機械創(chuàng)新設(shè)計-課件

第六章機構(gòu)再生運動鏈原理與創(chuàng)新再生運動鏈法：顏鴻森教授提出的顏氏創(chuàng)造機構(gòu)設(shè)計法。再生運動鏈法實際為演繹法：由一個原始機構(gòu)按一定規(guī)律演繹出同樣功能的新機構(gòu)為演繹法。再生運動鏈法是根據(jù)機構(gòu)的桿組組成原理，把一個特定的機構(gòu)抽象為一般化的運動鏈，再按再生運動鏈法的步驟與轉(zhuǎn)化規(guī)則，根據(jù)該機構(gòu)在產(chǎn)品中的約束條件演化出眾多的再生運動鏈，然后按逆推程序得出相當(dāng)數(shù)量的機構(gòu)簡圖，供變異設(shè)計選用。1ppt課件

若干構(gòu)件通過運動副連接而成的系統(tǒng)稱為運動鏈。

基礎(chǔ)知識一、運動鏈

把運動鏈中的某一構(gòu)件加以固定或相對固定（成為機架），當(dāng)其中一個或幾個具有獨立運動的構(gòu)件推動其余構(gòu)件作確定的運動時，則這個運動鏈就成其為機構(gòu)。如果組成運動鏈的每個構(gòu)件至少包含兩個運動副要素從而時運動鏈形成封閉的系統(tǒng)。閉鏈開鏈機構(gòu)2ppt課件二、平面機構(gòu)的組成原理由一個原動件所帶動的多桿機構(gòu)，其自由度為1；但已知一個原動件的基本機構(gòu)的自由度是1，因此可知該機構(gòu)除原動件以外的那些活動構(gòu)件和運動副所組成的運動鏈，其自由度必為零我們把這種自由度為零的不可再分解的運動鏈，稱為桿組。1、基本機構(gòu)最簡單的機構(gòu)是由一個原動件和一個相對固定的機架所組成的機構(gòu)。原動件可以是轉(zhuǎn)動件，也可以是移動件，但最常見的原動件是轉(zhuǎn)動件。這種最簡單的機構(gòu)稱為基本機構(gòu)?；緳C構(gòu)的自由度為1122、桿組3ppt課件多桿機構(gòu)正是在基本機構(gòu)上陸續(xù)添加若干套桿組而形成的。添加桿組之后，并不改變機構(gòu)的自由度數(shù)目。根據(jù)定義，桿組應(yīng)符合下列條件：設(shè)該桿組有n個活動構(gòu)件，有PL個低副，則應(yīng)符合最簡單的桿組是的運動鏈。這種桿組按所包含的轉(zhuǎn)動副和移動副的數(shù)目和分布情況，可以分為五種形式。CBDCBDCBDCBDCBD4ppt課件其中B和D稱為外端副，它們表示與組外構(gòu)件形成的運動副；C為組內(nèi)兩構(gòu)件之間形成的運動副，稱為內(nèi)端副。這種桿組稱為Ⅱ級組。較為復(fù)雜一些的桿組，是的桿組，這種桿組有兩類，如圖所示ⅢⅣ5ppt課件把自由度為零的桿組依次加到機構(gòu)上，就可以由簡單機構(gòu)形成多構(gòu)件機構(gòu)，其自由度顯然仍等于原來較為簡單的機構(gòu)的自由度。三、高副低化6ppt課件第一節(jié)設(shè)計方法再生運動鏈法創(chuàng)造機構(gòu)的基本思路是：1、選擇一個能滿足設(shè)計基本要求又具開發(fā)潛力的已知機構(gòu)作為創(chuàng)新設(shè)計的原始機構(gòu)。2、應(yīng)用“顏氏”創(chuàng)造的特定方法將已知機構(gòu)中的功能構(gòu)件和構(gòu)件組演化為一般化構(gòu)件，根據(jù)設(shè)計的約束條件將原始機構(gòu)抽象為一般化運動鏈，（只含有連桿和回轉(zhuǎn)副的運動鏈）還原出這一類機構(gòu)共同的“根”7ppt課件3、從一般化運動鏈發(fā)散，運用數(shù)綜合方法推衍出眾多的再生運動鏈。4、根據(jù)眾多的再生運動鏈還原出相應(yīng)的機構(gòu)，通過比較尋找功能相同但性能更優(yōu)的新機構(gòu)。用再生運動鏈法創(chuàng)新機構(gòu)的設(shè)計流程如圖所示。8ppt課件9ppt課件第二節(jié)原始機構(gòu)及一般化運動鏈

