7機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)-第七章

1、第七章 機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)例分析第一節(jié) 電腦多頭繡花機(jī)的改型設(shè)計(jì) 1988年上海協(xié)昌有限公司引進(jìn)日本的刺繡機(jī)技術(shù)，成功研制了GY4-1型電腦多頭繡花機(jī)。該機(jī)目前在國(guó)際制衣工業(yè)上屬先進(jìn)的縫紉刺繡設(shè)備，適用于服裝、床上用品、窗簾以及刺繡工藝品等產(chǎn)品的刺繡把戲圖案。一、改型設(shè)計(jì)方案的提出電腦多頭繡花機(jī)主要功能：使機(jī)針刺穿繡料形成線環(huán)的功能；使底線與面線交織的功能；輸送和抽緊面線的功能；使繡料送進(jìn)的功能；繡線換色的功能。 1 GY4-1型電腦多頭繡花機(jī)參考日本東海縫紉機(jī)有限公司田島刺繡機(jī)研制而成。但田島刺繡機(jī)的挑線刺布機(jī)構(gòu)在美國(guó)、德國(guó)、意大利等國(guó)已經(jīng)申請(qǐng)了專利，因而GY4-1型電腦多頭繡花機(jī)很難進(jìn)入國(guó)

2、際市場(chǎng)。針對(duì)這種情況，協(xié)昌公司提出了避開田島刺繡機(jī)的專利保護(hù)，進(jìn)行挑線刺布機(jī)構(gòu)方案的適應(yīng)性設(shè)計(jì)，以生產(chǎn)新型的電腦多頭繡花機(jī)系列產(chǎn)品。 圖示為田島刺繡機(jī)的挑線刺布機(jī)構(gòu)。它的專利申請(qǐng)建立在挑線機(jī)構(gòu)使用凸輪機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上。 在進(jìn)行改型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量防止使用凸輪。2二、挑線刺布機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的本體知識(shí)表示本體知識(shí)的概念：指在某一應(yīng)用領(lǐng)域中設(shè)計(jì)某一機(jī)械系統(tǒng)時(shí)所遵循的知識(shí)的本質(zhì)和內(nèi)涵。把家用和工業(yè)縫紉機(jī)的挑線刺布機(jī)構(gòu)作為形本錢體知識(shí)的示教例子，利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法分得出兩類機(jī)構(gòu)和本體知識(shí)。 三種刺布機(jī)構(gòu)的示教例子 曲柄滑塊刺布機(jī)構(gòu)(GB型)曲柄滑槽刺布機(jī)構(gòu)(36型)六連桿滑塊刺布機(jī)構(gòu)(田島型) 3四種挑線機(jī)構(gòu)的示教例子

3、 空間凸輪(GA3-1) 平面凸輪(田島) 四連桿(GC15-1) 齒輪連桿(LZ2-AD) 4機(jī)構(gòu)名稱輸出運(yùn)動(dòng)范圍可調(diào)性輸出速度要求運(yùn)動(dòng)行為評(píng)分GA3-1不可調(diào)可滿足好田島不可調(diào)可滿足好GC15-1不可調(diào)不可滿足較差LZ2-AD可調(diào)部分滿足較好挑線機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的差異 5三、挑線刺布機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的方案生成刺布機(jī)構(gòu)的方案生成 根據(jù)機(jī)械運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)智能化概念設(shè)計(jì)的理論及其計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法的研究所開發(fā)出的一種概念設(shè)計(jì)平臺(tái)原型系統(tǒng)1MCDP說明，可以根據(jù)刺布機(jī)構(gòu)的本體運(yùn)動(dòng)行為，得到刺布機(jī)構(gòu)的備選方案。a)凸輪機(jī)構(gòu)；b)搖桿滑塊機(jī)構(gòu)；c)曲柄搖桿齒輪齒條機(jī)構(gòu)；d)正弦機(jī)構(gòu)。其中a)的運(yùn)動(dòng)行為評(píng)價(jià)最高，b)次之，c

