機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)

機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)指導(dǎo)

一、創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐目的

1、培育學(xué)生對(duì)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的整體相識(shí)，加強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐背景的訓(xùn)練，拓寬學(xué)生的學(xué)問(wèn)面,

培育學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、綜合設(shè)計(jì)及工程實(shí)踐動(dòng)手實(shí)力。

2、通過(guò)機(jī)構(gòu)的拼接，在培育工程實(shí)踐動(dòng)手實(shí)力的同時(shí)，可以發(fā)覺(jué)一些基本機(jī)構(gòu)及機(jī)械設(shè)計(jì)中的典型

問(wèn)題，通過(guò)解決問(wèn)題，可以對(duì)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)中的一理基本學(xué)問(wèn)點(diǎn)融會(huì)貫穿，對(duì)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特性

有一個(gè)更全面的理解。

3、加深學(xué)生對(duì)平面機(jī)構(gòu)的組成原理、結(jié)構(gòu)組成的相識(shí)，了解平面機(jī)構(gòu)組成及運(yùn)動(dòng)特性，進(jìn)一步駕馭

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案構(gòu)型的各種創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法。培育學(xué)生用試驗(yàn)方法構(gòu)思、驗(yàn)證、確定機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的初

步實(shí)力。

4、培育學(xué)生用電機(jī)、傳感器、等限制測(cè)量元件組裝動(dòng)力源，對(duì)機(jī)械進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和限制的實(shí)力。

二、核心內(nèi)容：

運(yùn)用”機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)組件”進(jìn)行積木式組合調(diào)整，從而讓學(xué)生自己構(gòu)思創(chuàng)新、試湊選型機(jī)械設(shè)

計(jì)方案，親自按比例組裝成實(shí)物模型，親自安裝電機(jī)及限制電路，模擬真實(shí)工況，動(dòng)態(tài)演示視察機(jī)構(gòu)的

運(yùn)動(dòng)狀況和傳動(dòng)性能，通過(guò)直觀調(diào)整布局、連接方式及尺寸以及更改電路來(lái)驗(yàn)證和改進(jìn)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)和組

裝融為一體，直到該模型機(jī)構(gòu)敏捷、牢靠地依據(jù)設(shè)計(jì)要求運(yùn)動(dòng)到位，最終使學(xué)生用試驗(yàn)方法自行確定了

切實(shí)可行，性能較優(yōu)的機(jī)械設(shè)計(jì)方案和參數(shù)，即通過(guò)創(chuàng)意試驗(yàn)?zāi)M實(shí)施環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)培育學(xué)生創(chuàng)新動(dòng)手實(shí)

力的教改目標(biāo)。

三、運(yùn)用設(shè)備、工具

1、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部件數(shù)套。

2、溝通調(diào)速、直流電機(jī)等動(dòng)力限制元件。

3、鋼板尺、量角器、游標(biāo)卡尺。

4、扳手、鉗子、螺絲刀等常用工具一套。

四、課題要求

1、刮雨器傳動(dòng)裝置

要求：（1）原動(dòng)件整周旋轉(zhuǎn)，輸出搖桿大擺角搖擺（相同的擺角）。

（2）九桿機(jī)構(gòu)。

2、車(chē)門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)

要求：（1）氣缸驅(qū)動(dòng)。

（2）車(chē)門(mén)開(kāi)啟角度90度。

3、電風(fēng)扇搖頭機(jī)構(gòu)

要求：（1）電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

（2）電風(fēng)扇左右搖擺。

（3）有高副機(jī)構(gòu)。

4、增大升程角的轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿和凸輪機(jī)構(gòu)

要求：（1）曲柄為輸入鍵。

（2）凸輪與導(dǎo)桿相連。

（3）當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)過(guò)90度時(shí)，凸輪與導(dǎo)桿一起轉(zhuǎn)過(guò)180度。

5、插床的雙滑塊急回機(jī)構(gòu)

6、手動(dòng)沖床

要求：使扳動(dòng)手柄的力獲得兩次放大。

7、插床機(jī)構(gòu)

要求：（1）具有急回特性，Q=30度。

（2）插刀實(shí)現(xiàn)大行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

（3）運(yùn)動(dòng)傳遞由電機(jī)一齒輪減速一原動(dòng)件曲柄一……一輸出件插刀。

8、自動(dòng)手套機(jī)大行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

要求：（1）輸出件實(shí)現(xiàn)大行程往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

（2）運(yùn)動(dòng)傳遞由電機(jī)一齒輪減速一原動(dòng)件一…一輸出件。

9、行程速比系數(shù)為1的平面連桿機(jī)構(gòu)

要求：（1）行程速比系數(shù)為lo

（2）運(yùn)動(dòng)傳遞由電機(jī)一齒輪減速一原動(dòng)件曲柄一……一輸出件。

10、牛頭刨床主切削運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

要求：（1）具有急回特性，Q=3Q度。

（2）運(yùn)動(dòng)傳遞由電機(jī)一齒輪減速一導(dǎo)桿一……一滑塊

11、料倉(cāng)自動(dòng)出料門(mén)

要求：（1）門(mén)關(guān)閉后實(shí)現(xiàn)自鎖。

（2）通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。

（3）可供應(yīng)的機(jī)構(gòu)有桿、凸輪、齒輪、蝸桿等。

12、鄂式破裂機(jī)偏心較鏈連桿機(jī)構(gòu)

