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1、第5章 机构创新设计,一个好的机械原理方案能否实现，机构设计是关键。机构设计中最富有创造性、最关键的环节，是机构形式的设计。,机构创新设计,5.1 简单动作功能机构设计 5.2 机构组合创新设计方法 5.3 机构变异设计 5.4 机构再生运动链方法,5.1 简单动作功能 用来实现运动和力的简单转换5.1.1 简单动作功能机构的特点与应用,主要指人类最初创造的各种工具和简单的器械。如杠杆、斜面、滚轮。尤其是轮子是人类最伟大的创造发明，现代的各种机器中，是离不开旋转的轮子和轴的。 特点：只用极少的构件（一般不成为典型的“机构”），实现简单而巧妙的动作。,举例：电视机调节盒盖双动操作器。 圆珠笔按钮
2、 录音机的联动按键 魔方 百叶窗 拉链 安全带带扣 ,举例：,要实现特定的动作功能 巧妙的构思。,笔套上有凸块,圆珠笔按钮,圆珠笔按钮功能原理分析,对齐笔套槽时,笔芯齿轮与按钮齿轮错开,笔芯齿轮在笔套内时的情况,笔芯齿轮在笔套内时的情况,错开时缩回 （外）,对齐时探出 （内）,笔芯齿轮在笔套内外的情况比较,拉链功能原理分析,简单几何体,简单几何体的组合 剖开看,简单几何体的组合 合上看,举例：钥匙与锁,举例：钥匙与锁,弹子锁钥匙与锁芯,一把钥匙开多把锁？,弹簧,弹簧,弹子1,钥匙,锁芯,弹子2,简单动作功能具有广泛的用途和宽阔的空间。简单动作功能通常通过两个零件之间接触表面形状的巧妙组合实现，
3、求解动作功能时针对所要实现的动作功能（运动规律、运动轨迹），对零件的几何形体进行构思。 也叫几何形体组合法 对简单动作功能优秀设计案例的分析可以获得很多灵感，学到很多巧妙的设计方法。,5.1.2 机械零件自由度分析,5.2 机构组合创新设计方法,5.2.1 机构串联组合方法 串联组合多个基本机构顺序连接 前机构输出后机构输入 机构串联组合实现两个目的： 1）改善原有机构的运动特性 2）使组合机构具有各基本机构的特性 1改善原有机构的运动特性 槽轮机构转位或分度角速度变化大 前面加上主动拨盘前面双曲柄机构 主动拨盘变速转动减小槽轮转速不均匀性 曲柄旋转一周滑块往复两次 六杆机构A点轨迹8字形曲线
4、,5.2.1 机构串联组合方法 2.使组合机构具有各基本机构的特性 串联组合V带+齿轮+棘轮+螺旋等传动 原动机单向等速回转 输出件低速、单向、间歇、直线运动 椭圆齿轮+曲柄滑块组合机构 等速变速 变速的曲柄滑块往复运动速度,5.2 机构组合创新设计方法,5.2.2 机构并联组合方法 机构并联组合由两个或多个结构相同的基本机构并列布置,5.2 机构组合创新设计方法,5.2.2 机构并联组合方法 1.型并联 原动机功率不足多台原动机+多套传动系统 中华世纪坛3000吨192个轮子 16个驱动轮 飞机两或四个发动机 满足功率 替补动力,5.2 机构组合创新设计方法,5.2.2 机构并联组合方法 1
5、.型并联 V形发动机2汽缸布置 90 飞机襟翼操纵机构两个油缸各推动一个齿条加快摆动速度替补摆动 （速度减少1/2） 双保险可靠性提高,5.2 机构组合创新设计方法,5.2.2 机构并联组合方法 2.型并联 主动件或原动机的运动分成两个再合成一个 汽缸压力机左右两套一个汽缸推动执行构件5最大压力 关键两套机构同步 螺旋压力机左右两套螺旋螺距相同旋向相反（双向） 优点增力轴向力可以平衡 缺点向下压力对螺杆影响较大,5.2 机构组合创新设计方法,主动油缸,连杆,连杆,摇杆滑块机构3、4、5,执行 构件5,5.2.2 机构并联组合方法 3.型并联 一个主动运动分解为两个或多个输出运动 细纱机1个电动
