机构组合与创新设计

•合理选择齿数z1、z2，可生成任意行星曲线。本 例中的行星曲线为三段近似圆弧，连接一RRP杆 组，可得到滑块具有三个停顿位置的输出运动。
机构组合与创新设计
•§3-4 机构的串联组合与创新设计
一、机构的串联组合方法 1. 基本概念
前一个机构(称为前置机构)的输出构件与后一个 机构(称为后置机构)的输入构件刚性连接在一起，称 之为串联组合。
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机构组合与创新设计
•（二）转动到往复摆动的运动特性分析
1. 曲柄摇杆机构 2. 摆动导杆机构
• 曲柄摇杆机构中的曲柄等速转动可实 现摇杆的往复摆动，其摆动角度大小与各 构件尺寸有关，往复摆动速度的差异与行 程速比系数有关。
• 摆动导杆机构也能实现摆杆的往复摆动， 其运动特点与曲柄摇杆机构相似，但其结构 紧凑，故在工程中的应用广泛。
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机构组合与创新设计
二、基本机构的运动特点分析
•由于完成相同运动变换的机构 类型往往不止一种，因此必须充 分了解它们的运动与动力特性， 才能更好地选择基本机构的类型。
•（一）转动到转动的运动特性分析
1. 齿轮机构
• 用于速度或方向的运动变换，即可实现减速也可增速 传动。结构紧凑，运转平稳，传动比大，机械效率高，使
• 常用的机构组合方法有: 利用机构的组成原理，不 断连接各类杆组，得到复杂机构系统; 按照串联/并联/ 叠加/封闭等规则组合基本机构，得到复杂机构系统。
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•简单机械的示意图
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•复杂的机械装置
百度文库
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•/平压模切机
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•（六）移动到连续转动的运动特性分析
• 曲柄滑块机构 • 齿轮齿条机构 • 不自锁的螺旋传动机构
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•§3-2 基本机构及其组合的概念
机构是机器中执行机械运动的主体装置，机构的 类型与复杂程度与机器的性能、成本、制造工艺、使 用寿命、工作可靠性等有密切关系。因此机构的设计 在机械设计的全过程中占有极其重要的地位。工程中 的实用机械，很少由一个简单的基本机构组成，大都 由若干个基本机构通过各种连接方法组合而成的一个 机构系统组成。
• 2RP内接副类III级杆组 机构组合与创新设计
•（二）III级杆组的类型(2/2)
• R2P内接副类III级杆组
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• 3P内接副类III级杆组 机构组合与创新设计
三、按机构组合原理进行机构创新设计
• 机构组成原理为创新设计一系列的新机构提供 了明确的途径。II级杆组和III级杆组连接到原动件 和机架上，可以组成简单机构；再把各种II级杆组 和III级杆组连接到简单机构的从动件上，可以组成 复杂机构。依此类推，可以组成各种各样的、能实 现不同功能目标的新机构。
1. (外)棘轮机构
•2. 槽轮机构
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•1.(内)棘轮机构
• 槽轮机构是把连续等速 转动转化为间歇转动的常用 机构。主动转臂转动一周， 从动槽轮可以转过的角度可 由槽轮的结构和转臂的个数 确定。
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3. 不完全齿轮机构
•4. 凸轮间歇运动机 构
•圆
柱
凸
轮
间
歇
运
动
机
构
•蜗杆凸轮间歇运动机
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2. 连接RRP型杆组
3. RRR与RRP杆组的混合连接
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（二）连接III级杆组
图示机构为原动件和机架连接3R3R和3R2RP型 III级杆组组成机构的示意图。
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四、利用机构组合原理进行机构创新设计的基本思路
•§3-3 机构组成原理与机构创新设计
一、机构组成原理
1 基本杆组的定义
•机架+原动件：F=1
•机构具有确定运动的条件： • 自由度数=原动件数
•从动构件组：F=0
•再拆成更简单的F=0的杆组
•◆定义：把机构中最后不能再拆的自由度为零的构
件组称为机构的基本杆组。
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•◆ 基本杆组的分类