要求：（1）擠壓力放大30倍。

（2）擺桿角度10±5度。

13、壓力機(jī)

要求：（1）設(shè)計(jì)一六桿機(jī)構(gòu)。

（2）輸出運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。

14、插齒機(jī)主動(dòng)機(jī)構(gòu)

要求：（1）設(shè)計(jì)一六桿機(jī)構(gòu)。

（2）輸入運(yùn)動(dòng)

（3）輸出運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。

15、內(nèi)燃機(jī)機(jī)構(gòu)

說(shuō)明：本題目?jī)H供參考，學(xué)生也可自擬題目，經(jīng)老師同意后，亦可進(jìn)行設(shè)計(jì)。

五、實(shí)踐方法與步驟

1、運(yùn)用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的多功能零件?,依據(jù)自己設(shè)計(jì)的草圖，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的初步組裝，這一步的目的是桿件分層。

一方■面為了使各個(gè)桿件在相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，另一方面為了避開(kāi)各個(gè)桿件、各個(gè)運(yùn)動(dòng)副之間發(fā)生

運(yùn)動(dòng)干涉。

2、學(xué)生依據(jù)上一步驟定好的分層方案，運(yùn)用已有多功能零件，從最里層起先，依次將各個(gè)桿件組裝連接

待機(jī)架上。其中構(gòu)件桿的選取、轉(zhuǎn)動(dòng)副的聯(lián)接、移動(dòng)副的聯(lián)接、移動(dòng)副的聯(lián)接、凸輪、齒輪、齒條與

桿件用轉(zhuǎn)動(dòng)副聯(lián)接、凸輪、齒輪、齒條與桿件用移動(dòng)副聯(lián)接，桿件以轉(zhuǎn)動(dòng)副的形式與機(jī)架聯(lián)接，桿件

以移動(dòng)副的形式與機(jī)架聯(lián)接,輸入轉(zhuǎn)動(dòng)和輸入移動(dòng)的原動(dòng)件的組裝方式詳見(jiàn)附圖和說(shuō)明。

3、依據(jù)輸入運(yùn)動(dòng)的形式選擇原動(dòng)件。若輸入運(yùn)動(dòng)為轉(zhuǎn)動(dòng)（工程實(shí)際中以柴油機(jī)、電動(dòng)機(jī)等為動(dòng)力的狀況）,

則選用雙軸承式主動(dòng)定較鏈釉或蝸桿為原動(dòng)件，并運(yùn)用電機(jī)通過(guò)軟軸聯(lián)軸器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)；若輸入運(yùn)動(dòng)為

移動(dòng)（工程實(shí)際中以油缸、氣缸等為動(dòng)力的狀況），可選用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

4、試用手動(dòng)方式搖動(dòng)或推動(dòng)原動(dòng)件，視察整個(gè)機(jī)構(gòu)各個(gè)桿、副的運(yùn)動(dòng)，全都暢通無(wú)阻后，安裝電機(jī)，用

柔性聯(lián)軸器將電機(jī)與機(jī)構(gòu)相連。

5、通過(guò)動(dòng)態(tài)視察機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，對(duì)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的工作到位狀況、運(yùn)動(dòng)軌跡動(dòng)力學(xué)特性作出定性的分析和

評(píng)價(jià)。一般包括如下幾個(gè)方面

⑴各個(gè)桿、副是否發(fā)生干涉；

⑵有無(wú)“憋勁”現(xiàn)象；

⑶輸入轉(zhuǎn)動(dòng)原動(dòng)件是否曲柄；

⑷輸出桿件是否具有急回特性；

⑸機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是否連續(xù)；

⑹最小傳動(dòng)角（或最大壓力角）是否超過(guò)其許用值，是否在非工作行程中：對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是

否產(chǎn)生剛性或柔性沖擊；

⑺機(jī)構(gòu)是否敏捷、牢靠的依據(jù)設(shè)計(jì)要求運(yùn)動(dòng)到位；

⑻自由度大P1的機(jī)構(gòu)，其幾個(gè)原動(dòng)件能否使整個(gè)機(jī)構(gòu)的各個(gè)局部實(shí)現(xiàn)良好的協(xié)調(diào)動(dòng)作；

⑼限制元件的運(yùn)用及安裝是否合理，是否按預(yù)定的要求正常工作。

6、若視察機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)發(fā)生問(wèn)題，則必需按前述步驟進(jìn)行組裝調(diào)整，直至該模型機(jī)構(gòu)敏捷、牢靠的完全

依據(jù)設(shè)計(jì)要求運(yùn)動(dòng)。

7、至此已經(jīng)用試驗(yàn)方法自行確定了設(shè)計(jì)方案和參數(shù)，再測(cè)繪自己組裝的模型，換算出實(shí)際尺寸，填寫(xiě)報(bào)

告，包括按比例繪制正規(guī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，標(biāo)注全部參數(shù)，計(jì)算自由度，劃分桿組，兼述步驟7所列

各項(xiàng)評(píng)價(jià)狀況，指出自己有所創(chuàng)新之處，指出不足之處并簡(jiǎn)述改進(jìn)的設(shè)想。

六、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)論文主要內(nèi)容如下：

1、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（要求符號(hào)規(guī)范并注參數(shù)）

