機構創(chuàng)新設計第二講課件

課題三機電創(chuàng)新設計的基礎知識一機械的基礎知識1、機械及其組成機械是用來傳遞運動或動力的能完成有用機械功的裝置，用來變換或傳遞能量、信息。其特點如下:1)執(zhí)行機械運動的裝置2)物料或信息的傳遞,完成有用的機械功3)完成能量的轉換分類:動力機,工作機,信息機1課題三機電創(chuàng)新設計的基礎知識一機械的基礎知識1、機械及其2、機械組成的示意圖原動機傳動結構執(zhí)行結構控制系統(tǒng)注意:工程中，有些機械沒有傳動機構，而是由原動機直接驅動執(zhí)行機構。22、機械組成的示意圖原動機傳動結構執(zhí)行結構控制系統(tǒng)注意:工程3、運動方案設計的必備知識為了順利地進行機械運動方案設計，必須掌握必要的知識和環(huán)境信息，必須了解有關學科在實現(xiàn)運動方案設計中所能起到的作用。1.充分了解并掌握各種常用機構的基本知識；

2.必須了解和掌握各種動力源的性能和使用要求；

3.必須熟悉對設計方案的選擇有重要影響的周圍環(huán)境的信息；

4.充分重視其他學科的技術應用。33、運動方案設計的必備知識為了順利地進行機械二機構的基本類型1、平面四桿機構曲柄搖桿機構-雷達

刮雨器

攪拌機雙曲柄機構---慣性篩

平行四邊形機構

反平行四邊形機構雙搖桿機構---起落架(實際情景)起重機4二機構的基本類型1、平面四桿機構4壓力角、傳動角、死點位置-縫紉機

夾緊機構5壓力角、傳動角、死點位置-縫紉機夾緊機構5急回特性曲柄與機架長的平方和等于連桿與搖桿長的平方和6急回特性曲柄與機架長的平方和等于連桿與搖桿長的平方和6曲柄搖塊機構擺動導桿機構-牛頭刨床

曲柄滑塊(搖桿)機構偏心輪機構-發(fā)動機

破碎機固定1：轉動導桿機構-小型刨床固定2：曲柄搖塊機構-翻斗車固定3：移動導桿機構-手壓抽水機固定4：曲柄滑塊機構7曲柄搖塊機構擺動導桿機構-牛頭刨床固定設計連桿機構時注意以下問題：1、各構件的運動不能發(fā)生干涉8設計連桿機構時注意以下問題：82、在機械平衡的基礎上，把安裝配重與結構設計一并考慮3、機構的運動精度92、在機械平衡的基礎上，把安裝配重與結構設計一并考慮92、凸輪機構1、實現(xiàn)預期的位置要求--分度凸輪2、實現(xiàn)預期的運動規(guī)律要求--自動車床走刀機構

靠模車削3、實現(xiàn)運動與動力特性要求—內(nèi)燃機的配氣機構分類：按形狀分：盤形凸輪、移動凸輪、圓柱凸輪按從動件端部形狀分：尖底從動件、滾子從動件、平底從動件按從動件的運動方式分：直動從動件、擺動從動件102、凸輪機構1、實現(xiàn)預期的位置要求--分度凸輪10凸輪結構設計注意的問題:1、力鎖合、形鎖合力鎖合-靠模車削形鎖合-溝槽凸輪

等寬凸輪

等徑凸輪2、凸輪的基圓半徑較小，常做成凸輪軸；凸輪的基圓半徑較大，可做成的盤狀凸輪輪。11凸輪結構設計注意的問題:113、凸輪的磨損123、凸輪的磨損123、間歇運動機構1、棘輪機構雙向棘輪

