第三章-機構創(chuàng)新設計方法概述

1、 一個好的機械原理方案能否實現(xiàn)，機構設計是關鍵。機構設計中最富有創(chuàng)造性、最關鍵的環(huán)節(jié)，是機構形式的設計。第三章 機構創(chuàng)新設計技術基礎機構創(chuàng)新設計技術簡單動作功能機構設計 機構組合創(chuàng)新設計方法 機構變異設計 機構再生運動鏈方法 3.1 簡單動作功能 用來實現(xiàn)運動和力的簡單轉換3.1.1 簡單動作功能機構的特點與應用主要指人類最初創(chuàng)造的各種工具和簡單簡單的器械。如杠桿杠桿、斜面斜面、滾輪滾輪。尤其是輪子輪子是人類最偉大的創(chuàng)造發(fā)明，現(xiàn)代的各種機器中，是離不開旋轉的輪子輪子和軸軸的。特點：只用極少的構件（一般不成為典型的“機構”），實現(xiàn)簡單而巧妙的動作。舉例：舉例：電視機調節(jié)盒蓋電視機調節(jié)盒蓋雙動操作

2、器。雙動操作器。 圓珠筆按鈕圓珠筆按鈕 錄音機的聯(lián)動按鍵錄音機的聯(lián)動按鍵 魔方魔方 百葉窗百葉窗 拉鏈拉鏈 安全帶帶扣安全帶帶扣 舉例：要實現(xiàn)特定的動作功能 巧妙的構思。筆套上有凸塊圓珠筆按鈕圓珠筆按鈕功能原理分析對齊筆套槽時筆芯齒輪與按鈕齒輪錯開筆芯齒輪在筆套內時的情況筆芯齒輪在筆套內時的情況筆芯齒輪在筆套內時的情況錯開時縮回（外）對齊時探出（內）筆芯齒輪在筆套內筆芯齒輪在筆套內外的情況比較外的情況比較拉鏈功能原理分析簡單幾何體簡單幾何體的組合 剖開看簡單幾何體的組合 合上看舉例：鑰匙與鎖舉例：鑰匙與鎖彈子鎖鑰匙與鎖芯一把鑰匙開多把鎖？彈簧彈簧彈子1鑰匙鎖芯彈子2 3.1.2 機械零件自由度

3、分析簡單動作功能具有廣泛的用途和寬闊的空間。簡單動作功能通常通過兩個零件之間接觸表面形狀的巧妙組合實現(xiàn)，求解動作功能時針對所要實現(xiàn)的動作功能（運動規(guī)律、運動軌跡），對零件的幾何形體進行構思。 也叫幾何形體組合法對簡單動作功能優(yōu)秀設計案例的分析可以獲得很多靈感，學到很多巧妙的設計方法。 3.2 機構組合創(chuàng)新設計方法 3.2.1 機構串聯(lián)組合方法串聯(lián)組合多個基本機構順序連接 前機構輸出后機構輸入 機構串聯(lián)組合實現(xiàn)兩個目的： 1）改善原有機構的運動特性 2）使組合機構具有各基本機構的特性 1改善原有機構的運動特性槽輪機構轉位或分度角速度變化大前面加上主動撥盤前面雙曲柄機構 主動撥盤變速轉動減小槽輪轉

4、速不均勻性曲柄旋轉一周滑塊往復兩次 六桿機構A點軌跡8字形曲線 3.2 機構組合創(chuàng)新設計方法 3.2.1 機構串聯(lián)組合方法2.使組合機構具有各基本機構的特性串聯(lián)組合V帶+齒輪+棘輪+螺旋等傳動 原動機單向等速回轉 輸出件低速、單向、間歇、直線運動橢圓齒輪+曲柄滑塊組合機構 等速變速 變速的曲柄滑塊往復運動速度 3.2 機構組合創(chuàng)新設計方法 3.2.2 機構并聯(lián)組合方法機構并聯(lián)組合由兩個或多個結構相同的基本機構并列布置 3.2 機構組合創(chuàng)新設計方法 3.2.2 機構并聯(lián)組合方法1.型并聯(lián) 原動機功率不足多臺原動機+多套傳動系統(tǒng) 中華世紀壇3000噸192個輪子 16個驅動輪飛機兩或四個發(fā)動機 滿

