机械创新设计-5-机构创新设计

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，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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.Ⅰ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.Ⅰ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.Ⅱ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.Ⅲ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.Ⅲ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.Ⅲ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第二级减速5.2.2机构并联组合方法3.Ⅲ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——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