雙棘爪調整棘輪每次轉過角度的方法：（1）調整搖桿擺角（2）設置遮板2、槽輪機構-電影放映機外槽輪機構內(nèi)槽輪機構雙圓銷槽輪空間槽輪機構133、間歇運動機構1、棘輪機構134、帶傳動144、帶傳動14優(yōu)點：緩沖、吸振作用；運行平穩(wěn)、噪音小；結構簡單，增減帶長適應不同的中心距要求缺點：普通帶傳動比不準確；傳動帶壽命短。同步帶克服了其缺點。歐拉公式：彈性滑動打滑15優(yōu)點：緩沖、吸振作用；運行平穩(wěn)、噪音??；155、鏈傳動優(yōu)點：傳動比準確，傳動效率高，能工作在惡劣環(huán)境下缺點：瞬時速度變化，平穩(wěn)性差，噪聲大基本特性參數(shù)：鏈節(jié)距鏈排數(shù)一般不超過4排，鏈節(jié)數(shù)取偶數(shù)。165、鏈傳動優(yōu)點：傳動比準確，傳動效率高，能工作在惡劣環(huán)境下基6、螺旋傳動

螺旋傳動是利用螺紋副來傳遞運動和力的，主要功能是將回轉運動變?yōu)橹本€運動。按用途分為三類：1、傳力螺旋-千斤頂2、傳導螺旋-車床進給3、調整螺旋-虎鉗滑動螺旋滾動螺旋176、螺旋傳動螺旋傳動是利用螺紋副來傳遞運7、齒輪傳動187、齒輪傳動18齒輪結構設計19齒輪結構設計19控制方法:

機械、電氣、液壓、氣動和綜合控制.電氣控制的優(yōu)點：體積小，操作方便，無污染，安全可靠，可進行遠程控制。1.電氣控制系統(tǒng)的基本要求1)滿足機械的動作要求或工藝條件。2)電氣、電子元件合理，工作安全可靠。3)停機時，控制系統(tǒng)的電子元器件不應長期帶電。4)有較強的抗干擾能力，避免誤操作現(xiàn)象發(fā)生。三機械的控制系統(tǒng)20控制方法:三機械的控制系統(tǒng)205)便于維護與管理，經(jīng)濟指標好。6)使用壽命長。7)自動控制系統(tǒng)中應設置緊急手動控制裝置。2．控制對象對原動機進行控制對電磁鐵的控制3．機械控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢-數(shù)字控制控制對象可分為兩類：第一類是以位移、速度、加速度、溫度、壓力等數(shù)量的大小為控制對象(模擬和數(shù)字控制)第二類是以物體的有、無、動、停等邏輯狀態(tài)為控制對象，稱為邏輯控制215)便于維護與管理，經(jīng)濟指標好。2122221、機械系統(tǒng)的基本組成形式四機械系統(tǒng)及其發(fā)展231、機械系統(tǒng)的基本組成形式四機械系統(tǒng)及其發(fā)展232、機械系統(tǒng)的發(fā)展與演變1．剛性機械系統(tǒng)剛性機械系統(tǒng)的運動不具有可控性。一般泛指機械裝置與電氣裝置獨立組合的機械系統(tǒng)，只有簡單的開、關、正反轉、停止等獨立的控制要求。2．柔性機械系統(tǒng)

柔性機械系統(tǒng)的運動具有可控性，可借助傳感器或控制電路，通過微機按位置、位移、速度、壓力、溫度等參數(shù)實施智能化控制。242、機械系統(tǒng)的發(fā)展與演變243．機械系統(tǒng)的發(fā)展253．機械系統(tǒng)的發(fā)展25構件的結構設計原則:1)根據(jù)受力大小、方向及對機械的具體要求，選擇構件材料，選擇材料要合理。2)工藝過程要合理。3)選擇橫截面的形狀與尺寸,有適當?shù)男螤睢?)結構化的構件要滿足強度、剛度等項要求，符合安全性與可靠性指標。5)要考慮到與其它構件的可聯(lián)接性及聯(lián)接待點。6)構件之間不能發(fā)生運動干涉。7)要考慮到經(jīng)濟性，盡量降低成本。8)維修、安裝方便。五構件設計的原則26構件的結構設計原則:五構件設計的原則26機構的創(chuàng)新設計是在新構思的基礎上進行的設計，它包括對原有機構的創(chuàng)新應用、新機構的構思和原動機的創(chuàng)新發(fā)展三個方面。1、機構的創(chuàng)新應用機構的創(chuàng)新應用是仍然使用常見的機構，經(jīng)過巧妙的構思，賦予機構以新的應用。如無腳蹬自行車即是將自行車后輪安裝成偏心輪，恰似曲柄的形式，使后輪轉動六機構的創(chuàng)新設計