5、足功率 替補動力 3.2 機構組合創(chuàng)新設計方法 3.2.2 機構并聯(lián)組合方法1.型并聯(lián) V形發(fā)動機2汽缸布置 90 飛機襟翼操縱機構兩個油缸各推動一個齒條加快擺動速度替補擺動 （速度減少1/2） 雙保險可靠性提高 3.2 機構組合創(chuàng)新設計方法 3.2.2 機構并聯(lián)組合方法2.型并聯(lián) 主動件或原動機的運動分成兩個再合成一個 汽缸壓力機左右兩套一個汽缸推動執(zhí)行構件5最大壓力 關鍵兩套機構同步 螺旋壓力機左右兩套螺旋螺距相同旋向相反螺距相同旋向相反（雙向） 優(yōu)點增力軸向力可以平衡 缺點向下壓力對螺桿影響較大主動油缸連桿連桿搖桿滑塊機構3、4、5執(zhí)行構件5 3.2 機構組合創(chuàng)新設計方法 3.2.2 機

6、構并聯(lián)組合方法3.型并聯(lián) 一個主動運動分解為兩個或多個輸出運動 細紗機1個電動機400-500個紗錠加工光學透鏡的拋光機1個電動機4套連桿雙滑塊驅動送料機構主動件1推動大滑塊2和小滑塊4溝槽作用運動規(guī)律不同 3.2 機構組合創(chuàng)新設計方法 3.2.2 機構并聯(lián)組合方法3.型并聯(lián)同步關鍵橋式起重機跨度大30m 兩端輪子必須同步 3.2 機構組合創(chuàng)新設計方法 3.2.2 機構并聯(lián)組合方法3.3.型并聯(lián)型并聯(lián)同步關鍵同步關鍵橋式起重機橋式起重機跨度大跨度大30m30m 幾種方案幾種方案保持兩端輪子同步保持兩端輪子同步 a a）低速軸集中驅動）低速軸集中驅動大傳動裝置大傳動裝置負重負重 b b）高速軸集

7、中驅動）高速軸集中驅動輕輕傳動軸轉速高傳動軸轉速高 c c）中軸集中驅動）中軸集中驅動機構復雜機構復雜分別驅動除中間軸除中間軸自重小自重小分組性好分組性好安裝維修方便安裝維修方便可實現(xiàn)穩(wěn)定運行可實現(xiàn)穩(wěn)定運行普遍采用減速器減速器減速器第二級減速 3.2 機構組合創(chuàng)新設計方法 3.2.2 機構并聯(lián)組合方法3.3.型并聯(lián)型并聯(lián)同步關鍵同步關鍵電影放映機的輸片機構電影放映機的輸片機構凸輪凸輪主動軸主動軸 圓弧部分圓弧部分從動件停歇從動件停歇歪盤動歪盤動橫橫向抓片向抓片航天飛船對接器對接機構對接模擬器的并聯(lián)機器人完成主動抓取、對正、拉緊、鎖住、卡緊等。并聯(lián)機構并聯(lián)機器人 3.2 機構組合創(chuàng)新設計方法 3

8、.2.3 機構疊加組合方法 將一個機構安裝在另一個機構的某個運動件上將一個機構安裝在另一個機構的某個運動件上輸出輸出各機構輸出運動的合成各機構輸出運動的合成兩種運動關系兩種運動關系 運動獨立式運動獨立式運動相關式運動相關式 電扇運動電扇運動旋轉旋轉+ +搖擺搖擺軸中軸結構軸1運動移動+轉動液壓挖掘機三套液壓擺缸機構 3.2 機構組合創(chuàng)新設計方法 3.2.4 機構反饋組合方法從主機構的運動過程中提取信息，實時反饋，從主機構的運動過程中提取信息，實時反饋，使運動適當變化使運動適當變化反饋反饋提高車床螺旋傳動精度提高車床螺旋傳動精度校正板校正校正曲線凸輪機構的從動件推動凸輪機構的從動件推動蝸桿蝸桿作