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2 机构的组成原理
•◆机构组成原理：任何机构都是由若干个基本杆组 依次连接于原动件和机架上所组成的系统。
•机构＝基本机构＋基本杆组
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•牛头刨床的组合过程
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•◆机构命名方式： • 按所含最高杆组级别命名，如Ⅱ级机构，Ⅲ
级机构等。(Ⅰ级机构：只由机架和原动件组成的
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•9. 正 弦 机 构
•11. 双 转 块 机 构
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•10. 正 切 机 构
•12. 双 滑 块 机 构
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常用基本型
•（二）齿轮类机构的基本型
1. 圆柱齿轮机构 • 2.圆锥齿轮机构
• 3. 蜗杆机构
用于垂直不相交轴之间的等速转动 到等速转动的运动变换，实现机构的大 速比减速传动。
构
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常用基本型
•（五）其它常用机构的基本型
1. 螺旋机构
•2. (双)万 向机构
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常用基本型
•（六）挠性传动机构的基本型
主、从动件之间靠挠性构件连接起来，常称为挠 性传动机构。典型的挠性传动机构有带传动机构、链 传动机构和绳索传动机构。
3. 曲柄摇块机构 • 与上述机构的运动特点相似，但作往复摆
动的是块状构件，用在特定的工作环境中。
4. 摆动从动件凸轮机构
• 摆动从动件凸轮机构的特点是从动件的运动规律具有多样 性。按给定的摆动规律设计凸轮后，既可实现该运动要求。
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•（三）转动到往复移动的运动特性分析
• 利用机构组成原理进行机构创新设计(属于机构运 动方案的创新设计范畴,原动件以作定轴转动力主)，概念清 楚，方法简单，可操作性好。但要真正满足功能要 求，还必须通过尺度综合，确定待连接杆组与基本 机构输出构件的连接点位置。
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•（一）连接II级杆组
1. 连接RRR杆组
一般情况下蜗杆传动机构具有自锁性。
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常用基本型
•（三）凸轮类机构的基本型
1. 直动从动 件盘形凸轮 机构
•3. 直动从动 件圆柱凸轮 机构
•2.摆动从动件 盘形凸轮机构
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•4.摆动从 动件圆柱 凸轮机构 机构组合与创新设计
常用基本型
•（四）间歇运动机构的基本型
机构组合与创新设计
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2020/11/18
机构组合与创新设计
•§3-1 基本机构及其运动特性
一、基本机构的概念
• 本章把连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、间 歇运动机构等结构最简单且不能再进行分割的闭 链机构称为基本机构，或称为机构的基本型。 • 工程中，基本机构虽然有着广泛的应用，但 由基本机构组合在一起而形成的机构系统的应用 更为广泛。 • 基本机构是创新设计机构系统的基础。
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机构组合与创新设计
5. 连接杆组法只能实现机构运动方案的创新设 计，实现具体的机构功能要求还需进行机构的尺度 综合。综合过程与杆组的连接位置的确定有时需要 反复进行，才能得到满意的设计结果。
6. 连接杆组法也适合齿轮、凸轮等其它机构的 组合设计。
•行星轮系 •+ •RRP杆组
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•Ⅱ级杆 组
•1个内接副
•2个外接副
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•(2) n=4, pl =6的多杆组，又叫 Ⅲ级杆组 • 特征: 杆组中具有一个三副构件。
• 常见的三种形式为（含有3个内接副）
•第四种形式称为IV级组。 •特征: 有两个三副杆，且4
个构件构成四边形结构。
•(3) 更高级别的杆组n>4 已无实例了! •（含有4内接副）
利用机构组合原理进行机构创新设计可遵循下列 原则。
1. II级机构的综合方法、分析方法已经成熟，可 优先考虑II级杆组进行机构的组合设计。