27機構的創(chuàng)新設計是在新構思的基礎上進行的設計，它包括對原有機構2、新機構的構思1）.原有機構的發(fā)展在對原有機構的應用中，由于其某些性能方面的不足，所以會出現(xiàn)一些新的機構。如齒輪傳動的傳動比較小，因而有蝸輪-蝸桿機構的出現(xiàn)，此后又有擺線針輪減速器和諧波減速器的出現(xiàn)等等。2）.新機構的創(chuàng)造如利用纖維連桿將可逆旋轉或擺動變換成直線往復運動的執(zhí)行元件已用于假手的研制中。282、新機構的構思283）.組合機構將幾個機構采用并聯(lián)封閉的形式組合后形成的機構稱之為組合機構。組合機構是機構創(chuàng)新設計的一個重要方面。齒輪-連桿組合機構包裝機械中常用的一種齒輪-連桿組合機構，它可以實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律，使齒輪5單向變速轉動，瞬時停歇變速轉動或具有反向轉動的變速轉動等。293）.組合機構293）.組合機構復雜軌跡曲線的齒輪-連桿機構。連桿的尺寸、齒輪的傳動比及M點的位置不同，軌跡曲線則發(fā)生變化。303）.組合機構303、原動機的創(chuàng)新發(fā)展新型電動機和新材料驅動器的出現(xiàn)，可大大的簡化機構的結構，甚至改變了傳動機構的設計。1）.新型電動機今天的一些電動機已與傳統(tǒng)的形式有很大的不同，交流變頻調速技術的應用大大簡化了機械變速機構。直線電動機可直接輸出直線運動，采用這種電動機將不再需要諸如滾珠絲杠等直線傳動機構，并且具有非常高的傳動定位精度（μm級）。例如使用直線驅動器的電子打字機運行穩(wěn)定、機構簡單、不需要調整。直接驅動電動機，不需要經(jīng)齒輪等減速機構，而可直接用于機器人的關節(jié)驅動，大大簡化了機構的結構。即使是傳統(tǒng)的電動機，隨著高磁性材料和化學加工方法的應用，其尺寸也越來越小。如使用照相刻蝕、電鍍方法制作的盒式錄像機驅動用新型無刷直流電動機厚度僅為4mm。其中4層繞組總厚度為0.7mm，永久磁鐵厚度為1mm。此外，還可采用硅技術（IC制造技術）制作微型電動機。313、原動機的創(chuàng)新發(fā)展312）.新材料驅動器由于新材料的出現(xiàn)，產(chǎn)生了許多新型驅動原理與新型驅動器，它們給機構設計帶來了新思想。3）.多自由度驅動器多自由度機械需要多個原動件，每個原動件都需要一個驅動器，有時多個驅動器間還需要有一些機構作運動協(xié)調處理。多自由度驅動器在多自由度裝置中應用，可以減少驅動器的數(shù)目，省去這些作運動協(xié)調的機構，降低裝置的復雜程度，減小體積，提高運動精度。如專門設計的光盤讀寫頭二自由度驅動器，可實現(xiàn)驅動光盤旋轉并準確移動讀寫頭到所期望的軌道位置。322）.新材料驅動器32設計舉例印刷機的送紙機構為例進行機械運動方案設計。