9、軸向移動作軸向移動，使，使蝸輪產(chǎn)生附蝸輪產(chǎn)生附加轉動，加轉動，從而使誤差得到校正。從而使誤差得到校正。原動件：凸輪蝸輪固接誤差校正 3.3 機構變異設計變異設計變異設計改變現(xiàn)有設計的某些參數(shù)，創(chuàng)造新的設計改變現(xiàn)有設計的某些參數(shù)，創(chuàng)造新的設計方案方案重要手段重要手段借鑒借鑒成功率高成功率高機構變異的主要目的 1）改變機構運動的不確定性 2）開發(fā)機構的新功能 3）研發(fā)新機構，改善機構的受力狀態(tài)，提高機構的強度、剛度或精度。常采用的演化變異方法： 1）利用構件的運動性質進行演化變異 2）改變構件的結構形狀和尺寸 3）在構件上增加輔助機構 4）改變構件的運動性質 3.3 機構變異設計3.3.1 機架變

10、異 1.1.全轉動副的四桿機構機架變異全轉動副的四桿機構機架變異4 4種種 曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 a a、c c 雙曲柄機構雙曲柄機構 b b 雙搖桿機構雙搖桿機構 d d曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構工作臺工作臺180 180 正反轉正反轉雙曲柄機構雙曲柄機構起重、堆料、傳送物件起重、堆料、傳送物件E點近似直線點近似直線CDCD轉動轉動180180E E點近似直線移動點近似直線移動 3.3 機構變異設計3.3.1 機架變異 2.2.含一個移動副的四桿機構機架變異含一個移動副的四桿機構機架變異曲柄滑塊機構變異曲柄滑塊機構變異 b-d b-d 曲柄導桿機構曲柄導桿機構 e e移動導桿移動導桿機構機

11、構汽車自動卸料機構汽車自動卸料機構a a雙搖桿機構雙搖桿機構b b曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構曲柄 3.3 機構變異設計3.3.1 機架變異2.2.雙滑塊機構機架變異雙滑塊機構機架變異a a雙滑塊機構雙滑塊機構橢圓繪圖儀橢圓繪圖儀 b b雙轉塊機構雙轉塊機構十字滑塊聯(lián)十字滑塊聯(lián)軸器軸器C C正弦機構正弦機構測量測量D D正切機構正切機構測量測量 3.3 機構變異設計3.3.1 機架變異 3.3.其它機構機架變異其它機構機架變異定軸輪系定軸輪系行星輪系行星輪系螺旋傳動變異螺旋傳動變異固定不同零件固定不同零件a a螺母固定螺母固定絲桿移動絲桿移動+ +轉動轉動 b b絲桿轉動絲桿轉動螺母移動螺母移動C

12、 C絲桿固定絲桿固定螺母移動螺母移動+ +轉動轉動 D D螺母轉動螺母轉動絲桿移動絲桿移動 3.3 機構變異設計3.3.2 運動副尺寸變異 1.1.擴大轉動副尺寸擴大轉動副尺寸加大連桿銷軸尺寸加大連桿銷軸尺寸泵、壓縮機、沖泵、壓縮機、沖床等床等顎式破碎機顎式破碎機曲柄搖桿機構曲柄搖桿機構 2.2.擴大移動副尺寸擴大移動副尺寸 沖床滑塊擴大沖床滑塊擴大正弦機構正弦機構 沖床滑塊擴大沖床滑塊擴大曲柄滑塊機構曲柄滑塊機構 往復凸輪分度機構往復凸輪分度機構改善機構受力狀改善機構受力狀態(tài)和動力效果態(tài)和動力效果 3.4 機構再生運動鏈方法顏鴻森教授提出顏鴻森教授提出適用新方案提出法適用新方案提出法主要步驟：主要步驟：1 1）