原始機構(gòu)可以通過兩條途徑選取1）按功能要求及用途，新設(shè)計出來的機構(gòu)；2）從實際機械中已應(yīng)用的與設(shè)計要求功能相近的機構(gòu)中挑選出的機構(gòu)。下面以第2條途徑選取五十鈴越野摩托車后輪懸置機構(gòu)作為原始機構(gòu)，討論再生運動鏈原理及方法。一、原始機構(gòu)一般摩托車的后輪懸掛裝置都是四桿機構(gòu)，為后輪提供的位移行程運動范圍較小。有些摩托車后輪懸掛裝置采用六桿機構(gòu)，取得較好效果。1．收集到六桿懸掛裝置為：本田CR250RPro-Link（圖6-2）川崎KX250Vni-trak（圖6-3），五十鈴RM250XFull-floater（圖6-4）10ppt課件11ppt課件12ppt課件13ppt課件14ppt課件2．分析這三種已有設(shè)計，并歸納它們的拓樸構(gòu)造特性1）懸掛裝置為自由度為1的平面機構(gòu)2）機構(gòu)由六個構(gòu)件和七個運動副組成3）機構(gòu)中有六個轉(zhuǎn)動副4）機構(gòu)中有一個移動副5）機構(gòu)中有一個固定機架6）機構(gòu)中有一個鉸支桿7）機構(gòu)中有一個擺動桿，其一端與機架鉸接，另一端與后輪聯(lián)接8）機構(gòu)中有一個平面運動桿9）機構(gòu)中有一個減振裝置，（二個構(gòu)件組成：活塞和缸體）3．選五十鈴RM250XFull-floater越野摩托車后輪懸掛裝置為原始機構(gòu)，其運動簡圖為圖6-515ppt課件二、一般化運動鏈將原始機構(gòu)的運動簡圖（圖6-5）進行一般化處理，轉(zhuǎn)化成一般化運動鏈。1．一般化：把包含有不同類型構(gòu)件與運動副的原始機構(gòu)，轉(zhuǎn)化為只含連桿和轉(zhuǎn)動副的一般化運動鏈。2．一般化原則：1）將非剛性構(gòu)件轉(zhuǎn)化為剛性構(gòu)件2）將非連桿形狀的構(gòu)件轉(zhuǎn)化為連桿。3）將高副轉(zhuǎn)化為低副。4）將非轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動副。5）解除固定桿（即機架）的約束，機構(gòu)成為運動鏈6）原始機構(gòu)與其所對應(yīng)的一般化機構(gòu)，其自由度數(shù)應(yīng)保持不變。表6-1為一些運動副的一般化圖例16ppt課件17ppt課件18ppt課件3．一般化運動鏈：機構(gòu)一般化的目的是把包含不同類型桿件與運動副的原始機構(gòu)，轉(zhuǎn)化為只含連桿和轉(zhuǎn)動副的一般化運動鏈。一般化的概念是要找出不同機構(gòu)的可能共同根源。一般化過程的基礎(chǔ)是建立在一般化規(guī)則上，而一般化規(guī)則是根據(jù)所定義的一般化原則導(dǎo)出的。1）所有運動副都需轉(zhuǎn)化成一般化運動副；