1)、任務的分析及運動參數(shù)的確定要求一疊紙中的第一張與其它紙張分離并送出，每分鐘送出30張。因此有：

(1)送出多遠？

(2)如何實現(xiàn)紙張分離？

(3)選用何種動力源驅動送紙機構？

(4)送紙機構的執(zhí)行構件應按何種軌跡運動？吸頭的三種運動軌跡圖形。運動軌跡是吸紙機構方案設計的重要依據(jù)。方案1中(1)為提紙，(2)為送紙，(3)為回程；方案2中(1)為提紙和送紙同時進行，(2)及(3)為回程；方案3中(1)為提紙及送紙，(2)為回程。33設計舉例33

2）動力源的選擇與執(zhí)行機構的確定采用電動機作為動力源，采用真空吸盤提起紙張。根據(jù)吸頭的運動軌跡，設計出三種機械運動方案。方案一是一個典型的凸輪-連桿機構，三個同軸轉動的凸輪可實現(xiàn)吸盤的吸紙軌跡及壓腳的配合壓紙動作。雙連凸輪1及2封閉了七桿機構的兩個自由度，使吸頭位移，凸輪3帶動壓腳動作。方案二和方案三也可實現(xiàn)上述軌跡及壓腳的配合動作，只不過運動速度和加速度分析與第一方案不同。

3)繪制機構運動循環(huán)圖4)機械傳動系統(tǒng)的設計342）動力源的選擇與執(zhí)行機構的確定34演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！課題三機電創(chuàng)新設計的基礎知識一機械的基礎知識1、機械及其組成機械是用來傳遞運動或動力的能完成有用機械功的裝置，用來變換或傳遞能量、信息。其特點如下:1)執(zhí)行機械運動的裝置2)物料或信息的傳遞,完成有用的機械功3)完成能量的轉換分類:動力機,工作機,信息機36課題三機電創(chuàng)新設計的基礎知識一機械的基礎知識1、機械及其2、機械組成的示意圖原動機傳動結構執(zhí)行結構控制系統(tǒng)注意:工程中，有些機械沒有傳動機構，而是由原動機直接驅動執(zhí)行機構。372、機械組成的示意圖原動機傳動結構執(zhí)行結構控制系統(tǒng)注意:工程3、運動方案設計的必備知識為了順利地進行機械運動方案設計，必須掌握必要的知識和環(huán)境信息，必須了解有關學科在實現(xiàn)運動方案設計中所能起到的作用。1.充分了解并掌握各種常用機構的基本知識；

2.必須了解和掌握各種動力源的性能和使用要求；

3.必須熟悉對設計方案的選擇有重要影響的周圍環(huán)境的信息；

4.充分重視其他學科的技術應用。383、運動方案設計的必備知識為了順利地進行機械二機構的基本類型1、平面四桿機構曲柄搖桿機構-雷達

刮雨器

攪拌機雙曲柄機構---慣性篩

平行四邊形機構

反平行四邊形機構雙搖桿機構---起落架(實際情景)起重機39二機構的基本類型1、平面四桿機構4壓力角、傳動角、死點位置-縫紉機

夾緊機構40壓力角、傳動角、死點位置-縫紉機夾緊機構5急回特性曲柄與機架長的平方和等于連桿與搖桿長的平方和41急回特性曲柄與機架長的平方和等于連桿與搖桿長的平方和6曲柄搖塊機構擺動導桿機構-牛頭刨床

曲柄滑塊(搖桿)機構偏心輪機構-發(fā)動機

破碎機固定1：轉動導桿機構-小型刨床固定2：曲柄搖塊機構-翻斗車固定3：移動導桿機構-手壓抽水機固定4：曲柄滑塊機構42曲柄搖塊機構擺動導桿機構-牛頭刨床固定設計連桿機構時注意以下問題：1、各構件的運動不能發(fā)生干涉43設計連桿機構時注意以下問題：82、在機械平衡的基礎上，把安裝配重與結構設計一并考慮3、機構的運動精度442、在機械平衡的基礎上，把安裝配重與結構設計一并考慮92、凸輪機構1、實現(xiàn)預期的位置要求--分度凸輪2、實現(xiàn)預期的運動規(guī)律要求--自動車床走刀機構