2、機(jī)構(gòu)有（）個(gè)活動(dòng)構(gòu)件。有（）個(gè)低副，其中轉(zhuǎn)動(dòng)副（）個(gè)，移動(dòng)副（）個(gè)。有（）個(gè)

高副，其中齒輪副（）個(gè)，蝸輪蝸桿副（）個(gè)，凸輪副（）個(gè)。有（）個(gè)復(fù)合較鏈，在（）處。

有（）個(gè)局部自由度，在（）處。有（）虛約束，在（）處。

3、機(jī)構(gòu)自由度數(shù)目為F=3n-2PL-PH=3X-2X-0=

4、機(jī)構(gòu)（）個(gè)原動(dòng)件。在（）處用（）驅(qū)動(dòng)，模擬（）的運(yùn)動(dòng)；在（）處用（）

驅(qū)動(dòng)，模擬（）的運(yùn)動(dòng)；在（）處用（）驅(qū)動(dòng)，模擬（）的運(yùn)動(dòng)。

5、針對(duì)原設(shè)計(jì)要求，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建樹(shù)機(jī)構(gòu)的有關(guān)桿、副是否運(yùn)動(dòng)到位、曲柄是否存

在、是否實(shí)現(xiàn)急回、最小傳動(dòng)角數(shù)值、是否有“憋勁”現(xiàn)象。

6、指出在機(jī)構(gòu)中自己有所創(chuàng)新之處。

7、指出機(jī)構(gòu)的不足之史，簡(jiǎn)述進(jìn)一步改進(jìn)的設(shè)想，

附：機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)組件說(shuō)明

一、組件及工具:

I、創(chuàng)新組合模型一套，包括組成機(jī)構(gòu)的各種運(yùn)動(dòng)副、構(gòu)件、動(dòng)力源及一套工具。組件清單如下:

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新模型組件清單

序數(shù)

名稱示意圖規(guī)格備注

號(hào)量

D=56mn^70fflJK

M=2,a=20°各3

1齒輪84mlli;l12mm

Z=28、35、42、56共12

基圓半徑R=20mm

2凸輪升回型；3

行程30mm

3

齒條M=2a=20°3

4槽輪4槽1

5雙銷(xiāo)，銷(xiāo)回轉(zhuǎn)半徑

撥盤(pán)1

R=49.5iiuu

15mm4

6

30mm4

I45mm

主動(dòng)軸3

60mm2

75mm2

序數(shù)

名稱示意圖規(guī)格備注

號(hào)量

15mm8

30mm6

7從動(dòng)軸（形成回轉(zhuǎn)副）L=45mm6

勿60nun4

75mm4

15mm8

30mm6

8從動(dòng)軸（形成移動(dòng)副）L=45mm6

60mm4

75mm4

9

轉(zhuǎn)動(dòng)副軸（或滑塊）L=5nun32

10

復(fù)合較鏈I（或滑塊）L=20mm8

11復(fù)合錢(qián)鏈1【（或滑塊）L=20mm8

40nun

1

12主動(dòng)滑塊插件L二55mm

1

13主動(dòng)滑塊座1

可住桿件隨意

14活動(dòng)較鏈座I第螺孔M816位置形成轉(zhuǎn)-移

[副

可在桿件隨意

15位置形成移動(dòng)

活動(dòng)較鏈座II螺孔M516

副或轉(zhuǎn)動(dòng)副

]-L,乜

16滑塊導(dǎo)向桿（或連桿）L=330mm4

一

100mm12

110mm12

150mm8

17連桿I

G-160mm8

240mm8

300mm8

序數(shù)

名稱示意圖規(guī)格備注

號(hào)量

%Li=22mm

18連桿II8

(?3d=碘L2=138mm

19壓緊螺栓0,M564

20帶熱片螺栓◎M548

4mm6

7mm6

10mm20

21層面限位套L=15mm40

30mm20

45nun20

60mm10

緊固墊片（限制軸回厚2mm

2220

轉(zhuǎn)）0孔016,外徑O22

23高副鎖緊彈簧3

24齒條護(hù)板【。卜TM6

用于電機(jī)座與

25T型螺母20行程開(kāi)關(guān)座的

固定

26行程開(kāi)關(guān)碰塊1

27皮帶輪◎6

28張緊輪3

29張緊輪支承桿3

30張緊輪銷(xiāo)軸3

序數(shù)

名稱示意圖規(guī)格備注

號(hào)量

31螺栓IMIOX156

32螺栓IIM10X206

33螺栓mM8X1516

帶電機(jī)座及安

34直線電機(jī)10mm/s1裝螺栓/螺母

帶電機(jī)座及安

35旋轉(zhuǎn)電機(jī)1Or/min3裝螺栓/螺母

機(jī)架內(nèi)可移動(dòng)立柱5根，每

根立柱上可移動(dòng)滑塊3塊。

36工作臺(tái)機(jī)架用直線電機(jī)的機(jī)架配有行程4

開(kāi)關(guān)，行程開(kāi)關(guān)安裝板及直

線電機(jī)限制器。

37平頭緊定螺釘M6X621標(biāo)準(zhǔn)件

38六角螺母MIO6+6標(biāo)準(zhǔn)件

39六角薄螺母M812標(biāo)準(zhǔn)件

40平過(guò)A型3義2015標(biāo)準(zhǔn)件

41皮帶3標(biāo)準(zhǔn)件

1）齒輪：模數(shù)2,壓力角20°,齒數(shù)為28、35、42、56,單級(jí)齒輪傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)四種基本傳動(dòng)比，中