2）所有構(gòu)件都需轉(zhuǎn)化成一般化連桿；

3）原始機構(gòu)與其所對應(yīng)的一般化機構(gòu)，所有構(gòu)件與運動副之間的關(guān)系應(yīng)保持一致；

4）原始機構(gòu)與其所對應(yīng)的一般化機構(gòu)，其自由度數(shù)應(yīng)保持不變。一般化原則19ppt課件20ppt課件4．對五十鈴RM250XFull-floater越野摩托車后輪懸置機構(gòu)進行一般化處理1）把固定桿（構(gòu)件1）一般化成二副桿（桿1）2）把主動件曲柄（構(gòu)件2）一般化成三副桿（桿2）3）把擺動桿（構(gòu)件3）一般化成三副桿（桿3）4）把連桿（構(gòu)件4）一般化成二副桿（桿4）5）把減振器的活塞和缸體（構(gòu)件5，6）一般化成二副桿（桿5，6）6）移動副（g）一般化成轉(zhuǎn)動副7）把固定件—機架釋放。根據(jù)一般化原則，則五十鈴后輪懸置機構(gòu)被轉(zhuǎn)化成如圖所示的六桿七副一般化運動鏈。(自身連桿類配)21ppt課件5、運動鏈的連桿類配將機構(gòu)轉(zhuǎn)化為一般化運動鏈后，得到一個只有轉(zhuǎn)動副的連桿的組合，稱為連桿的類配。一般化運動鏈中連桿類配可用字符表示為：連桿類配可分為兩類：一類是由原始機構(gòu)轉(zhuǎn)化成的一般化運動鏈得到的連桿類配，稱為自身連桿類配；另一類是按照自由度不變、連桿數(shù)不變、運動副數(shù)量不變的原則，由一般化運動鏈推導(dǎo)出可能構(gòu)成的連桿類配，稱為相關(guān)類配。根據(jù)相關(guān)類配的原則知，相關(guān)類配應(yīng)滿足下列條件：22ppt課件（連桿數(shù)量不變）（運動副數(shù)量不變）所有構(gòu)件的運動副元素數(shù)目之和=運動鏈中的運動副元素數(shù)目之和。示中，N為運動鏈中連桿數(shù)量；J為運動鏈中運動副的數(shù)量。將上兩式代入平面連桿機構(gòu)自由度公式兩式相減得23ppt課件在此基礎(chǔ)上，按組合的方法，分別在這些可能的結(jié)構(gòu)形式中加入設(shè)計約束條件，得眾多能滿足設(shè)計約束條件的再生運動鏈及其響應(yīng)機構(gòu)，于是設(shè)計者可從中確定最理想的結(jié)構(gòu)形式。例：單自由度六桿機構(gòu)的運動鏈中，桿數(shù)N=6，運動副J=7，單自由度F=1。根據(jù)可確定組成一般化運動鏈可能出現(xiàn)的全部結(jié)構(gòu)形式。得為正整數(shù)，故該運動鏈中不可能有含五個及五個以上運動副元素的連桿，及六桿運動鏈只可能由24ppt課件含有四個運動副元素以下的連桿，故將上式改寫為同時能滿足上兩式的連桿類配方案只能有兩種，見表類配方案L2L3L4Ⅰ42062Ⅱ5016225ppt課件將四個二副元素桿與二個三副元素桿進行組合構(gòu)建新的運動鏈將五個二副元素桿與一個四副元素桿進行組合構(gòu)建新的運動鏈出現(xiàn)一個由三構(gòu)件構(gòu)成的剛體，運動鏈將還原成四桿機構(gòu)，不同于原始機構(gòu)故應(yīng)剔除。26ppt課件故原始機構(gòu)（圖6-5）經(jīng)一般化處理后得到一六桿七副一般化運動鏈，圖6-7所示。三、運動鏈圖譜應(yīng)用機構(gòu)數(shù)綜合理論，可以得到一般化運動鏈的桿數(shù)、運動副相同的全部可能的運動鏈圖譜。對圖6-7所示的六桿七副運動鏈，其對應(yīng)的非同構(gòu)運動鏈形式有兩種，如圖6-8所示。27ppt課件第三節(jié)特定化運動鏈圖譜

機構(gòu)特定化的目的：在滿足一定的設(shè)計要求的條件下，從一般化運動鏈圖譜中，指定構(gòu)件和運動副的具體類型，獲得能夠滿足設(shè)計要求的可行機構(gòu)運動鏈形式。摩托車后輪懸掛裝置的設(shè)計要求：

1）必須有一個固定桿作為機架

2）必須有一個減振器

3）必須有一個擺動桿用于安裝摩托車后輪

4）固定桿、減振器和擺動桿必須是不同的構(gòu)件。將以上設(shè)計要求應(yīng)用于圖6-28所示的兩種非同構(gòu)運動鏈中，給出運動鏈再生的步驟及結(jié)果

