试析机械机构构型的创新设计

试析机械机构构型的创新设计

摘要：随着社会对机械性能要求的提高，机构构型的创新设计更加引起人们的关注。文章从机械机构构型创新设计的概念和目的分析入手，探讨了机械机构构型创新设计的原理和原则，此外，文章还应用了实例来说明机械机构构型创新设计的相关问题。

关键词：机械机构机构构型创新设计

随着社会的发展和社会的进步，机械行业需要解决的问题越来越多样化，同时也对机构构型的设计提出了更高的要求。要解决现实中面临的这些问题，就需要进行创新设计，以推动机械业的不断发展和进步。机构构型的创新设计会提高机械的性能，简化机器的内部构造，提高行业的工作效率，降低能耗，减少污染，提高机器设备的准确度和精确度，对整个机械行业的发展中有十分积极的意义。

1 机械机构构型创新设计概述

机械机构仍然是机器的重要组成部分。在现代机械产品的创新开发中，从原理的构思、运动尺寸的确定，机器性能的分析以及结构形状的探讨，无不和机构设计的基本理论和基本方法有着相当紧密的联系。机械机构构型创新设计的目的是按照要求设计出符合条件的新机构，在总体方案设计阶段突破传统的设计方法，采用创造性思维，实现从选型设计向构型设计的转变。机构构型创新设计是一个比较抽象和复杂的设计过程，在没有任何依据，凭空设计出一种新机构是非常

困难的。所以，可以采用再生设计的方法来实现机械机构构型的创新设计，即借鉴和吸收现有的机构设计特点，运用创造性的思维和方法，通过类型创新得到新的机构构型。

2机械机构构型创新设计的原理

2.1 机构组合原理

事实上，在结构设计中和运用实践中，运用用单一的机构不能满足要求，不能完成任务。齿轮机构具有良好的运动性能和动力特性，但运动形式太简单；棘轮机构尽管可以进行间歇运动，但他的运动特性太差；连杆机构运动简单，使用方便，但是很难实现一些特殊运动规律；凸轮机构可以实现任意运动，但是行程的可调性太差。所以，在实际运用中，单一的机构往往具有自身的缺陷与不足，而为了弥补各自的不足，在机构构型创新设计中我们可以把两种或两种以上的机构进行组合，充分利用各自的性能，发挥各自的优势，创造出符合要求的新型机构。

2.2机构变异原理

这种原理的而基本思路是：首先要确定一个原始机构，并对该机构的结构组成和功能约束进行分析。然后通过一般化的处理将机构运动简图转化为一般化的运动链。再采取措施使运动链的结构系列化，即将运动链进行排列组合，找出其中的不同结构形式。最后按照该机构构型的功能所赋予的约束条件，演化成众多的再生运动链和相应的

新机构。

3 机械机构构型创新设计的原则

机械行业是一个比较古老的行业，经过其漫长的发展和演进，已经形成了很多关于机械机构构型设计方面的原则，这些原则对机械机构构型设计实践重要的指导意义。事实上，也只有遵循这些基本原则，才有可能使具有实用价值的机构构型设计得以实现。总的来说，机械机构构型创新设计的原则包括以下几点。

3.1 缩短机构运动链原则

运动链太长会加大震动，增加积累误差，也增加了机械设计的成本。所以，在机构构型创新设计中，要尽量缩短运动链，以减小震动，减小积累误差，降低机械设计成本。

3.2 恰当选择运动副原则

运动副是两构件直接接触组成的可动连接，它限制了两构件之间的某些相对运动，在机械机构构型设计中常用的是高副和低副。高副和低副各有自己的特点，低副在接触部分的压强较低，因而比高副更加耐磨损。在机械机构构型设计中，要充分认识高副和低副的不同特点，根据设计的实际需要选择使用，充分发挥运动副的优势，取长补短。

3.3 恰当选择原动机原则

原动机是指用能源产生原动力的一切机械，包括热力、水力、风力、电力发动机等，机械也需要原动机，以提供动力，保障正常的运行工作。在机械机构构型设计中，要根据机械的具体要求选择适合的原动机，为了保证机械的正常运行，在设计中，可以考虑采用多个原动机，以保障充足的动力。

3.4 缩小机构的尺寸原则

机构尺寸的大小对机械性能的发挥有着重要的作用。机构尺寸较小，占用的空间较少，有利于各个部分功能的发挥和空间的有效利用，反之，尺寸较大则不利于机械整体性能的发挥。为了缩小机构的尺寸，在设计中可以适当的选择凸轮、连杆、滑块等，以提高空间的使用效率，增加机械的整体性能。

4 机械机构构型创新设计的实例

4.1 利用组合原理创新设计的机械机构构型实例。

设计一个间歇冲压装置并将该装置安装在一条流水生长线上，同时要求压力符合要求，结构紧凑，效率高。该设计方案电动机输出的是旋转运动。连杆1、连杆2 和大轮构成凸轮-连杆-滑块结构，这种机构可以将旋转运动转化为直线往复运动。该设计的直线往复运动由

连杆3、连杆4、连杆5构成，并且这三个连杆与中心呈对称分布，满足工作压力的要求。总之，该机构结构清晰，将旋转运动变成了直线往复运动，收到的效果也显著。此外，该机构拥有两个输出装置的配备，使得一机两用得以实现，不仅提高了机构构型的空间利用率，也有利于加工产品的效率的提高。

4.2 利用变异原理创新设计的机械机构构型实例。

为了满足某些工艺的要求，使机构具有某些特殊性能，实践中我们可以改变某些机构的结构，设计出新的机构构型，如图 1 所示。该图的左侧为传统的摆动从动件圆柱凸轮结构，从理论上来说，除了两个特殊点之外，摆角越大，摆杆的准确度越低，而经过改进后，如右图所示，凸轮2以角速度ω转动时，导杆3 随着滚子4上下移动。滚子4又带动摆杆5以角速度ωo上下摆动，与此同时，摆杆5与摆快6作相对运动，摆快6和机架1相对转动实现了运动过程的自我调适。该机构弥补了传统机构的缺点与不足，突破了相对摆角的局限，并且摆动运动规律，摆动也十分精确，是典型的机械机构构型。

参考文献

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