心距組合為：63、70、77、84、91、98；

2）凸輪：基圓半徑20mll1,升回型，從動(dòng)件行程為30mm；從動(dòng)件采納對(duì)心滾子從動(dòng)件；為保證凸輪

和從動(dòng)件始終保持接觸，還供應(yīng)了彈簧使其產(chǎn)生力鎖合。

3）齒條：模數(shù)2,壓力角20°,單根齒條全長(zhǎng)為40（）mm；

4）槽輪：4槽槽輪；4工位；

5）撥盤(pán)：可形成兩銷(xiāo)撥盤(pán)或單銷(xiāo)撥盤(pán)；

6）主動(dòng)軸：軸端帶有一平鍵，有圓頭和扁頭兩種結(jié)構(gòu)型式（可構(gòu)成回轉(zhuǎn)或移動(dòng)副）：

7）從動(dòng)軸：軸端無(wú)平鍵，有圓頭和扁頭兩種結(jié)構(gòu)型式（可構(gòu)成回轉(zhuǎn)副或移動(dòng)副）；

8）轉(zhuǎn)動(dòng)副軸（或滑塊）：用于兩構(gòu)件形成轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副；

9）復(fù)合較鏈I（或滑塊）：用于三構(gòu)件形成復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副或形成轉(zhuǎn)動(dòng)副+移動(dòng)副；

10）復(fù)合較鏈II（或滑塊）：用于四構(gòu)件形成復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)副；

II）主動(dòng)滑塊插件：插入主動(dòng)滑塊座孔中，使主動(dòng)運(yùn)動(dòng)為往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)；

12）主動(dòng)滑塊座：裝入直線電機(jī)齒條軸上形成往更直線運(yùn)動(dòng)；

13）活動(dòng)較鏈座【：用于在滑塊導(dǎo)向桿（或連桿）以及連桿的隨意位置形成轉(zhuǎn)動(dòng)?移動(dòng)副；

14）活動(dòng)較鏈座II：用于在滑塊導(dǎo)向桿（或連桿）以及連桿的隨意位置形成轉(zhuǎn)動(dòng)副或移動(dòng)副。

15）滑塊導(dǎo)向桿（或連桿）；

16）連桿I:有六種長(zhǎng)度不等的連桿；

17）連桿n：可形成三個(gè)回轉(zhuǎn)副的連桿：

18）壓緊螺栓：規(guī)格M5,使連桿與轉(zhuǎn)動(dòng)副軸固緊，無(wú)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)且無(wú)軸向竄動(dòng)；

19）帶墊片螺栓：規(guī)格M5,防止連桿與轉(zhuǎn)動(dòng)副軸的軸向分別，連桿與轉(zhuǎn)動(dòng)副軸能相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；

20）層面限位套：限定不同層面間的平面運(yùn)動(dòng)構(gòu)件距離，防止運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間的干涉；

21）緊固墊片：限制軸的回轉(zhuǎn)；

22）高副鎖緊彈簧：保證凸輪與從動(dòng)件間的高副接觸；

23）齒條護(hù)板：保證齒輪與齒條間的正確嚙合；

24）皮帶輪馬皮帶：用于機(jī)構(gòu)主動(dòng)件為轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)傳遞；

25）張緊輪：用于皮帶的張緊；

26）張緊輪支承桿：調(diào)整張緊輪位置，使其張緊或放松皮帶：

27）張緊輪銷(xiāo)軸：安驚慌緊輪；

28）（螺栓M8）：特制，用于在連桿隨意位置固緊活動(dòng)較鏈座I；螺栓III；

29）直線電機(jī)：10mm/s,配直線電機(jī)限制器，依據(jù)主動(dòng)滑塊移動(dòng)的距離，調(diào)整兩行程開(kāi)關(guān)的相對(duì)位

置來(lái)調(diào)整齒條或滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)距離，但調(diào)整距離不得大于400mm；留意：機(jī)構(gòu)拼接未運(yùn)動(dòng)前，應(yīng)先檢查

行程開(kāi)關(guān)與裝在主動(dòng)滑塊座上的行程開(kāi)關(guān)碰塊的相對(duì)位置，以保證換向運(yùn)動(dòng)能正的確施，防止機(jī)件損壞：

30）旋轉(zhuǎn)電機(jī)：10r/min,沿機(jī)架上的長(zhǎng)形孔可變更電機(jī)的安裝位置；

31）標(biāo)準(zhǔn)件、緊固件若干（A型平鍵、螺栓、螺母、緊定螺釘?shù)龋?/p>

32）工作臺(tái)機(jī)架。

2、組裝、拆卸工具：一字起子、十字起子、呆搬手、內(nèi)六角搬手、鋼板尺、卷尺。

3、試驗(yàn)需自備筆和紙。

二、機(jī)械原理

一個(gè)好的機(jī)械原理方案能否實(shí)現(xiàn)，機(jī)械設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中最富有創(chuàng)建性、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，是

機(jī)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)。常用機(jī)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)方法有兩大類，即機(jī)構(gòu)的選型和機(jī)構(gòu)的構(gòu)型。