4、)、d)更次之。 6挑線機(jī)構(gòu)的方案生成 根據(jù)挑線機(jī)構(gòu)的本體運(yùn)動(dòng)行為,得到挑線機(jī)構(gòu)備選方案4種。 a)汽車刮水器機(jī)構(gòu)；b)四桿齒輪組合機(jī)構(gòu)；c)六桿齒輪組合機(jī)構(gòu)；d)帶調(diào)節(jié)裝置的電影抓片機(jī)構(gòu)。其中b)、c)的運(yùn)動(dòng)行為評(píng)價(jià)最高，d)次之，a)較差。 7四、挑線刺布機(jī)構(gòu)的模糊優(yōu)序評(píng)價(jià)刺布機(jī)構(gòu)的評(píng)價(jià)方案a方案b方案a方案c方案a方案d方案a田島方案方案b方案c方案d方案c田島方案方案c 根據(jù)以上優(yōu)序關(guān)系，可以認(rèn)為方案a最好，方案b、d和田島居中，方案c較差。 8挑線機(jī)構(gòu)的評(píng)價(jià)田島方案方案c方案b方案d方案a 四桿齒輪組合機(jī)構(gòu)和六桿齒輪組合機(jī)構(gòu)的評(píng)價(jià)根本相同(六桿機(jī)構(gòu)略好于四桿機(jī)構(gòu))，但它們稍遜于田島的

5、挑線機(jī)構(gòu)。 由于田島專利不在刺布機(jī)構(gòu)中，為了不改變?cè)瓩C(jī)構(gòu)安裝孔的位置，仍選用田島的刺布機(jī)構(gòu)。挑線機(jī)構(gòu)選用六桿機(jī)構(gòu)。得出新型挑線刺布機(jī)構(gòu)如右圖所示。 9第二節(jié) 小型鋼軌砂帶成型打磨機(jī)設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)背景 火車鋼軌是軌道結(jié)構(gòu)最重要的部件，它直接承受車輛荷載。鋼軌打磨技術(shù)可用來消除鋼軌的波形磨耗、車輪擦傷、軌頭裂紋、接頭的馬鞍形磨耗和軌道外表裂紋萌生等，控制鋼軌外表接觸疲勞的開展。鋼軌打磨機(jī)類型：一是進(jìn)口的大型鋼軌打磨列車；二是各鐵路單位自行研制的小型鋼軌打磨機(jī)。特點(diǎn)：砂輪為磨具，前者價(jià)格昂貴，能耗大，砂輪耗材大等；后者的功能和應(yīng)用有局限性，打磨效率低，打磨質(zhì)量差。10二、創(chuàng)新構(gòu)思及設(shè)計(jì)過程1.打磨機(jī)的

6、設(shè)計(jì)要求 對(duì)小型打磨機(jī)的性能要求主要有：1)平安實(shí)用，輕便，二人能搬動(dòng)；2)能打磨道岔；3)能較準(zhǔn)確打磨標(biāo)準(zhǔn)鋼軌輪廓面；4)打磨效率高，質(zhì)量好，調(diào)節(jié)方便。 上述性能要求中的大局部是現(xiàn)有小型打磨機(jī)不具備的，也就是新型打磨機(jī)應(yīng)到達(dá)的主要功能要求。 112.設(shè)計(jì)過程(1)總體創(chuàng)新構(gòu)思 在小型打磨機(jī)的總體構(gòu)思中，突破原產(chǎn)品的約束，提出以下創(chuàng)新點(diǎn)：1)采用移植創(chuàng)造原理，把切削加工中的砂帶磨削技術(shù)引入打磨機(jī)的設(shè)計(jì)中，變剛性打磨為柔性打磨，從而改善磨削質(zhì)量；2)在柴油機(jī)氣缸蓋等復(fù)雜曲面砂帶磨削裝置的誘導(dǎo)啟發(fā)下，構(gòu)思出快速、準(zhǔn)確打磨鋼軌輪廓面的成型打磨頭；3)現(xiàn)有小型砂輪打磨機(jī)都是單軌行駛，由于道岔寬度寬于單