靠模車削3、實現(xiàn)運動與動力特性要求—內(nèi)燃機的配氣機構分類：按形狀分：盤形凸輪、移動凸輪、圓柱凸輪按從動件端部形狀分：尖底從動件、滾子從動件、平底從動件按從動件的運動方式分：直動從動件、擺動從動件452、凸輪機構1、實現(xiàn)預期的位置要求--分度凸輪10凸輪結構設計注意的問題:1、力鎖合、形鎖合力鎖合-靠模車削形鎖合-溝槽凸輪

等寬凸輪

等徑凸輪2、凸輪的基圓半徑較小，常做成凸輪軸；凸輪的基圓半徑較大，可做成的盤狀凸輪輪。46凸輪結構設計注意的問題:113、凸輪的磨損473、凸輪的磨損123、間歇運動機構1、棘輪機構雙向棘輪

雙棘爪調整棘輪每次轉過角度的方法：（1）調整搖桿擺角（2）設置遮板2、槽輪機構-電影放映機外槽輪機構內(nèi)槽輪機構雙圓銷槽輪空間槽輪機構483、間歇運動機構1、棘輪機構134、帶傳動494、帶傳動14優(yōu)點：緩沖、吸振作用；運行平穩(wěn)、噪音??；結構簡單，增減帶長適應不同的中心距要求缺點：普通帶傳動比不準確；傳動帶壽命短。同步帶克服了其缺點。歐拉公式：彈性滑動打滑50優(yōu)點：緩沖、吸振作用；運行平穩(wěn)、噪音?。?55、鏈傳動優(yōu)點：傳動比準確，傳動效率高，能工作在惡劣環(huán)境下缺點：瞬時速度變化，平穩(wěn)性差，噪聲大基本特性參數(shù)：鏈節(jié)距鏈排數(shù)一般不超過4排，鏈節(jié)數(shù)取偶數(shù)。515、鏈傳動優(yōu)點：傳動比準確，傳動效率高，能工作在惡劣環(huán)境下基6、螺旋傳動

螺旋傳動是利用螺紋副來傳遞運動和力的，主要功能是將回轉運動變?yōu)橹本€運動。按用途分為三類：1、傳力螺旋-千斤頂2、傳導螺旋-車床進給3、調整螺旋-虎鉗滑動螺旋滾動螺旋526、螺旋傳動螺旋傳動是利用螺紋副來傳遞運7、齒輪傳動537、齒輪傳動18齒輪結構設計54齒輪結構設計19控制方法:

機械、電氣、液壓、氣動和綜合控制.電氣控制的優(yōu)點：體積小，操作方便，無污染，安全可靠，可進行遠程控制。1.電氣控制系統(tǒng)的基本要求1)滿足機械的動作要求或工藝條件。2)電氣、電子元件合理，工作安全可靠。3)停機時，控制系統(tǒng)的電子元器件不應長期帶電。4)有較強的抗干擾能力，避免誤操作現(xiàn)象發(fā)生。三機械的控制系統(tǒng)55控制方法:三機械的控制系統(tǒng)205)便于維護與管理，經(jīng)濟指標好。6)使用壽命長。7)自動控制系統(tǒng)中應設置緊急手動控制裝置。2．控制對象對原動機進行控制對電磁鐵的控制3．機械控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢-數(shù)字控制控制對象可分為兩類：第一類是以位移、速度、加速度、溫度、壓力等數(shù)量的大小為控制對象(模擬和數(shù)字控制)第二類是以物體的有、無、動、停等邏輯狀態(tài)為控制對象，稱為邏輯控制565)便于維護與管理，經(jīng)濟指標好。2157221、機械系統(tǒng)的基本組成形式四機械系統(tǒng)及其發(fā)展581、機械系統(tǒng)的基本組成形式四機械系統(tǒng)及其發(fā)展232、機械系統(tǒng)的發(fā)展與演變1．剛性機械系統(tǒng)剛性機械系統(tǒng)的運動不具有可控性。一般泛指機械裝置與電氣裝置獨立組合的機械系統(tǒng)，只有簡單的開、關、正反轉、停止等獨立的控制要求。2．柔性機械系統(tǒng)