1、機(jī)構(gòu)形式設(shè)計(jì)的原則：

1）機(jī)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)潔：從四個(gè)方面加以考慮。一是機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)鏈盡量簡(jiǎn)短，完成同樣的運(yùn)動(dòng)要求，應(yīng)優(yōu)

先選用構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)最少的機(jī)構(gòu)，這樣可以簡(jiǎn)化機(jī)器的構(gòu)造，從而減輕重量、降低成本。此外也可

以削減由于零件的制造誤差而形成的運(yùn)動(dòng)鏈的累積誤差，從而提高零件加工工藝性和增加機(jī)構(gòu)工作的牢

靠性。二是適當(dāng)選擇運(yùn)動(dòng)副：在基本機(jī)構(gòu)中，高副機(jī)構(gòu)只有3個(gè)構(gòu)件，低副機(jī)構(gòu)則至少有4個(gè)構(gòu)件和4

個(gè)運(yùn)動(dòng)副。因此，從削減構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)，以及設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便等方面考慮，應(yīng)優(yōu)先選用高副機(jī)構(gòu)。但從低

副機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副元素加工便利、簡(jiǎn)潔保證協(xié)作精以及有較高的承載實(shí)力等方面考慮，應(yīng)優(yōu)先選用低副機(jī)

構(gòu)。選用時(shí)應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)要求全面衡量得失，盡可能做到“揚(yáng)長(zhǎng)避短”。在一般狀況下，應(yīng)先考慮低副機(jī)構(gòu)，

而且盡量少采納移動(dòng)副（制造中不易保證高精度，運(yùn)動(dòng)中易出現(xiàn)自鎖）。在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律要求困難,

采納連桿機(jī)構(gòu)很難完成精確設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮采納高副機(jī)構(gòu)，如凸輪機(jī)構(gòu)或連桿-凸輪機(jī)構(gòu)。三是適當(dāng)選

擇原動(dòng)機(jī)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)的形式與原動(dòng)機(jī)的形式親密相關(guān)，不要僅局限于選擇傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)形式。如在

只要求執(zhí)行構(gòu)件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔的工作位置變換的機(jī)構(gòu)中，采納氣壓或液壓缸作為原動(dòng)機(jī)比較便利，它同采納

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，可省去一些減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)變換機(jī)構(gòu)，從而可縮短運(yùn)動(dòng)鏈，簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，且具有傳

動(dòng)平穩(wěn)、操作便利、易于調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)。此外，變更原動(dòng)機(jī)的傳輸方式，也可能使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。在多個(gè)執(zhí)行

構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的困難機(jī)器中，若由單機(jī)（原動(dòng)）統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)改為多機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，雖然增加了原動(dòng)機(jī)的數(shù)目和電

控部分的要求，但傳動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)鏈卻可大為簡(jiǎn)化，功率損耗也可削減。因此，在一臺(tái)機(jī)器中指采納一

個(gè)原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)不肯定就是最佳方案。四是選購(gòu)用廣義機(jī)構(gòu)，不要僅局限于剛性機(jī)構(gòu)，還可選用柔性機(jī)構(gòu)，

以及利用光、電、磁和利用摩擦、重力、慣性等原理工作的廣義機(jī)構(gòu)，很多場(chǎng)合可使機(jī)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔、好

用。

2）盡量縮小機(jī)構(gòu)尺寸：如周轉(zhuǎn)輪系減速器的尺寸和重量比一般定軸輪系減速器要小得多。在連桿機(jī)

構(gòu)和齒輪機(jī)構(gòu)中，也可利用齒輪傳動(dòng)季節(jié)圓作純滾動(dòng)的原理或利用杠桿放大或縮小的原理等來(lái)縮小機(jī)構(gòu)

尺寸。圓柱凸輪機(jī)構(gòu)尺寸比較緊湊，尤其是在從動(dòng)件形成較大的狀況下。盤(pán)狀凸輪機(jī)構(gòu)的尺寸也可借助

杠桿原理相應(yīng)縮小。

3）應(yīng)使機(jī)構(gòu)具有較好的動(dòng)力學(xué)特性：一是采納傳動(dòng)角較大的機(jī)構(gòu)，以提高機(jī)器的傳力效益，削減功

耗。尤其對(duì)于傳力大的機(jī)構(gòu)，這一點(diǎn)更為重要。如在可獲得執(zhí)行構(gòu)件為往復(fù)搖擺的連桿機(jī)構(gòu)中，搖擺導(dǎo)

桿機(jī)構(gòu)最為志向，其壓力角始終為零。從減小運(yùn)動(dòng)副摩擦，防止機(jī)構(gòu)出現(xiàn)自鎖現(xiàn)象考慮，則盡可能采納

全由轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的連桿機(jī)構(gòu)，因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)副制造便利，摩擦小，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)敏捷。二是采納增力機(jī)構(gòu)，對(duì)于

執(zhí)行機(jī)構(gòu)行程不大，而短時(shí)克服工作阻力很大的機(jī)構(gòu)（如沖壓機(jī)械中的主機(jī)構(gòu)），應(yīng)采納“增力”的方法，

即瞬時(shí)有較大機(jī)械增益的機(jī)構(gòu)。三是采納對(duì)稱布置的機(jī)構(gòu)，對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)，其作往復(fù)運(yùn)動(dòng)和平面

一般運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件，以及偏心的回轉(zhuǎn)構(gòu)件的慣性力和慣性力矩較大，在選擇機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡可能考慮機(jī)構(gòu)的