7、軌寬度，所以不能打磨道岔，為此運(yùn)用變性創(chuàng)造原理和技法，設(shè)計(jì)出雙輪行走局部，解決了打磨道岔的問題。 12 在上述創(chuàng)新構(gòu)思基礎(chǔ)上，通過功能設(shè)計(jì)法，設(shè)計(jì)出了小型砂帶打磨機(jī)，其總體方案見左以下圖。 該打磨機(jī)由打磨系統(tǒng)和行走系統(tǒng)組成。打磨系統(tǒng)安裝在滑板6上，滑板可在導(dǎo)軌上移動(dòng)，導(dǎo)軌固定在帶四個(gè)行走輪的減振底盤上?；逡苿?dòng)至預(yù)定位置，可通過鎖緊機(jī)構(gòu)8加以固定。兩個(gè)打磨頭4經(jīng)兩個(gè)帶滾動(dòng)軸承的多片摩擦離合器3，分別由兩臺(tái)汽油機(jī)2驅(qū)動(dòng)，打磨頭與鋼軌相對(duì)接觸位置的調(diào)節(jié)和鎖定由豎直方向和軌距方向的螺旋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5進(jìn)行。底盤輪軸上裝配可調(diào)間隙的圓柱滾子軸承，使打磨機(jī)通過時(shí)其曲線具有隨軌自適性。 13打磨機(jī)的工作過程：

8、將打磨機(jī)推至工作區(qū)間，放下接觸輪，然后預(yù)調(diào)打磨頭與鋼軌的接觸位置； 根據(jù)鋼軌病害診斷結(jié)果（由專門設(shè)備完成），確定分次打磨的實(shí)際切深，再細(xì)調(diào)并鎖定； 最后開機(jī)至一定轉(zhuǎn)速，合上離合器，開始打磨。 打磨機(jī)由人力推動(dòng)進(jìn)給，打磨效果用專門的檢驗(yàn)設(shè)備檢驗(yàn)。 14(2) 打磨磨具的移植創(chuàng)新 砂帶磨削有如下特性：1)高效磨削效率約為砂輪磨削4倍以上。2)低耗一般砂輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所消耗的能量約占總功率的15%20%，而維持砂帶運(yùn)動(dòng)的功率占4%10%，工作時(shí)，磨削發(fā)熱低。3)適用范圍廣可打磨各種鋼軌及進(jìn)行各種復(fù)雜形面的修整。4)磨削質(zhì)量好外表粗糙度值可小于Ra0.10.5m，在工件外表的剩余應(yīng)力狀態(tài)及微觀裂紋等方面，

9、優(yōu)于砂輪磨削。5)壽命較高由于涂附磨料磨具的新開展和靜電植砂砂帶的使用，以及抗“粘蓋添加劑的采用，砂帶使用壽命可達(dá)812h。 15(3)成型打磨頭部件的相似誘導(dǎo)移植設(shè)計(jì) 相似誘導(dǎo)移植是指借助類似或相近結(jié)構(gòu)和技術(shù)，移植相似元中的局部要素或全部要素，結(jié)合當(dāng)前具體問題，使求解該問題的有用信息幅度大大增加，以至于形成突發(fā)性靈感思維，從而獲得當(dāng)前問題的解決。 右圖為打磨頭傳動(dòng)示意圖，圖中驅(qū)動(dòng)輪1、張緊輪2和接觸輪3為實(shí)體式，張緊輪與接觸輪均采用凹型結(jié)構(gòu)，形狀與鋼軌輪廓相似，接觸輪的輪廓曲線采用仿輪緣踏面曲線，X鋸齒形外緣，在輪緣上沿圓周方向開平行的環(huán)形消氣溝槽，以防止運(yùn)行中砂帶憋氣，提高磨削質(zhì)量和效率。

