
双槽轮机构的串联
• 类似改变槽轮运动和动力特性的机 构串联组合形式还有转动导杆槽轮 机构、凸轮槽轮机构、椭圆齿轮槽 轮机构，以及双槽轮机构的串联等
椭圆凸轮槽轮机构
1主动椭圆齿轮 2带有转臂 的椭圆齿轮 3槽轮 A拨销
2 试对图示冲压机凸轮连杆机构进行机构分析
• 解：图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。 两个盘状凸轮固接在一起， 凸轮1和推杆2组成移动从动 件盘状凸轮机构。 凸轮和 摆杆3组成摆动从动件盘状 凸轮机构。当机构的主动件凸轮 1转动时，推杆 2 实 现左右移动；同时摆杆3实现摆动，并由摆杆的摆动 带动连杆 4 运动，使从动件滑块 5实现上下移动。根 据所设计的凸轮，推杆 2与滑块 5可实现对应的时序 关系。
II型并联机构
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。
曲柄滑块 曲柄滑块
V型双缸发动机(I型并联机构)
二、并联组合的基本思路
2、实现运动的分解与合成
齿条齿轮
齿条齿轮
端面凸轮机构 平底直动盘形凸轮
二、并联组合的基本思路
3、改善机构受力状态
Z1
C1
B2 B1 A B3
Z2
C3 D
二、 机构叠加组合的关键问题
• Ⅰ型: 较复杂，但有规可循。如齿轮(附加)+连杆 (基础)时，连接点: 在输出齿轮和输入连杆上。 如齿轮(附加)+行星轮系(基础)时，可把附加机构 安置在基础轮系机构的系杆上，附加机构的齿轮 或系杆与基础机构的齿轮连接即可。 • 机构叠加组合成的新机构具有很多优点，可实 现复杂的运动要求，机构的传力性能较好，减小 了传动功率，但设计构思难度较大。
3 试对图示液压挖掘机进行机构分析
解：机构的叠加组 合。由三套液压缸 机构叠加组成。
•第一套液压缸机构1~4以挖掘机机身1为机架，机构的 运动可以使大转臂4(输出构件)实现俯仰动作。第二套液 压缸机构是4~7，叠加在第一套机构的大转臂4上，机构 运动结果可使小转臂7 (输出构件)实现伸缩摇摆。第三 套机构是由7~10组成的液压缸机构，叠加在第二套机构 的小转臂7上，最终使铲斗10完成复杂的挖掘动作。
3、串联组合示例
C B E
I型串联组合
F
A
D
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。
减少连杆机构的速度
组合实例：
B
A
改变滑块的运动规律
C
D
3、并联组合实例
B C A
C B
I型并联机构 I型并联机构
C4 C1 B O C3 C2 A
差动轮系(由齿轮1/2/3/系杆H 组成)为基础机构，差动轮系 的系杆和齿轮1经连杆机构 ABCD和齿轮机构z1、z4封闭， 四杆机构和定轴齿轮机构组成 两个附加机构，形成Ⅱ型齿轮 连杆封闭组合机构。
2自由度五杆机构OABCD 为基础机构，凸轮机构为 封闭机构。五杆机构的两 个连架杆分别与凸轮和推 杆固接，形成Ⅰ型凸轮连 杆封闭组合机构。
4 试分析图示牛头刨床导杆机构的组合方式
解：机构为串联组 合方式(导杆机构+ 六杆机构)。
前置机构为转动导杆机构，输出杆 BE 作非匀速运动，从而使从动件 4 实现近似匀速往复移动。其中转动 导杆机构ABD为前置子机构，曲柄1 为主动件，绕固定轴 A 匀速转动， 使该机构的从动件2输出非匀速转动。 六杆机构BCEFG为后置子机构，主 动构件为BE，即前置子机构的输出 构件 2 ，因 2 构件输入的是非匀速运 动，所以中和了后续机构的转速变 化。故当曲柄 1 匀速转动时，滑块 4 在某区段内实现近似匀速往复移动。
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
牛头刨床机构
可看作齿轮机构与导 杆机构串联后，再连接 Ⅱ级杆组DE。
冲(压)床机构
带传动机构、齿轮机构和连 杆机构串联后，再连接Ⅱ级 杆组CE组成的机构系统。