穴■稱性，以較小運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的動(dòng)載荷和振動(dòng)。

2、機(jī)構(gòu)的選型：

利用發(fā)散思維的方法，將前人創(chuàng)建獨(dú)創(chuàng)出的各種機(jī)構(gòu)依據(jù)運(yùn)動(dòng)特性或?qū)崿F(xiàn)的功能進(jìn)行分類，然后依

據(jù)原理方案確定的執(zhí)行機(jī)構(gòu)所須要的運(yùn)動(dòng)特性或?qū)崿F(xiàn)的功能進(jìn)行搜尋、選擇、比較和評(píng)價(jià)，選出合適的

機(jī)構(gòu)形式。下表給出了當(dāng)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件為轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，各種執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式、實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)及應(yīng)用舉例，供機(jī)

構(gòu)選型時(shí)參考：

執(zhí)行構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式機(jī)構(gòu)類型應(yīng)用實(shí)例

勻速轉(zhuǎn)動(dòng)平行四邊形機(jī)構(gòu)機(jī)車(chē)車(chē)輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器

雙轉(zhuǎn)塊機(jī)構(gòu)聯(lián)軸港

齒輪機(jī)構(gòu)減速、增速、變速裝置

擺線針輪機(jī)構(gòu)減速、增速、變速裝置

諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速裝置

周轉(zhuǎn)輪系減速、增速、運(yùn)動(dòng)合成和分解裝置

撓性件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)、無(wú)極變速裝置

摩擦輪機(jī)構(gòu)無(wú)極變速裝置

非勻速轉(zhuǎn)動(dòng)雙曲柄機(jī)構(gòu)慣性振動(dòng)器

轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)刨床

滑塊曲柄機(jī)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)

非圓齒輪機(jī)構(gòu)

撓性件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

往復(fù)移動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)鍛壓機(jī)

移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)縫紉機(jī)挑針機(jī)構(gòu)

齒輪齒條機(jī)構(gòu)

移動(dòng)凸輪機(jī)構(gòu)配氣機(jī)構(gòu)

楔塊機(jī)構(gòu)壓力機(jī)、夾緊裝置

螺旋機(jī)構(gòu)千斤頂、車(chē)床傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

撓性件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)裝置

氣液動(dòng)機(jī)構(gòu)升降機(jī)

往復(fù)搖擺曲柄搖桿機(jī)構(gòu)破裂機(jī)

滑塊搖桿機(jī)構(gòu)車(chē)門(mén)啟閉機(jī)構(gòu)

搖擺導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)刨床

曲柄搖塊機(jī)構(gòu)裝卸機(jī)構(gòu)

搖擺凸輪機(jī)構(gòu)

齒條齒輪機(jī)構(gòu)

撓性件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

氣液動(dòng)機(jī)構(gòu)

間歇運(yùn)動(dòng)棘輪機(jī)構(gòu)機(jī)床進(jìn)給、轉(zhuǎn)位、分度等機(jī)構(gòu)

槽輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位裝置、電影放映機(jī)

凸輪機(jī)構(gòu)分度裝置.、移動(dòng)工作臺(tái)

不完全齒輪機(jī)構(gòu)間歇回轉(zhuǎn)、移動(dòng)工作臺(tái)

特定運(yùn)動(dòng)軌跡錢(qián)鏈四桿機(jī)構(gòu)鶴式起重機(jī)、攪拌機(jī)構(gòu)

行星輪系研磨機(jī)構(gòu)、攪拌機(jī)構(gòu)

機(jī)構(gòu)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)

評(píng)價(jià)指標(biāo)運(yùn)動(dòng)性能工作性能動(dòng)力性能經(jīng)濟(jì)性結(jié)構(gòu)緊湊

ABCDE

詳細(xì)項(xiàng)目1.運(yùn)動(dòng)規(guī)律、1.效率凹凸1.承載實(shí)力1.加工難易、1.尺寸

運(yùn)動(dòng)軌跡2.運(yùn)用范圍2.傳力特性2.維護(hù)便利性2,重量

2.運(yùn)轉(zhuǎn)速度、3.振動(dòng)、噪聲3.能耗大小3.結(jié)構(gòu)困難性

運(yùn)動(dòng)精度

連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)是最常用的首選機(jī)構(gòu)，下表是對(duì)他們的初步評(píng)價(jià)，僅供參考。

典型機(jī)構(gòu)的評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)指標(biāo)詳細(xì)項(xiàng)目評(píng)價(jià)

連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)

A1.運(yùn)動(dòng)規(guī)律、隨意性較差，只能達(dá)基本能隨意一般作定比傳動(dòng)或

運(yùn)動(dòng)性能運(yùn)動(dòng)軌跡到有限個(gè)精確位置移動(dòng)

2.運(yùn)轉(zhuǎn)速度、

運(yùn)動(dòng)精度較低較高高

B1.效率凹凸一般一般高

工作性能2.運(yùn)用范圍較大

C1.承載實(shí)力較大較小較大

動(dòng)力性能2.傳力特性一般一般較好

3.振動(dòng)、噪聲較大較小較小

D1.加工難易、易難一般

經(jīng)濟(jì)性2.維護(hù)便利性較便利較麻煩便利

3.能耗大小.般?般一般

E1.尺寸較大較小較小

結(jié)構(gòu)緊湊2重量較輕較重較重

3.結(jié)構(gòu)困難性困難一般簡(jiǎn)潔

3、機(jī)構(gòu)的構(gòu)型

當(dāng)應(yīng)用選型的方法初選出的機(jī)構(gòu)形式不能完全實(shí)現(xiàn)預(yù)期的要求，或雖能實(shí)現(xiàn)功能要求但存在著機(jī)構(gòu)