10、16 圖示為砂帶張緊快換機(jī)構(gòu)。 砂帶的張緊通過改變張緊輪與驅(qū)動(dòng)輪之間的中心距來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)采用彈簧手柄式砂帶快換機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)砂帶磨削中的張緊。 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)原理如下：轉(zhuǎn)動(dòng)手柄1，帶動(dòng)拉桿3，使支架4在支桿8中左右移動(dòng)。若支架帶動(dòng)張緊輪6向右壓縮彈簧2，則縮短了張緊輪與驅(qū)動(dòng)輪之間的中心距，便于裝卸砂帶。反之，彈簧推動(dòng)支架張緊砂帶。 為保證張緊可靠，在調(diào)整后用螺釘5將支架與支桿固定。17 圖示為磨削量進(jìn)給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)屬于豎直方向的螺旋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用以控制接觸輪與鋼軌的正確接觸和施力。設(shè)計(jì)中采用了差動(dòng)螺旋裝置。 支架1上的螺紋與手輪螺桿7的螺紋構(gòu)成一螺旋副，與接觸輪6聯(lián)接在一起的螺母4中的螺紋與螺桿7的螺紋構(gòu)成另一

11、螺旋副，兩螺旋副組成差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)。套筒3通過螺釘2與支架1固聯(lián)為一體，螺母4可在套筒3內(nèi)移動(dòng)。為使打磨接觸輪工作可靠，調(diào)整結(jié)束后，用緊定螺釘5將螺母4固定在套筒3上。 18 軌距方向的螺旋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)5用以實(shí)現(xiàn)接觸輪與鋼軌的軌距方向的正確接觸和施力，其設(shè)計(jì)也選用了差動(dòng)螺旋機(jī)構(gòu)。 它們焊接在裝有燕尾型導(dǎo)軌的滑板上，一端與底板支撐梁固定在一起，螺桿可通過螺紋孔旋進(jìn)，機(jī)構(gòu)能夠自鎖。為嚴(yán)格保證滑板的定位，滑板可通過四個(gè)專用的鎖緊機(jī)構(gòu)固定在底盤架上。 19第三節(jié) 新型內(nèi)燃機(jī)的開發(fā) 一、往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)的技術(shù)矛盾 目前應(yīng)用最廣泛的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)由汽缸、活塞、連桿、曲軸等主要機(jī)件和其他輔助設(shè)備組成。 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)的主

12、體是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，它利用氣體燃爆使活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)移動(dòng)，經(jīng)連桿推動(dòng)曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，輸出轉(zhuǎn)矩。 活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)具有吸氣、壓縮、作功、排氣四個(gè)沖程，其中只有作功沖程輸出轉(zhuǎn)矩，對(duì)外做功。 20 往復(fù)式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)存在的缺點(diǎn)：1)工作機(jī)構(gòu)及氣閥控制機(jī)構(gòu)組成復(fù)雜，零件多。曲軸等零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝性差。2)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成曲柄連桿機(jī)構(gòu)較大的往復(fù)慣性力，此慣性力隨轉(zhuǎn)速的平方增大，使軸承上慣性載荷增大，系統(tǒng)由于慣性力不平衡而產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)。往復(fù)運(yùn)動(dòng)限制了輸出軸轉(zhuǎn)速的提高。3)曲軸回轉(zhuǎn)兩圈才有一次動(dòng)力輸出，效率低。 現(xiàn)存的問題，引起人們改變現(xiàn)狀的愿望，社會(huì)的需要，促進(jìn)產(chǎn)品的改造和創(chuàng)新。多年來，在原有發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)

13、上不斷開發(fā)了一些新型的發(fā)動(dòng)機(jī)。 21二、無曲軸式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)用機(jī)構(gòu)替代的方法以凸輪機(jī)構(gòu)代替發(fā)動(dòng)機(jī)中原有的曲軸滑塊機(jī)構(gòu)，取消原有的關(guān)鍵件曲軸，使零件數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本錢降低。 日本名古屋機(jī)電工程公司生產(chǎn)的二沖程單缸發(fā)動(dòng)機(jī)采用無曲軸式活塞發(fā)動(dòng)機(jī)，其關(guān)鍵局部是圓柱凸輪6動(dòng)力傳輸裝置。 活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過連桿端部的滑塊7在凸輪6槽中滑動(dòng)而推動(dòng)凸輪6轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)輸出軸10輸出轉(zhuǎn)矩。活塞往復(fù)兩次，凸輪旋轉(zhuǎn)360，即輸出軸輸出1轉(zhuǎn)。 22三、旋轉(zhuǎn)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī) 1945年德國(guó)工程師汪克爾經(jīng)長(zhǎng)期研究，突破了汽缸密封這一關(guān)鍵技術(shù)，使旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)首次運(yùn)轉(zhuǎn)成功。1.旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理 旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)由橢圓形的缸體1