2. 掌握II级杆组的6种基本形式，学会II级杆组的 变异设计。
3. II级杆组的一个外接副连接活动构件，另一个 外接副连接机架。
4. 根据机构输出运动的方式选择杆组类型。输出 运动为转动或摆动时，可优先选择带有两个转动副的 杆组，如RRR、RPR、PRR等杆组；输出运动为移 动时，可优先选择带有移动副的杆组。
用寿命长，可靠性好。是最常用的转动到转动的速度变换
机构。特别是组成各种轮系后，其应用更加广泛。
2. 带传动机构 • 常用于两转动轴中心距较大时的运动速度的变换，
即可实现减速也可增速传动。运转平稳，传动比较大， 但传动比不准确，过载时发生打滑。是最常用的大中心 距时转动到转动的速度变换机构。
3. 链传动机构 • 常用于两转动轴中心距较大时的运动速度的变换，即
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常用基本型
•（一）连杆机构的基本型
1. 曲柄摇杆机构 • 2. 双曲柄机构 • 3. 双摇杆机构
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• 4. 曲柄滑块机构
• 5. 曲柄摇块机构
•6. 转 动 导 杆 机 构
•7. 摆 动 导 杆 机 构
•8. 移 动 导 杆 机 构 •(定块机构)
机构。例：杠杆机构、斜面机构)
•◆机构组成过程 •动画演示
•◆ 机构创新设计应遵循的原则
• 利用机构组成原理进行机构创新时，在满足 相同工作要求的条件下，机构的结构越简单、杆组 的级别越低、构件数和运动副数越少越好。
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•3 平面机构的结构分析
•◆ 结构分析目的 •了解机构的组成，确定机构的级别。
•对于全低副的杆组： •n个构件、pl个低副
•杆组应该满足的条件条件:
•n和pl为整数 •n=2,4,6…
•运动副数
•构件 数
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• 讨论各基本杆的几种情况：
(1) n=2, pl =3的双杆组：又叫Ⅱ级杆组 • 常见Ⅱ级杆组的形式有 5 种(应用最广且最简
•单内)接副—— 连接杆组内部构件的运动副 •外接副—— 与杆组外部构件连接的运动副
•◆ 结构分析的过程 •把机构分解为基本杆组、机架和原动件。
•◆ 杆组拆分原则
•拆杆组
• 从离原动件最远的构件开始试拆，先拆II级组， 若不成，再拆III级组，每拆出一个杆组后，机构的剩 余部分仍应是一个与原机构有相同自由度的机构，直 到只剩原动件为止。 •杆组拆分示 •◆ 机构结构分析步骤 例
•1、正确计算机构的自由度； •2、根据机构拆分原则进行拆分 •3、最后定出机构的级别。
曲柄滑块机构、正弦机构、移动导杆机构、齿 轮齿条机构、直动从动件凸轮机构、螺旋传动机构 均可实现转动到往复移动的运动变换。它们的运动 变换相同，但运动特性却存在很大的差别。
其中，曲柄滑块机构、正弦机构、移动导杆机 构中的移动构件作往复变速移动；直动从动件凸轮 机构中的移动杆的运动规律可实现运动特性的多样 化；齿轮齿条机构和螺旋传动机构可实现移动件的 等速运动。
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•（四）转动到间隙转动的运动特性分析
槽轮机构、不完全齿轮机构、分度凸轮机构都能实 现等速转动到间歇转动的运动要求。
•（五）摆动到连续转动的运动特性分析
• 曲柄摇杆机构、摆动导杆机构中的摇杆和摆杆为 主动件时，可实现曲柄的连续转动。这种运动变换过 程中，要注意克服机构运动中的死点位置。
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•★确定机构级 别
•解：该机构无虚约束和局部自由度
• F=3×5－2机×构组7=合1与创该新设机计构为II级机构
二、杆组的基本类型 •（一）II级杆组的类型
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• Ⅱ级杆组结构形式
机构组合与创新设计
•（二）III级杆组的类型(1/2)
3R内接副类III级杆组
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比要求不是很准确的场合应用。
5. 双曲柄机构与转动导杆机构
• 利用主动件等速转动、从动件的不等速 转动的特点实现特殊工作要求。
6. 双转块机构 • 主动转块与从动转块同速转动，但它们
的转动轴线平行。可用于轴线不重合且要求 平行传动的场合。
7. 万向机构
• 单万向机构的输入与输出速度不相等， 采用双万向机构可实现同速输出，双万向机构 常用于汽车发动机到后桥之间的传动轴。
可实现减速也可增速传动。传动比较大，压轴力较小，但 瞬时传动比不准确，不适合在高速场合应用。也是在低速 时最常用的大中心距转动到转动的速度变换机构。
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4. 摩擦轮机构
• 用于速度或方向的运动变换，即可实现 减速也可增速传动。结构紧凑简单，运转平
稳，但传动比不准确，只能在小功率且传动