1）固定桿（Gr）：分別對圖6-8所示的運動鏈，取不同的構(gòu)件為機架，得到圖6-9所示的五種再生運動鏈。

2）減振器（Sc-Sc）：只有二級桿組可作減振器28ppt課件

對圖6-9所示機構(gòu)中的二級桿組選作減振器，可再生出4種運動鏈，如圖6-10所示。

3）擺動桿（Sw），對圖6-10所示的運動鏈，選取不同的構(gòu)件作為擺動桿，最后再生出10種可行的再生機構(gòu)，圖6-11所示12345612345629ppt課件30ppt課件31ppt課件第四節(jié)可用特定化運動鏈圖譜及機構(gòu)圖譜1．可用特定化運動鏈圖譜：根據(jù)工程現(xiàn)實和設(shè)計者的選擇，經(jīng)由特定化程序（Specialization），從特定化運動鏈圖譜中，篩選出所有滿足設(shè)計要求與限制（約束）條件的可用的特定化運動鏈圖譜。對摩托車后輪懸架的約束條件為：擺桿與固定桿相連滿足此約束條件的可行設(shè)計方案有六個，即圖6-11a、b、d、f、h、i。2．機構(gòu)圖譜：把每一個可用特定化運動鏈具體化為相對應(yīng)的機構(gòu)，并畫出機構(gòu)簡圖。圖6-11a、b、d、f、h、i對應(yīng)的機構(gòu)簡圖如圖6-12所示。3．新型機構(gòu)圖譜：將已存在的設(shè)計從所建立的機構(gòu)圖譜中刪除，所得到的即是新型機圖譜，如圖6-12a、c、d三種，作為新型越野摩托車懸架機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計依據(jù)。32ppt課件33ppt課件第五節(jié)再生運動鏈法設(shè)計應(yīng)注意的問題一、構(gòu)件相似性判斷1、構(gòu)件相似性定義兩個具有相同運動副數(shù)目的構(gòu)件，若它們與運動鏈中其它構(gòu)件的連接關(guān)系均相同，則稱此兩構(gòu)件相似。123456123456123456123456構(gòu)件的一般相似性34ppt課件2、構(gòu)件平行相似性定義運動副數(shù)目相同的兩構(gòu)件與其它構(gòu)件的位置關(guān)系相同，則稱此兩構(gòu)件平行相似。12345612312343、構(gòu)件相似關(guān)系繼承性定義在運動鏈組成結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的過程中，運動副數(shù)目未發(fā)生變化的相似構(gòu)件，在新結(jié)構(gòu)中保持原有的相似關(guān)系，這種相似關(guān)系的傳遞性稱之為相似關(guān)系的繼承性。35ppt課件123412344、構(gòu)件相似關(guān)系第一判斷規(guī)則若具有相同運動副數(shù)目的兩構(gòu)件，同時分別與兩組平行相似構(gòu)件（或一組相似構(gòu)件、一組平行構(gòu)件）相聯(lián)系，則此兩構(gòu)件相似。5、構(gòu)件相似關(guān)系第二判斷規(guī)則

若兩組平行相似構(gòu)件的兩端同時與兩組相似構(gòu)件（或一組相似構(gòu)件和一個構(gòu)件）相聯(lián)接，則此兩組平行相似構(gòu)件彼此相似36ppt課件在求一般化運動鏈圖譜時應(yīng)用構(gòu)件相似關(guān)系判斷規(guī)則，找出相似構(gòu)件，防止在運動鏈再生過程中產(chǎn)生多余的同構(gòu)機構(gòu)，減少不必要的重復(fù)勞動，提高運動鏈再生的計算效率。12345637ppt課件機構(gòu)再生運動鏈法創(chuàng)新設(shè)計實例

——鉸鏈夾緊機構(gòu)設(shè)計一、原始機構(gòu)—鉸鏈夾緊機構(gòu)機構(gòu)運動簡圖如左圖1—機架，2，3—分別為液壓缸和活塞桿5—連桿4，6—連架桿二、一般化運動鏈根據(jù)一般化原則對鉸鏈夾緊機構(gòu)進行一般化處理：1）把固定桿（構(gòu)件1）一般化成三副桿（構(gòu)件1）；2）將活塞桿3和液壓缸2一般化成二副桿。38ppt課件4）把連桿5一般化成二副桿。5）把兩連架桿4和6一般化成兩二副桿3）把移動副一般化成轉(zhuǎn)動副并用P標(biāo)志。這樣，鉸鏈夾緊機構(gòu)轉(zhuǎn)化成如圖所示的六桿七副一般化運動鏈。351246三、一般化運動鏈圖譜應(yīng)用機構(gòu)數(shù)目綜合理論，可以得到與一般化運動鏈的桿數(shù)、運動副相同的全部可能的運動鏈圖譜。如圖所示：39ppt課件四、特定化運動鏈圖譜運動鏈特定化的目的，是在滿足一定的設(shè)計要求下，從一般化運動鏈圖譜中，指定構(gòu)件和運動副的類型，獲得滿足設(shè)計要求的機構(gòu)運動鏈圖譜。1、鉸鏈夾緊機構(gòu)的設(shè)計要求1）連桿總數(shù)和運動副總數(shù)均保持不變。2）必須含有一個液壓缸。3）必須有一個固定桿，即機架。4）液壓缸必須與機架連接，或本身作為機架。5）活塞桿一端與液壓缸組成移動副，其一端不能與固定桿鉸接2、設(shè)計步驟40ppt課件根據(jù)夾緊機構(gòu)的設(shè)計要求，特定化運動鏈按如下步驟進行：1）選固定桿的一端與機架連接，或者將液壓缸本身作為固定桿。2)使活塞桿的一端與液壓缸組成移動副