14、、三角形轉(zhuǎn)子2(轉(zhuǎn)子的孔上有內(nèi)齒輪)、外齒輪3、吸氣口4、排氣口5和火花塞6等組成。 旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)同樣有吸氣、壓縮、燃爆(作功)和排氣四個(gè)動(dòng)作。由于三角形轉(zhuǎn)子有三個(gè)弧面，因此每轉(zhuǎn)一周有三個(gè)動(dòng)力沖程。 232.旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)功能設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)以三角形轉(zhuǎn)子在橢圓形汽缸中偏心回轉(zhuǎn)的方法到達(dá)容積變化，以完成燃?xì)獾奈鼩?、壓縮、燃爆、排氣四個(gè)動(dòng)作的功能要求。 三角形轉(zhuǎn)子的每一個(gè)外表與缸體的作用相當(dāng)于往復(fù)式的一個(gè)活塞和汽缸依次平穩(wěn)連續(xù)地工作。轉(zhuǎn)子各外表還兼有開閉進(jìn)排氣閥門的功能，設(shè)計(jì)可謂巧妙。運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)采用內(nèi)嚙合行星齒輪機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力輸出。三角形轉(zhuǎn)子相當(dāng)于行星內(nèi)齒輪2，它一面繞自身軸線自

15、轉(zhuǎn)，一面繞中心外齒輪1在缸體3內(nèi)公轉(zhuǎn)。系桿H則是發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出曲軸。24 轉(zhuǎn)子內(nèi)齒輪與中心外齒輪的齒數(shù)比是1.51，這樣轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，使曲軸轉(zhuǎn)3周，輸出轉(zhuǎn)速較高。 根據(jù)三角形轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可知，曲軸每轉(zhuǎn)一周即產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)力沖程。相對(duì)四沖程往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸每轉(zhuǎn)兩周才產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)力沖程，推知旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)功率容量比是四沖程往復(fù)發(fā)動(dòng)機(jī)的兩倍。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只有三角形轉(zhuǎn)子和輸出軸兩個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件。它需要一個(gè)化油器和若干個(gè)火花塞，但無需連桿、活塞以及復(fù)雜的閥門控制裝置。零件數(shù)量比往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)少40%，體積減少50%，重量下降1/2到2/3。 253.旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)用化 日本東澤公司從聯(lián)邦德國(guó)納蘇公司購(gòu)得汪

16、克爾旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)的專利后，進(jìn)行實(shí)用化生產(chǎn)。 經(jīng)過樣機(jī)運(yùn)行和大量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)汽缸上產(chǎn)生振紋是最主要的問題。而形成振紋的原因，不僅在于摩擦體本身的材料，同時(shí)與密封片的形狀和材料有關(guān)，密封片的振動(dòng)特性，對(duì)振紋影響極大。 該公司抓住這個(gè)關(guān)鍵問題開發(fā)出極堅(jiān)硬的浸漬炭精材料做密封片，較成功地解決了振紋問題。他們還與多個(gè)廠家合作，相繼開發(fā)了特殊密封件310號(hào)、火花塞、化油器、O型環(huán)、消音器等多種零部件，并采用了高級(jí)潤(rùn)滑油，使旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)在全世界首先到達(dá)實(shí)用化。80年代該公司生產(chǎn)了120萬臺(tái)旋轉(zhuǎn)式發(fā)動(dòng)機(jī)用于汽車，市場(chǎng)效益很好。 26第四節(jié) 可升降省力便攜式輪椅設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)思想及根本內(nèi)容 基于人性化設(shè)計(jì)思想，力