柔性機械系統(tǒng)的運動具有可控性，可借助傳感器或控制電路，通過微機按位置、位移、速度、壓力、溫度等參數(shù)實施智能化控制。592、機械系統(tǒng)的發(fā)展與演變243．機械系統(tǒng)的發(fā)展603．機械系統(tǒng)的發(fā)展25構件的結構設計原則:1)根據(jù)受力大小、方向及對機械的具體要求，選擇構件材料，選擇材料要合理。2)工藝過程要合理。3)選擇橫截面的形狀與尺寸,有適當?shù)男螤睢?)結構化的構件要滿足強度、剛度等項要求，符合安全性與可靠性指標。5)要考慮到與其它構件的可聯(lián)接性及聯(lián)接待點。6)構件之間不能發(fā)生運動干涉。7)要考慮到經(jīng)濟性，盡量降低成本。8)維修、安裝方便。五構件設計的原則61構件的結構設計原則:五構件設計的原則26機構的創(chuàng)新設計是在新構思的基礎上進行的設計，它包括對原有機構的創(chuàng)新應用、新機構的構思和原動機的創(chuàng)新發(fā)展三個方面。1、機構的創(chuàng)新應用機構的創(chuàng)新應用是仍然使用常見的機構，經(jīng)過巧妙的構思，賦予機構以新的應用。如無腳蹬自行車即是將自行車后輪安裝成偏心輪，恰似曲柄的形式，使后輪轉動六機構的創(chuàng)新設計

62機構的創(chuàng)新設計是在新構思的基礎上進行的設計，它包括對原有機構2、新機構的構思1）.原有機構的發(fā)展在對原有機構的應用中，由于其某些性能方面的不足，所以會出現(xiàn)一些新的機構。如齒輪傳動的傳動比較小，因而有蝸輪-蝸桿機構的出現(xiàn)，此后又有擺線針輪減速器和諧波減速器的出現(xiàn)等等。2）.新機構的創(chuàng)造如利用纖維連桿將可逆旋轉或擺動變換成直線往復運動的執(zhí)行元件已用于假手的研制中。632、新機構的構思283）.組合機構將幾個機構采用并聯(lián)封閉的形式組合后形成的機構稱之為組合機構。組合機構是機構創(chuàng)新設計的一個重要方面。齒輪-連桿組合機構包裝機械中常用的一種齒輪-連桿組合機構，它可以實現(xiàn)復雜的運動規(guī)律，使齒輪5單向變速轉動，瞬時停歇變速轉動或具有反向轉動的變速轉動等。643）.組合機構293）.組合機構復雜軌跡曲線的齒輪-連桿機構。連桿的尺寸、齒輪的傳動比及M點的位置不同，軌跡曲線則發(fā)生變化。653）.組合機構303、原動機的創(chuàng)新發(fā)展新型電動機和新材料驅動器的出現(xiàn)，可大大的簡化機構的結構，甚至改變了傳動機構的設計。1）.新型電動機今天的一些電動機已與傳統(tǒng)的形式有很大的不同，交流變頻調速技術的應用大大簡化了機械變速機構。直線電動機可直接輸出直線運動，采用這種電動機將不再需要諸如滾珠絲杠等直線傳動機構，并且具有非常高的傳動定位精度（μm級）。例如使用直線驅動器的電子打字機運行穩(wěn)定、機構簡單、不需要調整。直接驅動電動機，不需要經(jīng)齒輪等減速機構，而可直接用于機器人的關節(jié)驅動，大大簡化了機構的結構。即使是傳統(tǒng)的電動機，隨著高磁性材料和化學加工方法的應用，其尺寸也越來越小。如使用照相刻蝕、電鍍方法制作的盒式錄像機驅動用新型無刷直流電動機厚度僅為4mm。其中4層繞組總厚度為0.7mm，永久磁鐵厚度為1mm。此外，還可采用硅技