6、机400-500个纱锭 加工光学透镜的抛光机1个电动机4套连杆 双滑块驱动送料机构主动件1推动大滑块2和小滑块4沟槽作用运动规律不同,5.2 机构组合创新设计方法,5.2.2 机构并联组合方法 3.型并联同步关键 桥式起重机跨度大30m 两端轮子必须同步,5.2 机构组合创新设计方法,5.2.2 机构并联组合方法 3.型并联同步关键 桥式起重机跨度大30m 几种方案保持两端轮子同步 a）低速轴集中驱动大传动装置负重 b）高速轴集中驱动轻传动轴转速高 c）中轴集中驱动机构复杂 分别驱动除中间轴自重小分组性好安装维修方便可实现稳定运行 普遍采用,5.2 机构组合创新设计方法,减速器,减速器,减速器
7、,第二级减速,5.2.2 机构并联组合方法 3.型并联同步关键 电影放映机的输片机构凸轮主动轴 圆弧部分从动件停歇歪盘动横向抓片 航天飞船对接器对接机构对接模拟器的并联机器人完成主动抓取、对正、拉紧、锁住、卡紧等。 并联机构并联机器人,5.2 机构组合创新设计方法,5.2.3 机构叠加组合方法 将一个机构安装在另一个机构的某个运动件上 输出各机构输出运动的合成 两种运动关系 运动独立式 运动相关式 电扇运动旋转+摇摆 轴中轴结构轴1运动移动+转动 液压挖掘机三套液压摆缸机构,5.2 机构组合创新设计方法,5.2.4 机构反馈组合方法 从主机构的运动过程中提取信息，实时反馈，使运动适当变化 反馈
8、提高车床螺旋传动精度校正板校正曲线,5.2 机构组合创新设计方法,凸轮机构的从动件推动蜗杆作轴向移动，使蜗轮产生附加转动， 从而使误差得到校正。,原动件：凸轮蜗轮固接,误差校正,变异设计改变现有设计的某些参数，创造新的设计方案重要手段借鉴成功率高 机构变异的主要目的 1）改变机构运动的不确定性 2）开发机构的新功能 3）研发新机构，改善机构的受力状态，提高机构的强度、刚度或精度。 常采用的演化变异方法： 1）利用构件的运动性质进行演化变异 2）改变构件的结构形状和尺寸 3）在构件上增加辅助机构 4）改变构件的运动性质,5.3 机构变异设计,5.3.1 机架变异 1.全转动副的四杆机构机架变异4
9、种 曲柄摇杆机构 a、c 双曲柄机构 b 双摇杆机构 d 曲柄摇杆机构工作台180 正反转 双曲柄机构起重、堆料、传送物件E点近似直线,5.3 机构变异设计,CD转动180,E点近似直线移动,5.3.1 机架变异 2.含一个移动副的四杆机构机架变异 曲柄滑块机构变异 b-d 曲柄导杆机构 e移动导杆机构 汽车自动卸料机构a双摇杆机构b曲柄摇杆机构,5.3 机构变异设计,曲柄,5.3.1 机架变异 2.双滑块机构机架变异 a双滑块机构椭圆绘图仪 b双转块机构十字滑块联轴器 C正弦机构测量 D正切机构测量,5.3 机构变异设计,5.3.1 机架变异 3.其它机构机架变异 定轴轮系行星轮系 螺旋传动
10、变异固定不同零件 a螺母固定丝杆移动+转动 b丝杆转动螺母移动 C丝杆固定螺母移动+转动 D螺母转动丝杆移动,5.3 机构变异设计,5.3.2 运动副尺寸变异 1.扩大转动副尺寸 加大连杆销轴尺寸泵、压缩机、冲床等 颚式破碎机曲柄摇杆机构 2.扩大移动副尺寸 冲床滑块扩大正弦机构 冲床滑块扩大曲柄滑块机构 往复凸轮分度机构改善机构受力状态和动力效果,5.3 机构变异设计,5.4.1 概述 1.颜鸿森教授提出适用新方案提出法 主要步骤： 1）从一个性能良好的原始机构出发，将其还原为同源的一般化运动链； 2）根据推理，得到与之同源的所有再生运动链； 3）通过筛选，施加约束，得到所有可行运动链； 4）再通过评价，选择，得到适宜的机构。,5.4 机构再生运动链方法,