17、求克服市面上產(chǎn)品的一些缺陷，對(duì)驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，同時(shí)設(shè)計(jì)出具有能夠自我調(diào)節(jié)高度的輪椅座位。 驅(qū)動(dòng)方式從人機(jī)工程方面考慮，采用推桿形式使用戶用力比較舒適、方便，同時(shí)利用杠桿原理，具有省力的功能。 對(duì)于升降機(jī)構(gòu)，其目的主要在于提高殘疾人的自理能力，使其坐在輪椅上的上升后的高度約等于人正常站立的高度。同時(shí)要求輪椅盡可能的簡(jiǎn)單、方便、本錢低廉，更具人性化。使殘疾人的生活自理能力加強(qiáng)，同時(shí)享受到更加舒服，更具人性化的助殘機(jī)械，也滿足性能、本錢方面的要求，使他們使用方便，攜帶方便，購(gòu)置廉價(jià)。 27二、升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1.升降機(jī)構(gòu)的類型及比較(1)液壓或氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過液壓缸或氣缸來實(shí)現(xiàn)升降。(2)螺桿

18、副機(jī)構(gòu)通過旋轉(zhuǎn)螺母或螺桿來調(diào)節(jié)高度。(3)叉桿機(jī)構(gòu)通過改變叉桿之間的角度來實(shí)現(xiàn)高度的調(diào)節(jié)。282.升降機(jī)構(gòu)的方案確定 通過對(duì)前三種方案的綜合比較，在第三種方案的基礎(chǔ)上，綜合所需到達(dá)的簡(jiǎn)單、輕便、本錢低的目標(biāo)，設(shè)計(jì)了下述升降機(jī)構(gòu)的方案。 該機(jī)構(gòu)中滑輪能夠在滑道上滑動(dòng)，使叉桿之間的角度可自由改變，通過轉(zhuǎn)動(dòng)搖臂2，使絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)a、b兩點(diǎn)之間的距離以改變叉桿角度，實(shí)現(xiàn)高度調(diào)節(jié)。 1上滑道 2搖臂 3螺旋副 4叉桿 5滑輪 6下滑道 29(1)升降叉桿級(jí)別確實(shí)定 根據(jù)h和l的要求，可選擇一級(jí)或二級(jí)叉桿。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求，否認(rèn)二級(jí)叉桿結(jié)構(gòu)，采用一級(jí)叉桿結(jié)構(gòu)。對(duì)于一級(jí)叉桿結(jié)構(gòu)，對(duì)其h、l進(jìn)行調(diào)節(jié)，使受

19、力與升降高度處于最正確平衡狀態(tài)，得一級(jí)叉桿升降機(jī)構(gòu)如下圖。 30(2)螺旋副及搖臂的設(shè)計(jì) 為了使左右叉桿副能夠平衡升降，使升降平穩(wěn)，故設(shè)計(jì)一對(duì)橫桿將左右叉桿聯(lián)在一起，螺旋副裝在橫桿中間，實(shí)現(xiàn)左右平衡受力、升降平衡。根據(jù)三角形的穩(wěn)定性原理，前后橫桿之間也采用可滑動(dòng)叉桿聯(lián)接，使它們保持平行，升降更加平穩(wěn)，且左右平衡上升。絲桿的后端軸向固定，前端與螺母配合，轉(zhuǎn)動(dòng)搖臂帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以改變叉桿的前后距離，實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)。搖臂采用可折疊式結(jié)構(gòu)，可節(jié)約空間，方便操作者使用。31(3)滑道和叉桿設(shè)計(jì) 滑道采用型材焊接結(jié)構(gòu)，分別焊接在前后輪支架上，中間開槽，前叉桿與銷釘采用過盈配合，銷釘與滑道采用小間隙配合，