困難、運(yùn)動(dòng)精度不夠或動(dòng)力性能欠佳等缺點(diǎn)時(shí)，可采納創(chuàng)新構(gòu)型的方法，重新構(gòu)筑機(jī)構(gòu)的形式。機(jī)構(gòu)創(chuàng)

新構(gòu)型的基本思路是：以通過(guò)選型初步確定的機(jī)構(gòu)方案為雛形，通過(guò)組合、變異、再生等方法進(jìn)行突破,

獲得新的機(jī)構(gòu)。

I）利用組合原理構(gòu)型新機(jī)構(gòu)

將兩種以上的基本機(jī)構(gòu)進(jìn)行組合，充分利用各自的良好性能，改善其不良特性，創(chuàng)建出能夠滿意原

理方案要求的、具有良好運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力特性的新型機(jī)構(gòu)。如：齒輪一連桿機(jī)構(gòu)，能使先進(jìn)歇傳送運(yùn)動(dòng)、實(shí)

現(xiàn)大擺角、大行程的往復(fù)運(yùn)動(dòng)、同時(shí)能較精確的實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)軌跡：凸輪一連桿機(jī)構(gòu)更能精確的實(shí)現(xiàn)

給定的困難軌跡，凸輪機(jī)構(gòu)雖也可實(shí)現(xiàn)隨意的給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，但在從動(dòng)件作往發(fā)搖擺時(shí)，受

壓力角的限制，其擺角不能太大，將簡(jiǎn)潔的連桿機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)組合起來(lái)，可以克服上述缺點(diǎn)，達(dá)到很

好的效果；齒輪一凸輪機(jī)構(gòu)常自由度為2的差動(dòng)輪系為基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，并用凸輪機(jī)構(gòu)為附加機(jī)構(gòu)，主要應(yīng)用

于以下場(chǎng)合：實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的變速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)軌跡，如機(jī)床的分度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、誤差校

正機(jī)構(gòu)。

2）利用機(jī)構(gòu)變異構(gòu)型新機(jī)構(gòu)：

機(jī)構(gòu)倒置：機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件與機(jī)架的轉(zhuǎn)換；

機(jī)構(gòu)的獷展：以原有機(jī)構(gòu)作為基礎(chǔ)，增加新的構(gòu)件，構(gòu)成新的機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)擴(kuò)展后，原有各構(gòu)件間的

相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不變，但所構(gòu)成的新機(jī)構(gòu)的某些性能與原機(jī)構(gòu)有很大差別。

機(jī)構(gòu)局部結(jié)構(gòu)變更：如導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的導(dǎo)桿槽由直線變?yōu)榍€，或機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件被另一自由度為1的機(jī)

構(gòu)或構(gòu)件組合所置換，即可得到運(yùn)動(dòng)停留的特性。

運(yùn)動(dòng)副的變異：高副低代法。

三、設(shè)計(jì)方法

任何平面機(jī)構(gòu)都是由若干個(gè)基本桿組（阿蘇爾桿組）依次聯(lián)接到原動(dòng)件和機(jī)架上而構(gòu)成。因此必需

駕馭平面機(jī)構(gòu)組成原理、桿組概念、基本桿組的拆分與拼裝方法

1、桿組的概念：

機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動(dòng)的條件是其原動(dòng)件的數(shù)H應(yīng)等于其所具有的自由度的數(shù)目。因此，機(jī)構(gòu)可以拆分

成機(jī)架、原動(dòng)件和自由度為零的構(gòu)件組。而自由度為零的構(gòu)件組，還可以拆分成更簡(jiǎn)潔的自由度為零的

構(gòu)件組，我們將最終不能再拆的最簡(jiǎn)潔的自由度為零的構(gòu)件組稱為基本桿組（或阿蘇爾桿組），簡(jiǎn)稱為桿

組。

由桿組定義，組成平面機(jī)構(gòu)的基本桿組應(yīng)滿意條件：

F=3n-2P,-Pl1=0

式中：n為桿組中的構(gòu)件數(shù)；PL為桿組中的低副數(shù)；PH為桿組中的高副數(shù)。由于構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)

數(shù)目均應(yīng)為整數(shù)，故當(dāng)n、PL、PH取不同數(shù)值時(shí)，可得各類基本桿組。

I）高副桿組：

n=PL=PH=\

圖4-1高副桿組

2）低副桿組:

當(dāng)PH=O時(shí)，桿組中的運(yùn)動(dòng)副全部為低副，稱為低副桿組。由于有尸=3〃-2外=0,故〃二十，

故n應(yīng)當(dāng)是2的倍數(shù)，而PL應(yīng)當(dāng)是3的倍數(shù)，即n=2、4、6……,PL=3、6、9……0當(dāng)n=2,PL=3

時(shí)，基本桿組稱為H級(jí)組。II級(jí)組是應(yīng)用最多的基本桿組，絕大多數(shù)的機(jī)構(gòu)均由H級(jí)桿組組成，II級(jí)

