浅谈机械机构构型的创新设计

2011年9月（上）

创新是一个行业发展的灵魂，对古老的机械行业来说，也是如此。随着社会的进步发展，生产生活的方式不断的改变，需要解决的问题也逐步趋于多样化，因此就对机械行业提出的要求。只有在创新的基础上发展，机械行业才会在以后焕发出新的活力，才能不断的解决出现的新问题。机械领域的创造性设计将会为提高行业的工作效率，减少能耗降低污染，提升设备的可靠性与精度，简化设备的内部构造。发展绿色机械工业等做出重要的贡献。

一个好的机械原理方案能否实现，机构设计是关键的部分。机构设计中最富有创造性，最关键的环节是机构形式设计，常用的机构形式设计方法有两大类：机构的选型和机构的构型，本文主要从后者介绍机构创新设计方法。

然而机械机构的创新设计并不是漫无目的的随意想象。机械行业经过长期的发展已经形成了许多设计方面的原则，只有在遵循这些原则的前提之下才能设计出实用的机械结构，这几项原则如下：

1）机构的运动链应该尽量短。这主要是从节约成本，减少累积误差，减少震动的角度考虑。

2）适当选择运动副。应先了解高副与低副各自的特点，能充分发挥它们的优势，做到扬长避短。

3）适当选择原动机。应该根据具体要求选择合适的原动机。在一些情况下可以考虑选用多个原动机的方案。

4）尽量缩小机构的尺寸，较小的机构尺寸对空间的利用率更高，适当的选用凸轮，连杆，滑块等可以有效缩小机构尺寸。

1机构构型创新设计1.1利用组合原理构型新机构

如今在生产实践中，仅仅利用一种单一的机构往往无法完成多种要求。齿轮机构有良好的运动和动力特性，但是运动形式简单；棘轮机构可间歇运动，但是动力特性不理想；连杆机构简单方便，但是难以实现一些特殊的运动规律；凸轮机构虽然可以实现任意运动规律，但是行程不可调，也不可能太大。为了解决这些问题，我们可以把两种或以上的基本结构进行组合，充分利用各自的良好性能，改善其不足，创造出符合要求具有良好的运动及动力特性的新型机构。

下面我们讲一个利用组合原理构型新机构的实例：

设计一个间歇冲压装置安装在一条流水生产线上。要求压力符合要求，结构紧凑，效率高。

解决方案如上图，电动机输出的是旋转运动，通过齿轮机构与大轮相啮合，连杆1，连杆2与大轮构成凸轮-连杆-滑块机构；将旋转

运动转化成直线往复运动。直线往复运动作用于由连杆3，连杆4，连杆5一起构成了肘杆增力机构，满足了工作压力的要求。同时连杆3，连杆4，连杆5与中心线呈对称布置，其好处之一是有两个输出装置，可以一机两用，间接的提高了空间利用率，之二是提高了加工产品的效率。

设计此装置的意图也非常清晰，首先是要将旋转运动转变成直线往复运动，再利用增力机构最后输出。组合原理构型的效果十分显著。

1.2利用机构的变异构型新机构

为了实现一定的工艺动作要求或者使机构具有某些特殊的性能而改变机构的结构，演变发展出新结构，这种方法称为机构的变异构型。下面来研究一个实例：

上图左侧为传统摆动从动件圆柱凸轮机构，理论上除了两个特殊点之外，摆杆的运动规律只能是近似的，摆角越大，准确度越差。右图为经过局部改进的方案，由图可见，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ω0上下摆动；与此同时摆杆5与摇块6作相对移动，摇块6与机架1相对转动实现了运动过程的自适应。

该机构克服了传统机构的不足突破了其对摆角的局限，并且摆动的运动规律也十分精确。是机构变异构型新机构的典型。

2总结

如前文所述，机构构型创新不是漫无目的的空想，而是基于现有的技术的改进或者创新以满足生产生活中的新要求。在具有一定的专业水平之后，如何激活创新意识和掌握创新方法才是解决问题的根本。本文所述的创新方法比较倾向于实用性，而实例则具有一定的启发性。希望本文能够给读者一定的帮助。

中图分类号：TP

文献标识码：A

浅谈机械机构构型的创新设计

胡健

（武汉大学动力与机械学院机械工程系，湖北武汉

430072）

[摘要]机械创新已经成为各大高校机械系十分重视的教学工作之一，通过机械创新设计才能使机械行业更加趋近于绿色，节能，高效，实

用。而机械机构创新在机械领域中以及人们的生产生活，加工制造，以及各种机械创新竞赛和机器人大赛中都具有重要的位置。本文主要讲述的组合创新机构设计和机构变异创新设计是以满足机构的实用性出发，通过一些实例来帮助阐述机械机构创新重要性，作用和方法。让读者更深的体会机械创新给生产生活以及工业加工过程中的带来的有利变化。其中的一些实例也可作为以后工业设计的典型参考。[关键词]机械；机构；构型；创新；设计

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