20、后叉桿采用銷軸與滑道體聯(lián)接。叉桿采用不銹鋼板材，孔2為兩叉桿聯(lián)接孔，孔1、孔3為與上下滑道聯(lián)接的孔，孔4為與橫桿聯(lián)接的孔。32升降機(jī)構(gòu)三維設(shè)計(jì)圖 33三、驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)1.省力機(jī)構(gòu)的方案比較與選擇(1)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但沒有省力功能，效率較低，且不可實(shí)現(xiàn)前后運(yùn)動(dòng)的自由切換。(2)棘輪機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)將間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)，但無法實(shí)現(xiàn)前后運(yùn)動(dòng)的自由調(diào)節(jié)。 (3)摩擦棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)將間歇的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)，但間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)只有一個(gè)行程做功，另一個(gè)行程為無用功，即為間歇驅(qū)動(dòng)，效率低。 本設(shè)計(jì)采用兩套摩擦棘輪機(jī)構(gòu)，一套機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)輪椅前進(jìn)、后退、空擋、制動(dòng)的切換；另一套機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇

21、運(yùn)動(dòng)的連續(xù)驅(qū)動(dòng)。342.輪椅省力機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)(1)整體設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)輪椅的左右轉(zhuǎn)向，可將輪椅前輪設(shè)計(jì)成萬向輪形式，通過調(diào)節(jié)兩后輪之間的速度可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向?；谀Σ良喌脑恚?dāng)搖桿逆時(shí)針搖動(dòng)時(shí)，棘輪與驅(qū)動(dòng)輪之間無摩擦，由于自鎖摩擦，可驅(qū)動(dòng)輪逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，將棘輪撥到圖示虛線位置時(shí)，搖桿順時(shí)針運(yùn)動(dòng)即可帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)輪椅的前后運(yùn)動(dòng)。而當(dāng)棘輪與驅(qū)動(dòng)輪無接觸時(shí)可實(shí)現(xiàn)空擋，輪椅可自由運(yùn)動(dòng)。如果壓緊棘輪，可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。 35 由于摩擦棘輪為單驅(qū)動(dòng)，即回程時(shí)不做功，故設(shè)計(jì)主輔兩套摩擦棘輪機(jī)構(gòu)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，主輔驅(qū)動(dòng)搖桿上均裝棘輪，原動(dòng)力作用于主搖桿上，主驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退、空擋、制動(dòng)，輔助驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、空擋

22、。主、輔機(jī)構(gòu)之間的驅(qū)動(dòng)搖桿聯(lián)接原理如以下圖所示，當(dāng)主搖桿4順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)即可帶動(dòng)連桿2順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)輔搖桿1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。同理，當(dāng)主搖桿4逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可帶動(dòng)輔搖桿1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣可實(shí)現(xiàn)兩驅(qū)動(dòng)搖桿的反向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)一個(gè)棘輪處于空行程狀態(tài)時(shí)，另一個(gè)棘輪處于驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，通過兩棘輪的交替工作即可消除空行程。36(2)驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)輪采用鋁合金彎曲而成，鉚接于著地輪上，同時(shí)在驅(qū)動(dòng)輪上加工凹槽，與凸輪配合。另外驅(qū)動(dòng)輪的尺寸應(yīng)適當(dāng)，如果直徑太大，一定程度上減小了凸輪與驅(qū)動(dòng)輪之間的摩擦力，但摩擦輪體積和重量較大，浪費(fèi)材料；直徑太小，如果直徑在摩擦圓之內(nèi)，使摩擦力很大，甚至到達(dá)無窮大，且輪椅的越障能力較弱。 37(3)驅(qū)動(dòng)搖桿的設(shè)計(jì) 驅(qū)動(dòng)搖桿采用不銹鋼板材，中間開槽，方便銷釘在槽內(nèi)滑動(dòng)，成滑塊機(jī)構(gòu)。主搖桿的運(yùn)動(dòng)幅度為45左右。為提高速度，輔搖桿應(yīng)有大于主搖桿的運(yùn)動(dòng)幅度。槽還應(yīng)保證主搖桿與連桿之間運(yùn)動(dòng)時(shí)夾角大于90，且角度越大效率越高，輔搖桿與連桿之間角度小于90，且角度越小效率越高。套筒采用管材加工而成，與軸采用小間隙配合，凸輪銷釘