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(工程中的附加约束一般采用具有复杂曲 线结构的高副)，从而达到机构创新设计的目的。
原因是主动拨盘一般作匀速转动，并且回转半径不变。当运动传递给 槽轮时，由于主动拨盘的滚销在槽轮的传动槽内沿径向相对滚移，致使 槽轮受力作用点也沿径向发生变化。若滚销以不变的圆周速度传递运动 时，导致槽轮在一次转位过程中，角速度由小变大，又由大变小。 图例中，采用双曲柄机构与槽轮机构的串联式组合方式。槽轮机构的 主动拨盘固接在双曲柄机构ABCD的从动曲柄上，从动曲柄上E点的变化 速度能够中和槽轮的转速变化，使槽轮能近似等速转位 。
双滑块 双滑块
C2
三环减速器机构
二、并联组合的基本思路
4、同类机构可以并联组合，不同类机构也可以并联组合
反移动凸轮 摇杆滑块 曲柄摇杆
摇杆滑块
摇杆滑块
3、组合示例(I型)
• 蜗杆传动机构安装在行 星轮系机构的系杆H上， 由蜗轮给行星轮提供输 入运动，带动系杆缓慢 转动。附加机构驱动扇 叶转动，并通过基础机 构的运动实现附加机构 360°全方位慢速转动。
• 叠加组合方法为创建叠加机构提供了理论基础。
3、封闭组合示例
(a) 差动轮系 2自由度差动轮系 给定任何两个输入 运动 (如齿轮1、3) 可实现系杆的预期 输出运动。
(b) I型封闭机构 (c) III型封闭组合机构 在齿轮1、3间组合附加 把系杆H的输出运动 定轴轮系(齿轮4/5/6组 通过定轴轮系(齿轮 成)后，可获得Ⅰ型封闭 组合机构。调整定轴轮 4/5/6)反馈到输入构 系传动比，可得任意预 件(齿轮3)后，可到 期系杆转数。 Ⅲ型封闭组合机构。
内啮合齿轮机构
内啮合平动齿轮机构
内二环平动齿轮机构
内三环平动齿轮机构
内啮合外平动齿轮机构
抽油机设计
原机构 机构简图 综合 新机构
(原机构的缺点)
(克服缺点改造设计)
原机构
机构简图
机构综合（缓冲、过载保护、减速） 串联后的油 梁式抽油机 结构图
凸轮机构封闭了2自由度 蜗杆机构的蜗轮转动(基 础机构的输出运动)和蜗 杆的移动(基础机构的一 个输入运动)，是典型的 III型封闭组合机构。
注意：机构的封闭式组合将产生组合机构，组合 机构可实现优良的运动特性，但是有时会产生机 构内部的封闭功率流，降低了机械效率。所以， 传力封闭组合机构要进行封闭功率的判别。
双曲柄槽轮机构与普通槽轮机构的角速度曲线
α: 槽轮动程时的转角
i : 从动槽轮与其主动构件的角度比
Hale Waihona Puke 串联组合的槽轮机构的运动特性和动力特性能有较大改善
1曲柄 2导杆 3主动拨盘 4拨销 5槽轮
1主动拨盘 2槽轮 1主动拨盘(前置槽轮机构) 2前置 3固定凸轮 4弹簧 A拨销 槽轮 3后置槽轮 A/B拨销
C
A 1
B
4
8 机构创新
• 平动齿轮机构类型演化
+
=
平行四边形机构，齿轮机构，将这两种基本机 构进行叠加组合，BC 杆与齿轮z2固联，得到平动 齿轮机构 。
经分析研究发现，该机构运动起来后外形尺寸过大， 实用性较小。为此，以减小尺寸为出发点，进一步进行 合理的演化创新，可获得一系列新的平动齿轮机构
凸轮-连杆组合机构 广泛应用于纺织和 印刷机械中
五杆机构ABCDE为一2自由度机构，用一个凸轮高副 (凸轮固定)约束C点的运动。改变凸轮的轮廓线形状， 可实现滑块的预期运动。
例题
1 试对下图所示的双曲柄－槽轮机构进行分析。 解:串联(双曲柄+槽轮机构)
槽轮机构常用于转位和分 度的机械装置中，但它的运 动和动力特性不太理想，尤 其在槽数较少的外槽轮机构 中，其角速度和角加速度的 波动均达到很大数值，造成 工作台转位不稳定。
双重轮系机构
附加机构:齿轮l/2/3/系杆h组成的轮系。基础机构:齿轮 4/5/系杆H组成的行星轮系。附加机构的系杆h与基础机构 的齿轮4连接，实现附加机构向基础机构的运动传递。
3.组合示例(II型)
缸2
F E
CDEF
附加机构 基础机构
ABCD CD
附加机构
C D
缸1
基础机构
A B
户外摄影车机构