(附录)机构的创新设计

（附录）机构的创新设计

1 机构形式设计的原则

机构形式设计具有多样性和复杂性，满足同一原理方案的要求，可采用不同的机构类型。在进行机构形式设计时，除满足基本的运动形式、运动规律或运动轨迹要求外，还应遵循以下几项原则。

1．1 机构尽可能简单

1．机构运动链尽量简短

完成同样的运动要求，应优先选用构件数和运动副数最少的机构，这样可以简化机器的构造，从而减轻重量、降低成本：此外也可减少由于零件的制造误差而形成的运动链的累积误差，从而提高零件加入工艺性和增强机构工作可靠性。运动链简短也毛利于提高机构的刚度，减少产生振动的环节。考虑以上因素，在机构选型时，有时宁可采用有较小设计误差的简单近似机构，而不采用理论上无误差但结构复杂的机构。图1—1所尔为两个直线轨迹机构，其中国a为f点有近似直线轨迹的四仟机构，图b为理论广仓点有精确直线轨迹的八杆机构c实际分析表明，在保证同一制造精度条件F，后者的实际传动误差约为前者的2～3倍，其主要原因在于运动副数目增多而造成运动累积误差增大。

2适当选挥运动副

在基本机构中，高副机构只有3个构件和3个运动副，低副机构则至少有4个构件和4个运动副。因此，从减少构件数和运动副数，以及设计简便等方圆考虑，应优先采用高副机构。但从低副机构的运动副元素加工方便、容易保证配合精度以及有较高的承载能力等方面考虑，应优先采用低副机构。究竞选择何种机构，应根据具体设计要求全而衡量得失，尽可能做到“扬长避短”。在一般情况下，应先考虑低副机构，而且尽量少采用移动副(制造巾不易保证高精度，运动中易出现自锁)。在执行构件的运动规律要求复杂，采用连杆机构很难完成精确设计时，应考虑采用高副机构，如凸轮机构或这杆—凸轮组合机构。

图1—1实现直线轨迹的机构

3适当选择原动机

执行机构的形式与原动机的形式密切相关，不要仅局限于选择传统的电动机驱动形式。在只要求执行构件实现简单的工作位置变换的机构中，采用图1—2所示的气压或液压缸作为原动机比较方便，它同采用电动机驱动相比，可省去一些减速传动机构和运功变换机构，从刚可缩短运动链，简化结构，且具有传动平稳、操作方便、易音：调速等优点。再如，对图1—3所示钢板叠放机构的动作要求是将轨道正的钢板顺滑到叠放槽中(图中右侧末示出)。图a为六杆机构，采用电动机作为原动机，带动机构中的曲柄转动(末画出减速装置)；图b 为连杆—凸轮(为固定件)机构，采用液压缸作为原动件直接带动执行构件运动。可以看出后吝比前者要简单。以上两例说明，改变原动件的驱动力式毛可能使机构结构简化。

此外，改变原动机的传输方式，也可能使然构简化。在多个执行构件运动的复杂机器巾，若由竿悦(原动)统一驱动改成多机分别驱动，虽然增加了原动机的数目和电控部分的要求，侗传功部分的运功链却可大为简化，功率损耗也可减少。因此，在台机器中只采用一个原动机驱功不—定就是最佳方案。

4．选用广义机构

不要仅限于刚性机构，还可选用柔性机构，以及利用光、电、磁和利用摩擦、重力、惯性等原理工作曲广义机构，许多场合可使机构更加简单、实用。

图1—2 实现位置受换的液压机构

图1—3钢板叠放机构

1.2尽量缩小机构尺寸

机械的尺寸和重量随所选用的机构类型不同而有很大差别。众所周知，在相同的传动比情况下，周转轮系减速器的尺寸和重量比普通定轴轮系减速器要小得多。在连杆机构和齿轮机构中，也可利用齿轮传动时节圆作纯滚动的原理或利用杠杆故人或缩小的原理等米缩小机构尺4。在图1—4所示连杆—齿轮机构中，因为利用了小齿轮3的节圆与活动齿条在正点相切作纯滚动，而与固产齿条相切在D 点，且为绝对瞬心。因此，活动齿条上z 点的位移是c 点位移的2倍，是曲柄长的4倍。显然在输出位移相同的前提下，其曲构比一般对心曲柄滑块机构的曲柄长可缩小—半，从而可缩小整个机构尺寸。

一般说来，圆柱凸轮机构尺寸比较紧凑，尤其是在从动件行程较大的情况下。盘状凸轮机构的尺寸也可借助杠杆原理相应缩小。在图1—5所示凸轮-连杆机构中，利用—个输出端半径2r 大于输入端半径1r 的摇杆剧BAC ，佼C 点的位移大丁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。

图1—4 使位移增加的连杆—齿轮机构

图1—5使位移增加的凸轮—连杆机构

1.3应使机构具有较好的动力学特性

机构在机械系统中不仅传递运动，而凰还要起列传递和承受力(或力矩)的作用，因此要选择有较好的动人学特件的机构。

1．采用传动角较大的机构

要尽可能选择传动角较大的机构，以提高机器的传力效益，减少功耗。尤其对于传力大的机构，这一点更为重要。如在可获得执行构件为往复摆动的连杆机构中，摆动导杆机构最为理想，其压力角始终为零。从减小运动副摩擦，防止机构出现自锁现象考虑，则尽可能采用全由转动副组成的连杆机构，因为转动副制造方便，摩擦小，机构传动灵活。

2采用增力机构

对于执行构件行程不大，而短时克服工作阻力很大的机构(如冲压机械中的主机构)，应采用“增力”的方法，即瞬时有较大机械增益的机构。如图1—6所示为某压力机的主机构，曲柄AB 为原动件，滑块5为冲头。当冲压工件时，机构所处的位置是α和θ角都很小的位置。通过分析可知，虽然冲头受到较大的冲压阻力F ，但曲柄传给连杆2的驱动力12F 很小。当

20=≈αθ、时，12F 仅为F 的7％左右。由此可知，采用了这种增力方法后，即使该瞬时需要克服的工作阻力很大，但电动机的功率不需要很大。

3．采用对称布置的机构

对于高速运转的机构，其作替复运功和平面一般运动的构件，以及偏心的回转构件的惯性力和惯性力矩较大，在选择机构时，应尽可能考虑机构的对称性．以减小运转过程中的动载荷和振动。如图1—7所示的摩托车发动机机构，由于两个共曲柄的曲柄滑块机构以点A 为对称，所以在每一瞬间共所有惯性力完全互相抵消，达到惯性力的平衡。

图1—6压力机主机构

图1—7 对称布置的连杆机构 2 机构的选型

所谓机构的选型，是指利用发敬思维的方法，将前人创造发明出的各种机构按照运动特性或实现的功能进行分类，然后根据原理方案确定的执行构件所需耍的运动特性或实现功能进行搜索、选择、比较和评价，选出合适的机构形式。