桿組可以有下圖所示的五種不同類型：

圖4-2平面低副H級(jí)組

n=4,PL=6時(shí)的基本桿組特稱為HI級(jí)組。常見(jiàn)的m級(jí)組如圖4-3所示。

圖4-3平面低副II【級(jí)組

由上述分析可知：任何平面機(jī)構(gòu)均可以用零自由度的桿組依次連接到機(jī)架和原動(dòng)件上的方法而形成。

因此，上述機(jī)構(gòu)的組成原理是機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)拼裝的基本原理。

2、桿組的正確拆分：

桿組正確拆分應(yīng)參照如下步驟：

1）正確計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度（留意去掉機(jī)構(gòu)中的虛約束和局部自由度），并確定原動(dòng)件。

2）從遠(yuǎn)離原動(dòng)件的構(gòu)件起先拆桿組。先試拆n級(jí)組，若拆不出II級(jí)組，再試拆ni級(jí)組。即桿組的拆

分應(yīng)從低級(jí)別桿組拆分起先，依次向高一級(jí)桿組拆分。

正確拆分的判別標(biāo)準(zhǔn)：每拆分出?個(gè)桿組后，留下的部分仍應(yīng)是?個(gè)與原機(jī)構(gòu)有相同自由度的機(jī)構(gòu),

直至全部桿組拆出只剩下原動(dòng)件和機(jī)架為止。

3）確定機(jī)構(gòu)的級(jí)別（由拆分出的最高級(jí)別桿組而定，如最高級(jí)別為n級(jí)組，則此機(jī)構(gòu)為n級(jí)機(jī)構(gòu)）。

注：同機(jī)構(gòu)所取的原動(dòng)件不同，有可能成為不同級(jí)別的機(jī)構(gòu)。但當(dāng)機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件確定后，桿組的

拆法是唯一的，即該機(jī)構(gòu)的級(jí)別肯定。

若機(jī)構(gòu)中含有高副，為探討便利起見(jiàn)，可依據(jù)肯定條件將機(jī)構(gòu)的高副以低副來(lái)代替，然后再進(jìn)行桿

組拆分。

4|

3RD

圖4-4桿組拆分例圖（據(jù)?木機(jī)機(jī)構(gòu)）

如圖所示機(jī)構(gòu)，先去掉k處的局部自由度，計(jì)算機(jī)構(gòu)的自由度：/=3〃-2巴-丹=3x8-2x11-1,

并設(shè)凸輪（與桿件1周連）為原動(dòng)件；按步驟2）的拆分原則.先拆分出由桿件4、5,2、3,6、7組成

的三個(gè)II級(jí)桿組，再拆分出由桿件8組成的單構(gòu)件高副桿組，最終剩卜.的是原動(dòng)件1和機(jī)架9。上圖機(jī)構(gòu)

為II級(jí)機(jī)構(gòu)。

3、桿組的正確拼裝：

依據(jù)事先擬定的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)篋圖，利用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)臺(tái)供應(yīng)的零件按機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳遞依

次進(jìn)行拼裝。拼裝時(shí)，通常先從原動(dòng)件起先，按運(yùn)動(dòng)傳遞規(guī)律進(jìn)行拼裝。拼裝時(shí)，應(yīng)保證各構(gòu)件均在相

互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，這樣可避開(kāi)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件之間的干涉，同時(shí)保證各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)平面與軸的軸線垂直。

拼裝應(yīng)以機(jī)架鉛垂面為參考平面，由里向外拼裝。

留意：為避開(kāi)連桿之間運(yùn)動(dòng)平面相互緊貼而摩擦力過(guò)大或發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，在裝配時(shí)應(yīng)相應(yīng)裝入層面

限位套。

機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)臺(tái)供應(yīng)的運(yùn)動(dòng)副拼接方法參見(jiàn)以下各圖所示。

1）工作臺(tái)機(jī)架：如圖4-5

工作臺(tái)機(jī)架中有5根鉛垂立柱，均可沿X方向移動(dòng)。移動(dòng)前應(yīng)旋松在電機(jī)側(cè)安裝在上、下橫梁上的

立柱緊固螺釘，并用雙手移動(dòng)立柱到須要的位置后，應(yīng)將立柱與卜.（或下）橫梁靠緊再旋緊立柱緊固螺

釘（立柱與橫梁不靠緊旋緊螺釘時(shí)會(huì)使立柱在X方向發(fā)生偏移）。

注：立柱緊固螺釘只需旋松既可，不允許將其旋下。

立柱上的滑塊可在立柱上沿Y方向移動(dòng)，要移動(dòng)立柱上的滑塊，只需將滑塊上的內(nèi)六隹平頭緊定螺

釘旋松即可（該緊定螺釘在靠近電機(jī)側(cè)）。

按上述方法移動(dòng)?柱和滑塊，就可在機(jī)架的X、Y平面內(nèi)確定固定較鏈的位置。

圖4-5試驗(yàn)臺(tái)機(jī)架圖

2）主、從動(dòng)軸與機(jī)架的連接（下圖各零件編號(hào)與“機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案試驗(yàn)臺(tái)組件清單”序號(hào)相

同，后述各圖均相同）如圖4-6

滑塊

沿

方y(tǒng)向

移動(dòng)

接

的連

機(jī)架

軸與

從動(dòng)

主、

圖4-6

不裝